细菌群体感应现象及其在控制膜生物污染中的应用

膜生物污染是限制膜生物反应器大规模推广的主要因素。细菌群体感应是能通过感知分泌到环境中自诱导物浓度的变化来调整基因表达,增强其在复杂环境中的生存能力。细菌群体感应系统与细菌生物膜的整个形成过程包含了黏附、成熟、以及生物膜后期的细胞扩散密切相关。近年的研究表明,利用群体淬灭技术抑制MBR膜生物污染是有效和经济可行的。     

MBR中胞外聚合物对膜污染影响的研究进展

膜污染问题直接影响MBR工艺的稳定性和经济性,是制约其发展的一个重要因素,而胞外聚合物则被认为是MBR膜污染中的优先污染物。在分析胞外聚合物组成特征与生理功能的基础上,阐述了底物、pH、温度、DO、SRT和污泥负荷等不同反应条件对胞外聚合物生成特性的影响及其膜污染机制,并总结了优化操作条件、调控混合液、清洗膜组件等减缓胞外聚合物所引起的膜污染的措施。     

泥水预分离MBR膜污染缓减效能研究

通过长期运行实验,进行了泥水预分离膜生物反应器（sludge/water pre-separation membrane bioreactor, S/W-MBR）与传统淹没式膜生物反应器（submerged membrane bioreactor, SMBR）对比研究,考察了污泥浓度、胞外聚合物含量（extracellular polymeric substances, EPS）及过膜阻力（trans-membrane pressure, TMP）随运行时间的变化规律及其对膜污染的缓减作用.结果表明,S/W-MBR与SMBR生物区的污泥浓度基本一致,而S/W-MBR膜区的污泥浓度较SMBR有显著降低.两者生物区的EPS含量均随运行时间的延长而增加,而S/W-MBR膜区的单位质量污泥的EPS含量始终保持在15 mg/g左右的较低水平.S/W-MBR比SMBR具有更好的缓减膜污染能力,在近90d的连续运行过程中,前者的膜组件仅需清洗2次,后者的膜组件清洗了5次.     

复合式膜生物反应器的膜污染控制机理

采用常规膜生物反应器(CMBR)和复合式膜生物反应器(HMBR)处理城市生活污水,对HMBR的膜污染控制机理进行了研究。试验结果表明,HMBR能够有效去除胞外多聚物(EPS),反应器内溶解性EPS(S-EPS)、松散附着性EPS(LB-EPS)和紧密附着性EPS(TB-EPS)的含量比CMBR分别降低了42.8%、41.5%和2.1%。附着性EPS(B-EPS)特别是LB-EPS与活性污泥的物理性能密切相关,随着其含量的降低,HMBR中活性污泥的絮凝性能和沉淀性能比CMBR分别提高了24.4%和34.8%。由于滤饼层污泥主要来源于活性污泥,因此随着活性污泥絮凝性能和沉淀性能的提高,HMBR中的滤饼层比阻比CMBR降低了31.1%。作为结果,当跨膜压差(TMP)到达20 kPa时,HMBR运行了143 d,而CMBR仅运行了57 d。     

正常污泥和膨胀污泥中EPS膜污染特性及其与膜表面作用能分析

胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)是导致膜污染的重要物质,且不同形态污泥的EPS具有不同的性质,研究正常污泥和膨胀污泥的EPS膜污染特性具有重要意义.因此,实验考察了正常污泥和膨胀污泥的膜污染速率.结果表明,膨胀污泥膜污染速率远高于正常污泥,膨胀污泥EPS(Bulking sludge-EPS,BS-EPS)浓度((172.9±10.4) mg·g-1)明显高于正常污泥EPS(Normal sludge-EPS,NS-EPS)浓度((95.9±6 6) mg·g-1),且膨胀污泥的蛋白质/多糖(Protein/Carbohydrate,P/C)值(2.26)高于正常污泥的P/C值(1 97)此外,通过序批式吸附实验研究了正常污泥和膨胀污泥的EPS膜污染差异,并基于Derjaguine-Landaue-Verweye-Overbeek (XDLVO)理论计算了EPS与PVDF膜表面之间的作用能结果表明,EPS-膜系统的总界面能为负值,即EPS-膜系统之间会发生自吸附行为,而膜与BS-EPS的总界面能(-63.943mJ.m2)较膜与NS-EPS(-56.366 mJ·m2)具有较高的能量,因此,BS-EPS与膜的吸附力较强;NS-EPS和BS-EPS主要能量壁垒分别为8.89 kT和7.51 kT,表明NS-EPS与膜之间的排斥力更强,因而BS-EPS更容易造成膜污染     

