MBR中胞外聚合物对混合液过滤性能的影响

胞外聚合物(EPS)的含量和组成对混合液的特性和膜污染有着重要影响。采用SPSS统计分析法研究了紧密粘附胞外聚合物(TB)和松散附着胞外聚合物(LB)数量及其中蛋白质与多糖所占的比例对混合液特性及膜污染的影响。研究表明,随着EPS含量的增加,TB中蛋白质与多糖含量的比值减小,细菌存在状态由不稳定型(R型)向稳定型(S型)转变,SVI值增大;LB中蛋白质与多糖含量比值的增大,降低了混合液的Zeta电位,增加了混合液粘度和相对疏水性。上清液中悬浮固体颗粒的浓度、混合液的Zeta电位及相对疏水性是造成膜污染的主要因子,与膜污染阻力的皮尔逊系数分别为0.853、-0.818、0.832。     

溶解性有机物的膜污染倾向沿程解析

近年来膜生物反应器(MBR)工艺的工程应用日益增多,溶解性有机物(DOM)作为重要的膜污染物质引起了广泛的关注.采用化学分析法和荧光光谱法(EEM)研究了DOM的组分含量和荧光特性的沿程变化,并应用膜过滤装置对DOM的膜污染倾向进行分析.结果表明,在生物降解、胞外聚合物释放及膜截留的综合作用下,DOM的各组分均表现出相似的变化趋势.其中,蛋白质和腐殖酸与膜污染指数(MFI)的相关性显著,R2分别为0.77和0.82,可能与污染物的浓度及分子质量有关.     

藻细胞及胞外分泌物对三卤甲烷生成势的影响

以处于对数生长期后期的悦目颤藻为研究对象,研究藻细胞及其胞外分泌物(EOM)对三卤甲烷生成势(THMFP)的贡献,以及臭氧预氧化中臭氧投量及预氧化时间对THMFP的影响.研究表明EOM是原水中主要的THM前体物;藻细胞和EOM形成的三卤甲烷主要是三氯甲烷和一溴二氯甲烷.对含藻细胞水样的臭氧预氧化研究表明随着臭氧投量的增加,含藻细胞水样的三氯甲烷生成势和THMFP持续增加;随着预氧化时间的延长,THMFP几乎呈线性增加;臭氧预氧化会破坏藻细胞,使得胞内物质释放出来,这部分物质中的一部分是THM的前体物.对含EOM水样的臭氧预氧化研究表明随着臭氧投量的增加和预氧化时间的延长,臭氧氧化EOM使其不饱和键减少,生成的总卤代产物浓度减小;低投量的臭氧预氧化可以强化混凝去除EOM中的THM前体物,在试验条件下0.486 mg/L的臭氧作用5 min可强化混凝去除EOM中THMFP,去除率比单纯混凝高9.8%;随着预氧化时间的延长,含EOM水沉后水三氯甲烷生成势和THMFP略有升高,说明延长预氧化时间会引起含EOM水沉后水三卤甲烷前体物浓度的增加.由此,低投量短时间的臭氧预氧化可以强化混凝去除EOM的THMFP;并且在实际水处理中,应该在去除藻细胞之后再进行臭氧氧化处理,这样可防止臭氧氧化使藻细胞内物质释放而增加THM前体物浓度.     

孔石莼和赤潮异弯藻相互作用的初步研究

选用大型海藻——孔石莼Ulva pertusa和赤潮微藻——赤潮异弯藻Heterosigma akashiwo为试验材料,在实验室条件下研究了藻体、培养液滤液和胞内物质对生长相互作用的影响。结果表明:孔石莼和赤潮异弯藻二者之间存在克生效应,孔石莼培养液滤液和胞内物质对赤潮异弯藻生长有显著的抑制作用(P<0.01),而赤潮异弯藻培养液滤液和胞内物质对孔石莼生长亦有显著的抑制作用(P<0.01)。可以推测:孔石莼可能是通过分泌次生物质来抑制赤潮异弯藻的生长,而赤潮异弯藻可能是通过细胞的直接接触和分泌次生物质完成对孔石莼生长的抑制,其抑制物均存在于藻体和培养液中。     

