基于电场控制的SMP与EPS分布和迁移

将微生物燃料电池(MFC)与膜生物反应器(MBR)进行耦合,构建了MFC-MBR一体化系统。基于MFC-MBR一体化系统,研究分析了MFC微电场对MBR膜组件周围溶解性微生物代谢产物(SMP)和胞外聚合物(EPS)的分布和迁移的影响。研究结果表明:MFC-MBR一体化系统可提供的最大输出电压为0. 78 V。在此电场作用下,MBR的跨膜压差(TMP)达到30 k Pa所需时间为14 d,比无外加电场所用时间长6 d。与此同时,扫描电镜显示:在长期运行后,有电场情况下,膜表面覆盖物较无电场少。通过对MBR膜组件周围SMP与EPS进行检测分析,发现在外加电场作用下,SMP与松散胞外聚合物(LB-EPS)会远离膜组件,其浓度会随着与膜组件距离的增加而增大;而紧密胞外聚合物(TB-EPS)不受电场影响,呈均匀分布状态。此外,SMP与LB-EPS在微电场作用下能够进行远离MBR膜表面的定向移动,从而可以有效减缓MBR膜污染,为MBR降低运行成本提供参考。     

膜生物反应器中贫营养条件下SMP的产出研究

文章为考察膜生物反应器微生物在贫营养条件下,溶解性微生物产物(SMP)的产出规律和特性,为优化MBR反应器的运行、延缓膜污染提供理论依据。对天津大学游泳馆MBR系统中的污泥混合液进行贫营养实验。研究表明贫营养条件下SMP产出可以分为两个阶段:EPS溶解产生SMP阶段和死亡细胞胞内物质溶出产生SMP阶段。伴随营养物质的匮乏,SMP中大分子物质所占比例显著增加,从第3天的20.2%(占TOC总量的比例),到第8天上升为39.2%,从而会加剧膜污染,并且不同阶段产生的SMP都可以刺激微生物提高对基质的降解速率,SMP浓度与污泥的比好氧速率呈正相关关系。     

AF-MBR处理海水养殖废水性能及膜污染特性

为了考察缺氧滤池-膜生物反应器（AF-MBR）对海水养殖废水的处理效果,在膜生物反应器中投加聚氨酯悬浮性填料,并以独立运行的膜生物反应器作为对照.结果表明,组合反应系统的总氮去除率和总有机碳（TOC）去除率分别为92%和90%,高于对照膜生物反应器的86%和85%.并且,前置缺氧滤池和填料的投加也明显缓解了膜污染.通过对两个反应器提取的溶解性微生物产物（SMP）和细胞胞外聚合物（EPS）进行红外光谱和三维荧光光谱的测定,确定了蛋白质和多糖为主要的膜污染物质,并且膜污染物质的减少缓解了膜污染现象.     

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。     

污泥厌氧过程中磷释放与SMP特性研究

以城市污水处理厂剩余污泥为实验污泥,研究污泥厌氧过程中磷释放和溶解性微生物代谢产物（SMP）的变化特性,检测了不同厌氧时长下总磷（TP）,SMP中蛋白质与多糖含量,利用三维荧光光谱与液相色谱-有机碳测定仪（LC-OCD）进一步探究了SMP的组分分布状况,应用灰色关联度分析了TP与各组分的相关性.结果表明：随着厌氧时间延长,蛋白质,多糖浓度逐渐增加,TP浓度呈现先增大后减小的趋势,TP浓度在厌氧4d最高,达到14.15mg/gVSS,说明污泥厌氧过程中存在最优释磷时间;将三维荧光光谱分为7个荧光区域,平行因子（PARAFAC）分析表明紫外光区类富里酸和类腐殖酸物质荧光强度随着厌氧时间的延长逐渐增大,微生物代谢产物的荧光强度先增大后减小;SMP中生物高聚物和腐殖酸（Humics）等大分子物质浓度逐渐增大,中分子前驱物呈现先增大后减小的趋势,而小分子物质呈现先减小后增大的趋势;蛋白质、多糖和Humics浓度与TP浓度的关联性显著.研究结果可为优化污泥厌氧释磷,提高磷回收效率提供理论支持.     