一体式膜生物反应器中胞外聚合物的提取方法比较及其对膜污染的影响

本文对一体式膜生物反应器中胞外聚合物(EPS)的提取方法及其对膜污染的影响进行了试验研究,结果表明:胞外聚合物提取方法中,物理方法中的热提法较为简便易行,适当的振荡频率可以提高提取效率,超声波法(30 W-6 min)是可行的提取方法,硫酸法、EDTA法和甲醛-NaOH法联用可以用于活性污泥提取EPS,其中甲醛-NaO...     

悬浮填料投加对An MBR性能及膜污染的影响

研究了悬浮填料投加对分置式厌氧膜生物反应器(AnMBR)的COD去除效果、污泥混合液特性及膜污染的影响。试验结果表明:在反应器有机负荷为2. 09 kg/(m³·d),污泥负荷为0. 54 kg/(kg·d),水力停留时间(HRT)为48 h,温度为(35±2)℃的条件下,与未投加悬浮填料阶段比较,投加填料后AnMBR的COD总去除率由96. 6%提高至97. 9%,甲烷产率提高16. 0%。同时投加悬浮填料后AnMBR混合液污泥平均粒径增大,滤饼层阻力、总阻力、滤饼层阻力在总阻力中的占比较未投加悬浮填料时分别降低7. 8、6. 5和1. 3百分点,溶解性胞外聚合物(SEPS)和结合性胞外聚合物(BEPS)浓度分别降低了20. 5%和29. 4%,跨膜压差(TMP)线性增长速率降低,膜污染速率明显减缓。因此,投加悬浮填料可在不增加能耗的情况下改善污泥混合液特性,起到强化AnMBR处理效果和控制膜污染的作用。     

活性污泥性质对短期膜污染影响的解析研究

采用统计分析方法研究了16种不同性质活性污泥混合液对膜生物反应器膜污染的影响机理.结果表明,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、溶解性有机物(soluble microbial products,SMP)、上清液胶体颗粒(suspended solids insupernatant,SS_s)、污泥混合液粘度(μ)、相对疏水性(relative hydrophobicity,RH)、Zeta电位(Zeta potential)均对膜生物反应器膜渗透性能有显著的影响作用,其与膜污染阻力的皮尔逊相关系数r_p分别为:0.898、0.712、0.810、0.691、0.837、-0.881;同时发现,胞外聚合物是影响活性污泥中溶解性有机物含量(r_p=0.682)、污泥粘度大小(r_p=0.633)、上清液胶体颗粒含量(r_p=0.783)、Zeta电位(r_p=-0.953)及相对疏水性大小(r_p=0.877)的主要因素;在活性污泥性质中胞外聚合物是影响膜污染的根本原因,是膜生物反应器膜污染的重要影响因素.     

污泥性质对动态膜形成和膜污染的影响

以一体式尼龙筛网动态膜生物反应器（DMBR）为研究体系,探讨了正常污泥、膨胀污泥和解体污泥的动态膜形成和膜污染特点,并从胞外聚合物（EPS）、相对疏水性（RH）、污泥混合液粘度（μ）、接触角这些物化性质角度定量研究膜污染机理.研究结果表明,膨胀污泥由于丝状菌累积导致严重的泥饼层污染;解体污泥由于胶体颗粒和可溶性物质沉积...     