预氯化含蓝藻水过程中AOC变化规律及作用机理

以铜绿微囊藻为研究对象,研究了预氯化含蓝藻水过程中可同化有机碳(AOC)的变化规律及作用机理。结果表明:氯可以快速提高含蓝藻水的AOC浓度,当氯投量为3 mg/L、氧化时间为30 s时,AOC浓度增加至592.0μg/mg TOC,AOC呈现先迅速增加后逐渐降低的趋势。氧化过程中藻细胞完整率不断下降直至1%以下,DOC由0.47 mg/L增加到0.99 mg/L,同时钾离子浓度由1.18 mg/L增加到1.33 mg/L,UV254和SUVA值分别从0.006 cm-1、1.277 L/(mg·m)增加到0.099 cm-1和10 L/(mg·m),氧化后的三维荧光光谱图(EEM)中新出现富里酸类物质,且荧光强度不断增强,说明芳香结构有机物增多。氧化前胞外有机物(EOM)和胞内有机物(IOM)形成的AOC分别为135.9和329.0μg/mg TOC,IOM的AOC浓度是EOM的2.4倍,IOM对AOC的形成贡献较大;氧化后分别是165.9和353.4μg/mg TOC,和氧化前相比则变化不大。综上所述,氯氧化能快速提高含蓝藻水的AOC浓度,主要是由于短时间内破坏了藻细胞结构,引起IOM的释放。     

两种微藻胞外分泌物与Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)对苯酚光解的影响

为了考察扁藻Tetraselmis chui和新月菱形藻Nitzschia closterium的胞外分泌物(Extracellular organic matter,EOM)及其分别与Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)共存条件下对海水中苯酚光解的影响,在模拟太阳光照射下,利用自制光化学反应器进行苯酚光解试验。结果表明:苯酚在扁藻和新月菱形藻EOM及分别与Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)共存下的光解过程均符合准一级动力学反应;苯酚的光解速率常数随着扁藻和新月菱形藻EOM浓度的增加而减小,表明这两种微藻的EOM可抑制海水中苯酚的光解;当加入不同浓度的Fe(Ⅲ)或Cu(Ⅱ)后,两种微藻的EOM对苯酚光解的抑制作用减弱,且苯酚的光解速率常数随着Fe(Ⅲ)或Cu(Ⅱ)浓度的增加而增大;当微藻EOM、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)三者共存时,可进一步促进苯酚光解。     

pH值和光照强度对颤藻生长及产嗅特征的影响

以分离自深圳市某水源水水库的颤藻为研究对象,探究其在不同pH值和光照强度条件下的生长及产嗅特征。试验结果表明,在不同pH值和光照强度条件下,该颤藻胞外和胞内土臭素(GSM)的产量显著高于2-甲基异莰醇(2-MIB)。颤藻对pH值的适应范围较宽,在pH值为6～9范围内均能够生长,且在弱酸性或弱碱性条件下生长状态最好,更易产生和释放GSM以及2-MIB。光照对颤藻向胞外释放异味物质有一定促进作用,最适宜颤藻生长的光照强度为3 000lx,太弱或太强的光照对其生长产生抑制作用。     

掺硼金刚石薄膜电极电化学氧化对铜绿微囊藻的生长抑制

阳极材料采用掺硼金刚石薄膜板状电极,研究了电化学氧化中电流密度、电解时间、pH、氯离子浓度、硫酸根离子浓度对铜绿微囊藻生长抑制的影响,以及电解前后藻细胞形态的变化。结果表明,4个影响因素对铜绿微囊藻生长抑制效果显著。抑藻效果随电流密度、电解时间的增加而增加,电流密度为17mA/cm2时藻细胞出现破裂、细胞内物质流出的现象,抑藻效果较好;当电解时间为20min时,可完全抑制藻细胞生长;再增大电解时间,对抑藻效果无明显促进作用,初始pH在中性及酸性条件下可完全抑制藻细胞生长。抑藻效果与溶液中氯离子、硫酸根离子浓度成正相关,当溶液中氯离子浓度为6mg/L时,可完全抑制藻细胞生长;无氯离子时,藻细胞在4d后出现继续增长现象。     

