K.oxytoca菌及其胞外多糖的膜污染机理与协同效应研究

发布时间：2020-05-02 18:03

【摘要】： 微生物细胞与胞外多糖(Extra-cellular Polysaccharides,EPS)是膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)中膜生物污染层的重要组分,了解微生物及EPS的表面性质、表征EPS的结构并研究二者的膜污染机理及其协同效应,对解析膜生物污染生成的本质,进而控制或缓解膜污染层的成长具有重要的理论与现实意义。本文以模拟生活污水为处理对象,从膜污染层筛选获得四株优势微生物,以其中的K. oxytoca为模型菌株,开展相关的膜生物污染研究。主要研究结果如下: (1)MBR对模拟生活污水具有良好的处理效果,系统COD及氨氮的处理效率均在90%以上。膜污染层筛选得到的四株优势微生物经16SrDNA比对鉴定为:Klebsiella oxytoca、Micrococcus luteus、Rhodococcus erythropolis及Bacillus cereus。 (2)菌体与微滤膜的界面热力学研究结果表明,K. oxytoca菌、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)微滤膜均展现出明显的电子受体特征。PP膜具有相对较小的界面吸附自由能( G sws),其疏水性强于PVDF膜与K. oxytoca菌。由扩展DLVO(XDLVO)理论计算得出的两种膜-微生物系统的总界面能( U mXlDbLVO)均为负值,PP-K. oxytoca系统的U mXlDbLVO较负,表明K. oxytoca菌与两种微滤膜的吸附均可自发进行,但更易吸附在PP膜表面。K. oxytoca菌的静态吸附及动态过滤实验也支持上述结果。 (3)K. oxytoca所产EPS为均质单一多糖,平均分子量约为116018 Da,多糖在溶液中的粒径分布介于185～294 nm之间,平均粒径为260 nm。EPS的单糖组成研究表明,该多糖是由鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖与葡萄糖七种单糖组成的杂多糖,单糖的摩尔比为:0.032968:0.041085:0.014653:0.005126:0.239307:0.098622:0.130377。另外,EPS的傅立叶红外光谱出现3410.31 cm 1,2924.41 cm 1和1384.05 cm 1等多处多糖特征吸收峰。不同浓度EPS溶液的流变特征分析表明,该多糖呈现明显的“剪切变稀”的假塑性流体特征。 (4)EPS溶液的膜过滤结果表明,该多糖对PVDF和PP微滤膜的污染程度随EPS浓度的增加而增强。与PP膜相比,同等条件下EPS对PVDF膜表现出更高的污染能力。两种微滤膜的EPS过滤过程并不由单一的过滤机制所控制,而是包含了由孔堵向沉积层过渡的综合过滤过程。由于对PVDF膜具有较强的污染能力,同等条件下多糖在PVDF膜上形成沉积层的时间要早于PP膜。在过滤产生的阻力分配方面,两种滤膜表现出相似的规律,均是孔堵阻力( R f)处于主导地位,沉积层阻力( R c)次之,滤膜自身阻力( R m)则最小。在相同浓度下,EPS在PVDF膜上产生的静态吸附阻力也要高于PP膜。 (5)在固定EPS浓度条件下,K. oxytoca菌与EPS混合液对两种滤膜的过滤通量随着溶液中菌体数量的增加而变小。混合液对PVDF与PP两种滤膜的影响也具有明显的差异性,相同条件下,PP膜所受的膜污染更为严重。当菌体浓度较低时,混合液过滤初期以内部污染为主,然后再过渡到外部污染;而当菌体浓度升高时,则过滤之初便由外部污染所控制。另外,由于菌体滤层的阻隔作用,混合液的EPS透过率均低于单独的EPS溶液。而增加混合液中EPS的浓度则加重了混合液的膜污染程度,且EPS的透过率并没有随着进水浓度的提高而有所上升。
【图文】：

膜生物反应器,复合式,型式,生物反应器

能够保证系统具有较高的处理能力。1-填料；2-膜组件；3-生物反应器；4-抽吸泵图1-1 三种型式的膜生物反应器: (A)一体式；(B)复合式；(C)分置式Fig. 1-1 Three configurations membrane bioreactor: （A）submerged membrane bioreactor; (B) hybridmembrane bioreactor; (C) extemal membrane bioreactor1.3.2 膜生物反应器的技术特点膜生物反应器工艺相对于常规废水生物处理工艺具有以下特点：(1) 出水水质好用膜组件取代传统生物处理的二沉池，可使生物反应器内获得比活性污泥高出很多的生物浓度，极大地提高了生物降解能力。其分离效果比传统的沉淀池要好，出水悬浮物和浊度接近于零，可以直接回用，实现了污水资源化。(2) 工艺参数易于控制ABC

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2.2 材料与方法2.2.1 实验装置试验采用中试规模膜生物反应器装置(图2-1)，其中膜组件为天津膜天膜工程有限公司生产的聚偏氟乙烯中空纤维膜(PVDF)，，膜孔径为0.22μm，内径为0.65 mm，外径为1.0mm，膜面积为2 m2。主体反应器为矩形有机玻璃容器组成，截面积为0.30 m×0.50 m×0.70m，有效容积为80 L
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X703

【参考文献】