结合态胞外聚合物对膜污染的影响与控制研究

膜污染是限制膜生物反应器（MBIL）广泛应用的主要因素,其中微生物代谢产物（EPS、SMP）是引起膜污染的主要物质。在论述了EPS对膜污染影响的基础上,着重从减少微生物代谢产物角度介绍了缓解膜污染的控制措施,为推广MBR工艺在污水处理与水资源回用领域的应用提供技术支持。     

低负荷氧化沟系统中EPS与活性污泥沉降性能的关系

污泥膨胀是氧化沟系统中常见的运行问题,为寻求有效的针对性污泥膨胀的控制措施,需要首先明确污泥膨胀发生的机理.因此,在实验室模拟氧化沟处理系统中,采用以可溶性淀粉为碳源的模拟生活污水,探索了系统内污泥EPS的变化及其与污泥膨胀的关系.试验结果显示,在低负荷氧化沟中,污泥出现丝状膨胀,污泥中EPS含量及EPS中蛋白质含量与污泥的沉降性能(SVI)之间呈现出明显的负线性关系,但EPS中糖的含量与污泥的SVI之间无明显的线性关系.适当提高污泥负荷,污泥的EPS含量增加、沉降性能改善.研究认为,在低负荷运行的系统且缺乏细菌可快速容易降解碳源的条件下出现的污泥中EPS减少,并非是氧化沟污泥发生丝状膨胀的致因,丝状菌的优势繁殖才是根本原因.不能通过控制EPS来影响氧化沟低负荷下的污泥丝状膨胀.     

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.      

膜-生物反应器污泥缺氧反硝化过程中SMP的形成

在不同C/N比下,研究了膜-生物反应器在缺氧状态下溶解性微生物产物(SMP)的形成规律.结果表明,不同C/N比的反硝化过程,随着底物的降解,SMP都呈现不同程度的累积,且高C/N比下的合成量(9~10mgCOD/gVSS)高于低C/N比下的合成量(3~4mgCOD/gVSS).从SMP的组分来看,不同C/N比下糖类的代谢规律相似,蛋白质则随着C/N比的升高其含量占SMP总量的比例增加,成为膜污染潜在的主要贡献者.随着反硝化过程的进行,体系中亚硝酸盐的累积对SMP的形成没有影响.     

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     

不同细菌分泌物及其反渗透膜污堵特性比较

反渗透(RO)工艺在城市污水再生处理中的应用越来越多,但膜污堵严重影响了该工艺的稳定运行.溶解性微生物产物(SMP)是造成RO膜污堵的最主要的有机物.本文以再生水厂RO膜面分离的两种细菌Pseudomonas sp. AM1-1和Chromobacterium sp.AM1-2的SMP为研究对象,比较了两者SMP的组成成分及其对RO膜的污堵能力.结果发现,在葡萄糖培养基中培养至稳定期后,两者产生的SMP中多糖与蛋白质比例均约为1∶1,AM1-1的SMP中多糖和蛋白质均呈双峰式分布,分布于大于10~5Da和小于10~3Da两个范围;AM1-2的SMP中,多糖分子量呈双峰式分布,主要分布于大于10~6Da的范围,有少量小于10~3Da,蛋白质分子量小于10~3Da.通过RO错流过滤污堵实验装置考察了两种SMP对RO膜的污堵特性,发现SMP中大分子有机物的分子量与SMP的膜污堵潜力密切相关,有机物分子量越大,SMP的膜污堵潜力越高,而多糖和蛋白质的比例并不是决定SMP膜污堵潜力的关键.因此,减少SMP中的大分子量物质(特别是大分子多糖)在RO膜表面的沉积,是缓解SMP造成的RO膜污堵的关键.     