臭氧预氧化对藻细胞及藻类有机物特性及其混凝处理效能的影响

以实验室纯培养处于对数生长期后期的悦目颤藻为研究对象,并分离藻细胞及其胞外有机物(EOM),研究藻细胞的结构特性、藻类有机物(AOM包括EOM和胞内有机物IOM)的紫外吸收和分子质量分布特征以及臭氧预氧化对这些特性的影响.显微摄影图片表明,臭氧可以氧化藻细胞内的叶绿素a,使细胞产生不同程度的破坏;颗粒尺寸分布分析表明,臭氧预氧化可以提高藻细胞的沉降性能;紫外吸收特性分析表明,AOM的氨基结构多于芳香结构;分子质量分布结果表明,颤藻EOM和IOM成分类似,IOM以大分子物质为主,EOM以小分子物质为主;较大分子质量的物质大部分分布在胞内,较小分子质量的物质大部分分布在胞外;利用超滤膜法测定颤藻EOM的分子质量分布,发现EOM中分子质量＜5000 u的有机物占71%,进一步证实了EOM主要为小分子物质;臭氧预氧化可以强化混凝除浊除藻,但其对藻类有机物的控制不是太有效,这是因为臭氧预氧化本身会引起IOM的释放,同时臭氧在强化去除EOM方面的效果不是太明显.     

3种脂肪酸对生物被膜形成及厚壳贻贝幼虫附着变态的影响

为研究脂肪酸对海假交替单胞菌Pseudoalteromonas marina生物被膜形成及共同形成的生物被膜对厚壳贻贝Mytilus coruscus幼虫附着变态的影响,以海假交替单胞菌生物被膜为对照,设置0.01、0.1、1、5 mg/L的棕榈酸(十六烷酸)、硬脂酸(十八烷酸)、油酸(十八烯酸)及3种脂肪酸混合物添加到菌液中共同形成生物被膜,并检测生物被膜对厚壳贻贝幼虫附着变态的影响,同时选取诱导效果较好的3种脂肪酸混合物组对其生物被膜的密度、膜厚及胞外产物进行研究。结果表明:混合脂肪酸与细菌共同形成的生物被膜使幼虫的附着变态率显著上升(P<0.05),通过对混合脂肪酸组生物被膜的生物学特性分析发现,随着混合脂肪酸物浓度的增加,相比海假交替单胞菌单一生物被膜,其细菌密度和膜厚度显著降低(P<0.05),细菌更加分散,胞外脂类含量显著升高(P<0.05),而胞外多糖、胞外蛋白质则无明显变化(P>0.05)。研究表明,脂肪酸是通过促进生物被膜胞外脂的产生影响厚壳贻贝幼虫的附着变态。     

KMnO4强化混凝耦合超滤去除湖库水中共存铁锰藻

华南地区湿热环境下铁、锰和藻共存湖泊水具有明显的地域特征。对华南地区三个典型的高藻湖水进行了水质调研,针对性地研究了高锰酸钾预氧化强化混凝耦合超滤对高藻湖泊水中铁、锰、藻的去除效能及膜污染特征。结果表明,随着高锰酸钾投加量的增加,耦合工艺对铁、锰、藻、蛋白质和多糖的去除效果均增强,尤其当投加量为2.5 mg/L时,铁、锰、藻的去除率分别可达93.7%、91.5%、91.0%。进一步研究发现,高锰酸钾预氧化水中铁和锰的产物对高藻水具有助凝作用,使得藻细胞团聚并且形成了更大的颗粒,SEM-EDS和XPS分析显示高锰酸钾预氧化形成了铁与锰的氧化物。最后,对实际湖库水进行短周期和长周期实验,出水水质均保持稳定,且预氧化能有效缓解膜污染。     

混凝/粉末炭组合预处理改善超滤膜污染可逆性的效能

通过投加聚合氯化铝(PACl)和粉末活性炭(PAC)进行预处理,研究二者组合减缓超滤过程中膜通量下降的效果,以及预处理效果与膜的不可逆污染之间的关系,并分析了膜污染机理。结果表明,组合预处理相比于单独预处理能够有效减轻膜污染,使膜污染的不可逆性大大降低。同时,相较于混凝/吸附(先混凝后吸附)预处理,吸附/混凝(先吸附后混凝)组合方式在缓解膜污染和改善可逆性方面都更具优势。对经预处理的水样进行膜过滤,不可逆污染与相关指标的拟合结果表明,不可逆污染与预处理过程对UV_(254)和DOC的去除率呈负相关,与SUVA值呈正相关,不可逆污染与UV_(254)的相关性较DOC好,原水中的UV_(254)类污染物是造成超滤膜不可逆污染的主要物质。     

