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《江南大学》 2009年
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K.oxytoca菌及其胞外多糖的膜污染机理与协同效应研究

封磊  
【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。
【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

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【引证文献】
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【同被引文献】
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