丝状菌膨胀对无纺布生物反应器处理效果及膜污染特征的影响

研究了丝状菌膨胀状态和正常污泥状态下无纺布生物反应器的污泥絮体形态、出水水质对比,膜通量变化,膜阻力分析和胞外聚合物(EPS)含量分析.结果表明,膨胀污泥的平均粒径为448.6μm,正常污泥的平均粒径为234.8μm;丝状菌膨胀状态下的平均COD去除率、NH+4-N去除率、出水浊度分别为90.1%、93.1%、1.33 NTU,较之正常污泥状态下的91.4%、97.0%、0.99 NTU,丝状菌膨胀对COD去除几乎没有影响,对NH+4-N去除有一定的抑制,对出水浊度略有影响;膨胀污泥状态和正常污泥状态下的平均膜通量衰减速率分别为3.29 L·(m2·h2)-1、4.87 L·(m2·h2)-1,膨胀状态下的膜污染较轻,膨胀状态下的膜污染以可逆污染为主,正常状态下以不可逆污染为主,优先发生可逆污染可以减少不可逆污染的发生,从而减缓膜通量的下降;正常污泥和膨胀污泥混合液中溶解性微生物产物(SMP)含量分别为21.369 mg·L-1、10.182 mg·L-1,蛋白质/多糖(P/C)分别为0.370、0.497,SMP的总量与膜污染阻力有关系,P/C与可逆污染所占的比例有关系,混合液污泥的松散附着性EPS与膜污染的关系同SMP相似;EPS含量较高的污泥更易于在膜表面累积,并且累积于膜表面的EPS主要是蛋白质,混合液污泥EPS总量、膜面污泥EPS以及它们的P/C都与膜表面可逆污染存在正相关性.     

膜-生物反应器中荧光物质对膜污染的影响

采用三维荧光(EEM)技术对膜-生物反应器(MBR)运行过程中进出水、膜面溶解性污染物、溶解性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)进行分析,并对各运行条件下荧光强度与膜污染速率进行比较.结果表明:各工况膜污染顺序为工况1(0.55 kPa/d)<工况3(1.37 kPa/d)<工况2(1.71 kPa/d)<工况4(3.69 kPa/d),SMP中的类蛋白质和类富里酸,以及EPS中的类蛋白质和类腐殖酸,均与各工况膜污染速率呈一致的变化趋势,而膜面溶解性污染物中的类蛋白质荧光峰则与膜污染速率没有明显的关系,说明在膜表面积累的荧光物质可能与其他有机物共同作用影响了膜污染速率.      

温度对膜生物反应器运行特性及膜污染的影响

温度对膜生物反应器（MBR）污染物去除效果和膜污染速率都有很大的影响。采用两套相同的MBR蓑置在冬季运行,其中一套维持20℃的恒温,另一套水温与周围环境相同。对两套装置处理效果及膜污染速率进行对比,并通过反应器中溶解性微生物产物（SMF）、胞外聚合物（EPS）含量、污泥粒径分布扣膜面污染物的比较,分析温度对MBR运行的影响。研究结果表明膜对污染物的截留能有效补偿低温时微生物作用的不足,因此低温对出水水质并没有显著的影响。此外,低温时虽然SMP和EPS的释放增加,但并没有引起膜污来的加剧。相反地,低温时污泥粒径较高温时小,而粒径较大的颗粒更易沉积于膜表面,因此低温时膜面固体物质含量较低,膜污染速率反而比高温时低。     