曝气量对膜生物反应器污泥特性和膜污染的影响

设置M1、M2和M3等3个反应器的曝气量分别为150、200和300 L/h,研究了曝气量对膜生物反应器(MBR)的运行效果和污泥特性的影响.结果表明,随着曝气量的增加,对COD和NH4+-N的去除率提高,反应器内溶解氧浓度和污泥的比耗氧速率均增加,表明增加曝气量有助于提高污泥的活性.污泥絮体的粒径变小,溶解性微生物代谢产物(SMP)浓度则由M1的46.8mg/L增加到M3的71.0 mg/L,而且其中的成分也发生了变化,蛋白质与多糖的比值随着曝气量的增加而增加,M1的为1.5,M3的则增至1.9.随着曝气量的增加则膜污染速率加快,表明膜污染以SMP污染为主.     

膜生物反应器稳定运行的操作条件优化研究

膜污染是限制膜生物反应器（MBR）应用和发展的瓶颈。为此，选择污泥浓度、膜通量（Jv）、曝气量（Q气）、抽吸／停抽时间（tR／tS）、反应器升流区与降流区面积之比（Ar／Ad）进行正交试验，开展了MBR操作条件的优化研究。结果表明，溶解性胞外多聚物是导致膜污染形成和发展的主要物质，其中蛋白质／多糖值与膜压差上升速率存在线性关系；较佳的操作参数为：MLSS=7g／L，Jv=10L／（m^2·h），Q气=6m^3／h，tR／tS=4min／1min，Ar／Ad=1．7。     

静电场对钝顶螺旋藻的生物效应

为选育优良的螺旋藻Spirulina platensis藻株,探究静电场的生物学效应,采用静电场对钝顶螺旋藻进行处理,分别在0、3、6、9、12、15、18、21、24、27 k V电压下处理藻株5 min,处理后的藻株依次记为IS、ES-1、…、ES-9,将藻株按照一定条件进行培养后,对其生长速度、藻体上浮性、叶绿素a、丙二醛(MDA)、水溶性蛋白质、藻蓝蛋白质含量和超氧化物歧化酶(SOD)比活性进行测定。结果表明:与对照藻株IS株相比,处理组藻体MDA含量均有所降低;除ES-5藻株外,其他处理藻株的生长速度均明显加快;ES-8藻株上浮性最好,其叶绿素a、水溶性蛋白质、藻蓝蛋白质含量和SOD比活性较IS均有明显增加,增幅分别为37.69%、19.13%、19.26%和7.06%;对ES-8株与IS株叶绿素a的紫外吸收光谱进行比较,发现ES-8株最大吸收峰值与IS株相比有明显变化。研究表明,静电场对钝顶螺旋藻具有生物效应。     

静电场对钝顶螺旋藻的生物效应

为选育优良的螺旋藻Spirulina platensis藻株,探究静电场的生物学效应,采用静电场对钝顶螺旋藻进行处理,分别在0、3、6、9、12、15、18、21、24、27 k V电压下处理藻株5 min,处理后的藻株依次记为IS、ES-1、…、ES-9,将藻株按照一定条件进行培养后,对其生长速度、藻体上浮性、叶绿素a、丙二醛(MDA)、水溶性蛋白质、藻蓝蛋白质含量和超氧化物歧化酶(SOD)比活性进行测定。结果表明:与对照藻株IS株相比,处理组藻体MDA含量均有所降低;除ES-5藻株外,其他处理藻株的生长速度均明显加快;ES-8藻株上浮性最好,其叶绿素a、水溶性蛋白质、藻蓝蛋白质含量和SOD比活性较IS均有明显增加,增幅分别为37.69%、19.13%、19.26%和7.06%;对ES-8株与IS株叶绿素a的紫外吸收光谱进行比较,发现ES-8株最大吸收峰值与IS株相比有明显变化。研究表明,静电场对钝顶螺旋藻具有生物效应。     

