【摘 要】
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污水深度处理中超滤工艺已有广泛应用,超滤过程中普遍存在生物型膜污染现象,导致了膜性能的损失,增加膜工艺运行成本。目前,针对超滤过程中的生物污染研究主要集中在生物污染对膜分离性能的影响、膜清洗方法等方面,缺乏对生物膜的动态发展过程及特征、进水水质对生物污染的影响以及膜生物污染过程控制等研究。本文通过分析超滤膜表面生物污染发展过程,探究不同阶段生物污染特点,探索对膜性能有重要影响的生物膜特性;改变进水
【基金项目】
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广东省自然科学基金“基于纳滤膜界面微生物吸附机制的生物型污染控制与膜表面特征优化”重点研究内容:微生物在膜界面的吸附机制与膜表面特性的优化,项目编号:JCYJ20160406162038258；
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污水深度处理中超滤工艺已有广泛应用,超滤过程中普遍存在生物型膜污染现象,导致了膜性能的损失,增加膜工艺运行成本。目前,针对超滤过程中的生物污染研究主要集中在生物污染对膜分离性能的影响、膜清洗方法等方面,缺乏对生物膜的动态发展过程及特征、进水水质对生物污染的影响以及膜生物污染过程控制等研究。本文通过分析超滤膜表面生物污染发展过程,探究不同阶段生物污染特点,探索对膜性能有重要影响的生物膜特性;改变进水中有机物种类、有机负荷和氮负荷,考察不同进水水质对关键生物膜特性和膜性能影响;针对生物污染在不同发展阶段特征,探究纳米银膜改性和投加D-酪氨酸对生物污染的控制效果及机制。研究了超滤过程中膜生物型污染的动态发展过程与特征。超滤中生物污染的发展主要包括3个主要阶段,即初期（0-1 d）进水中有机物和微生物等在膜表面的快速附着,导致通量的迅速下降,并改变膜表面性质;中期（1-15 d）微生物开始生长并分泌代谢产物,生物膜厚度增加,形成的生物膜较为松散;后期（15-30d）膜的接触角、粗糙度和Zeta电位以及微生物的ATP维持在稳定水平,生物膜结构随着过滤过程逐渐致密,微生物代谢产物的浓度进一步增加,导致膜通量持续下降。冗余分析表明胞外聚合物（EPS）浓度水平是影响膜过滤性能的主要原因。研究了不同进水水质参数对生物型污染特性的影响。在本研究实验条件下,对膜的生物污染层影响程度最大的因素为进水有机负荷,其次为有机物种类,最后是氮负荷,对膜生物阻力的影响程度也同样如此。膜的生物污染阻力与膜表面累积的生物质、EPS的多糖组分、EPS的大分子物质占比具有显著的线性正相关关系,相关系数分别为0.91、0.87和0.86,但与膜表面的ATP浓度的线性关系不显著。针对生物型污染在不同发展阶段的特征,建立针对性的控制方法。纳米银改性膜有效抑制了活菌的初期粘附,纳米银改性膜污染后通量比原始膜高出15.1%,膜表面抑菌率高达94.1%。D-酪氨酸可以通过阻碍中后期EPS中多糖蛋白质的分泌抑制生物膜的发展,在生物污染实验中,投加30μM D-酪氨酸后,膜表面累积多糖和蛋白质分别下降了19.7%和26.9%,最终通量比空白组高出42.0%。D-酪氨酸投加对膜生物污染的控制效果优于纳米银膜改性,改性膜+D-酪氨酸缓解生物型污染的效果最好。在超滤法市政污水深度处理中,改性膜+D-酪氨使膜通量提高了28.3%。
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