贫营养条件下EPS、SMP和微生物多样性的研究

为了考察活性污泥在营养缺乏的条件下,胞外聚合物（EPS）、溶解性微生物产物（SMP）和微生物种群结构自身的变化情况,为优化MBR系统运行、延缓膜污染等提供理论依据,对天津大学游泳馆MBR中的污泥混合液进行贫营养实验,测定了污泥混合液中EPS和SMP的含量,通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术和克隆测序技术对微生物多样性进行分析,根据序列数据进行同源性分析并构建系统进化树.实验初期,EPS和SMP的浓度由15.04 mg/g和0 mg/g分别上升到17.99 mg/g和3.29 mg/g.随着实验的进行,EPS有很大的降低,最终只有2.40 mg/g;SMP则一直在3.5 mg/g左右变化.实验表明,EPS和SMP对外界环境变化具有一定的缓冲作用,并且在营养缺乏的条件下微生物能够以降解EPS和SMP来维持自身生命活动.由于对EPS和SMP的利用,污泥的Shannon多样性指数由最初的0.81上升到最高时的1.09,随后开始降低,并最终稳定在0.95.克隆测序的结果表明,污泥中微生物的种类比较丰富,并且优势菌种大部分为未经培养菌种.部分菌种能够通过产生蛋白质和多糖水解酶来实现对EPS和SMP的降解,主要属于拟杆菌(Bacteroidetes)、黄杆菌(Flavobacterium）、腐螺旋菌(Saprospiraceae)和厚壁门菌(Firmicutes)等.     

两级序批式反应器运行模式下平板膜污染机理研究

从膜污染物分析、微生物代谢产物EPS、SMP对膜污染的影响等方面,对两级序批式反应器运行模式下的平板膜污染机理进行了试验研究.结果表明,膜表面及膜孔内部存在以球菌、杆菌为主的生物污染,膜表面的无机污染物主要是Fe、Na、Zr、Rb、Ca等化合物在浓差极化的作用下超过其溶解度极限后结晶形成的盐垢,膜表面的有机污染物主要是蛋白质,是形成膜表面凝胶层的主要原因,而蛋白质在膜面为伴随有电子转移的化学吸附,从而引起膜通量严重下降.     

Study on membrane fouling of submerged membrane bioreactor in treating bathing wastewater

A pilot-scale submerged membrane bioreactor (MBR) was used to treat the bathing wastewater for more than 90 d. Several factors affecting membrane fouling were studied, including the variation in transmembrane pressure (TMP), changes in extracellular polymeric substance (EPS), and distribution of membrane resistance (R). The relationships between R and EPS concentration were found to be R = 0.00008(EPSS)2.915 in the mixed liquor (EPSS) and R = 0.2853(EPSm) - 0.824 on the membrane surface (EPSm). The constant...     

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...     

污泥龄对膜生物反应器污泥特性及膜污染的影响

研究了污泥龄对胞外聚合物(EPS)总量、紧密粘附胞外聚合物(TB)和松散附着胞外聚合物(LB)含量及其中蛋白质与多糖比例的影响.结果表明,随污泥龄的延长,混合液EPS总量增加,TB和LB中蛋白质与多糖比例发生变化.这种变化改变了细菌表面电荷分布,增大了细菌表面亲水基和疏水基的比例,使细菌的存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变,降低了混合液Zeta电位,SVI值增大.采用SPSS软件对膜污染的主要因子进行了相关性分析,Zeta电位、上清液悬浮固体浓度、相对疏水性的相关系数分别为-0.818、0.853、0.832.综合考虑膜污染阻力和污泥特性,膜生物反应器的污泥龄应控制在优势菌最小世代时间的120倍以下.     

丝状菌对膜-生物反应器中膜污染过程的影响

结合动态运行试验,针对丝状菌对膜污染过程的影响进行了跟踪观察和分析.结果显示,丝状菌与膜表面污染物形成过程及结构、附着形式密切相关.丝状菌以黏着、穿透膜材料等固定形式,增加膜表面污染物的附着强度.丝状菌以立体网状结构形式在膜表面污染物形成及其结构中发挥重要作用,严重影响膜-生物反应器的处理能力及膜清洗效率,丝状菌是膜-生物反应器中危害性严重的一类微生物.