硫酸盐还原菌活性污泥胞外聚合物对环丙沙星的吸附机制

胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)是微生物污泥的重要组成部分,在废水生物处理过程中起着至关重要的作用.通过上流式硫酸盐还原反应器(sulfate-reducing up-flow sludge bed,SRUSB)的连续运行和批次实验评价了硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)活性污泥对环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的去除以及EPS在CIP去除过程中所起的重要作用.结果表明,SRB污泥可通过吸附和生物降解有效去除CIP,其中吸附是主要去除途径,EPS在吸附过程中起到重要作用.采用三维荧光光谱结合平行因子分析探究了SRB活性污泥的EPS与CIP结合的机制;采用傅里叶红外光谱分析鉴定了EPS中参与CIP结合的主要官能团.EPS主要通过静态猝灭与CIP结合形成EPS-CIP复合物,其中色氨酸和酪氨酸类蛋白质是EPS中主要参与CIP结合的物质,结合常数分别为1.43×104L·mol~(-1)和1.02×104L·mol~(-1);红外分析表明,羟基、氨基和羧基是EPS中主要参与CIP结合的基团.实验结果揭示了SRB污泥的EPS与CIP结合的机制,有助于更好地理解EPS在SRB污泥系统去除CIP,以及其他有机微污染物的过程中所起的重要作用.     

Functions and behaviors of activated sludge extracellular polymeric substances (EPS): a promising environmental interest

Extracellular polymeric substances （EPS） are the predominant constituents of activated sludge and represent up to 80% of the mass of activated sludge. They play a crucial role in the flocculation, settling and dewatering of activated sludge. Furthermore, EPS also show great efficiency in binding heavy metals. So EPS are key factors influencing reduction in sludge volume and mass, as well as activity and utilization of sludge. EPS are of considerable environmental interest and hundreds of articles on EPS have been published abroad, while information on EPS in China is limited. In this paper, results of over 60 publications related to constituents and characteristics of EPS and their influences on flocculation, settling and dewatering of sludge are compiled and analyzed. Metal-binding ability of EPS is also discussed, together with a brief consideration of possible research interests in the future.     

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器(MBR)膜污染的影响.2套MBR采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性.实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物(SMP)分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物(EPS)含量进行了测定.结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率.进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量>10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性.过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1～10μm细小颗粒和EPS含量的增加.     

膜生物反应器中排泥方式对污泥胞外聚合物的影响

研究了膜生物反应器(MBR)中间歇排泥以及连续排泥条件下污泥停留时间(SRT)与污泥胞外聚合物(EPS)变化的关系。试验结果表明:在间歇排泥方式下的污泥EPS都明显高于连续排泥方式下的。随着SRT的增加,附着型EPS浓度先是稍有减少,之后快速增加,溶解性EPS则增加。     

污泥龄对膜生物反应器性能的影响

研究了膜生物反应器污泥龄对胞外聚合物(EPS)含量、污泥特性、污泥颗粒粒径分布及膜过滤阻力的影响.结果表明,污泥龄(SRT)为30 d时混合液中胞外聚合物(EPS)和膜面上的EPS含量分别约为90 mg/g、0.8 g/m2,随污泥龄的延长二者同步增加,EPS在膜面上几乎没有积累;混合液EPS含量的增加改变了细菌表面电荷且增大了细菌表面亲水基和疏水基的比例,使细菌存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变.造成污泥的沉降困难;在长污泥龄运行中.混合液中污泥颗粒呈现双峰分布,泥龄30 d时在O.5 μm和16 μm处有2个峰且平均粒径约14μm,污泥龄延长双峰分布向颗粒小的方向移动;混合液中微细颗粒含量及粒径分布对膜污染起决定性作用.综合考虑膜污染和污泥特性,膜生物反应器的污泥龄应控制在优势菌最小世代时间(运行温度下的最大比增长速度)的120倍以下.     

扑草净降解菌的分离、筛选与鉴定及降解特性初步研究

从安徽农药厂废水处理系统的活性污泥中筛选扑草净(prometryne)降解菌.通过富集驯化和选择性培养筛选纯化细菌,分离到2株细菌,分别命名为P-1、P-2.根据表型特征、生理生化特性和16S rDNA序列同源性分析:P-1为G-,鉴定为苍白杆菌属(Ochrobactrum);P-2为G+,鉴定为芽胞杆菌属(Bacillus).GenBank登录号分别为HM004554和HM004555.通过12 d液体降解实验,菌株P-1、P-2对40 mg.L-1扑草净降解率分别达到46.5%和65.4%.该研究为扑草净的生物降解与污染土壤的生物修复提供了依据.