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微生物群落结构对自生动态膜反应器运行效能及膜演化形成影响的研究

姚淑娣  
【摘要】:自生动态膜生物反应(Self-forming Dynamic Membrane Bioreactor, SFDMBR)使用廉价粗孔微网材料(如无纺布)替代常规微滤/超滤膜作为过滤组件,利用泥水分离过程初期活性污泥在微网材料上自然沉积形成自生动态膜(Self-forming Dynamic Membrane, SFDM),取得与常规微滤/超滤膜近似的分离效果。但在运行过程中制约SFDMBR进一步发展和应用的主要因素是膜演化过程后期的膜污染问题。膜污染的形成是微生物与其代谢产物共同作用的过程,研究膜污染问题必须建立在动态过程研究的基础上。本研究综合分析SFDMBR中微生物的生理生态学性质,探讨微生物群落结构与运行效果及其代谢产物间的相互关系,为深入研究SFDMBR运行及膜污染控制提供理论依据。 本实验采用SFDMBR (Self-forming Dynamic Membrane Bioreactor,)处理模拟生活污水,膜材质为无纺布,重点研究了自生动态膜演化过程及不同曝气条件下膜上微生物群落结构变化及其代谢产物对膜演化过程的影响,并应用DGGE技术对完整周期内的微生物群落结构进行了分析,研究自生动态膜演化及其后期膜污染形成的动态过程,探究微生物菌群与胞外聚合物及膜污染的关系。 研究结果表明,自生膜在不同演化阶段下总细菌微生物群落结构的变化与与反应器处理效果的对应关系不明显,膜演化末期(DM3)总细菌群落的多样性略低于膜演化初期(DM1)和中期(DM2)时,但系统对COD的平均去除率均在90%以上。通过微生物群落结构与EPS (Extracellular polymeric substance,胞外聚合物)的关系分析,得到有些微生物可能与EPS的产生有关。膜演化末期(DM3)时的膜面污泥层中EPS含量也较高,在该条件下存在一些较特殊的微生物,且可能都具有反硝化功能,所以推测一些具有反硝化作用的菌群能产生更多的EPS,使膜污染现象加重。 曝气强度对COD和氨氮的去除效果影响不大,其平均去除率均在90%以上通过研究不同曝气条件下混合液微生物群落结构变化不大,但膜上生物膜的微生物多样性明显高于混合液。曝气的改变对DM膜的影响较大,低曝气条件下选择性富集更明显,生物多样性指数更高。对代谢产物的研究表明,不同曝气强度下SFDM上EPS的总量大小依次为:SFDM-高SFDM-(?)低,这与活性污泥中EPS浓度成正比。同时,蛋白在两膜上的含量比多糖类物质明显高出很多。 文章对膜的生物演化过程及不同曝气强度对膜演化过程的影响提出以下3点假设:污泥混合液中膜表面的优势微生物并不相同,污泥中占优势的微生物不一定是产生膜污染的主要物质,膜表面存在一些较反应器中不同的微生物。另外,膜表面可能存在一类微生物利用膜面的物质作为生长基质而附着与膜上,与膜表面一些产生较多EPS的微生物共同作用引起膜污染。曝气强度对自生动态膜上的微生物群落结构有显著影响,对活性污泥中微生物群落结构影响不大。


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