HS/SPME/GC/MS检测藻细胞内致嗅物的前处理方法

藻源致嗅物质引起的水体嗅味是高藻源水环境的重要问题,其定量检测难度高,特别是胞内致嗅物质的检测容易出现误差。建立了顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用技术(HS/SPME/GC/MS)同时定量检测水中5种典型藻源致嗅物质β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、二甲基三硫醚、2-甲基异莰醇和土臭素的方法,各物质标准曲线的线性关系良好(R20.99),检测限显著低于其嗅阈值,回收率为92.60%~113.70%,相对标准偏差(RSD)≤5.92%。以铜绿微囊藻为例,建立了用于胞内致嗅物质检测的加热盐浴前处理方法。采用密封萃取瓶内加热盐浴处理藻液,检测藻液中致嗅物质总含量,以总含量与经0.45μm滤膜过滤后胞外含量的差值作为胞内含量。流式细胞技术检测表明,HS/SPME预热3 min内,破胞率超过99%。激光粒度仪检测发现藻细胞以穿孔方式破胞同时细胞尺寸未发生明显变化。加热盐浴差值法简化了操作,缩短了破胞处理时间,密封环境下破胞降低挥发损失,从而保证了胞内致嗅物质检测的准确性。     

厌氧微生物降解苯酚过程中胞外蛋白及多糖变化分析

为研究厌氧微生物在降解有毒难降解类物质时,胞外多聚物(EPS)的成分变化情况,选取苯酚作为培养基质,按苯酚浓度由低到高(100、300和500 mg/L)分三阶段驯化颗粒污泥。试验过程中,提取对照组(苯酚浓度为零)和三个阶段驯化的颗粒污泥的EPS,测定胞外蛋白质(PN)和胞外多糖(PS)的含量,并对PN和颗粒污泥分别进行三维荧光光谱和电镜扫描(SEM)分析。结果表明:EPS中PN含量变化明显,是抵御苯酚毒性的主要物质;PS含量变化不明显,基本维持在2.6~3.2 mg/g VSS之间,通过其中的负性官能团相互连接构成网状结构,起到维持颗粒污泥形态的作用。通过三维荧光光谱(EEM)分析,细胞分泌的酪氨酸类蛋白质和其他芳香族类蛋白质是厌氧微生物能够有效抵御苯酚毒性的主要原因,且其含量与苯酚浓度呈正相关。SEM照片显示,EPS对污泥结构有影响,PN/PS值增加促进污泥粒径变大,PN减少使污泥颗粒逐渐裂解。     

强化除磷型膜生物反应器的膜污染特性

采用强化除磷型膜生物反应器处理合成低浓度生活污水,考察其膜污染特性与机制。通过三维荧光光谱(EEM)对胞外聚合物(EPS)、溶解性微生物产物(SMP)及膜孔内部的溶解性污染物进行表征,并采用傅里叶红外光谱(FT-IR)对膜表面污染物质的官能团进行检测,发现多糖与蛋白质类物质是导致膜污染的主要因素;采用扫描电镜与能量色谱X射线光谱仪(SEM-EDX)对污染膜表面的监测表明,Ca、Mg、Al、Si、Fe等金属元素对膜表面无机污染及滤饼层的形成贡献较大。试验阶段好氧膜池污泥的EPS和SMP平均值分别为12.6、4.4 mg/gVSS,膜组件对TEPS中多糖和蛋白质的截留率分别为78.6%和91.2%。EPS与SVI有较好的线性相关性(R2=0.967 3),EPSp在TEPSp中的比例是决定污泥沉降性的关键因素。序批式修正污染指数(MFI)试验表明,当EPS、SMP、TEPS含量增加时,MFIsol、MFIss及TMFI呈增大趋势,污泥上清液MFIsol与悬浮固体的MFIss在TMFI中各占约50%,TMFI可以作为预测膜污染速率快慢的指标。     

浸没式超滤膜处理高藻水的反冲洗影响因素研究

膜污染是制约浸没式超滤膜高效处理高藻水的关键，合理优化超滤反冲洗策略有助于改善系统整体运行性能。为此，采用截留分子质量为150～300 ku的超滤膜过滤高藻水，探究不同反冲洗方式及排空周期等条件下跨膜压差的变化情况。结果表明，单独气洗在控制跨膜压差增长方面比单独水洗表现得更好；气洗强度越大，跨膜压差的增长速度越慢，当气洗强度为60 m³/(m²·h)时对跨膜压差的控制效果最佳。增加反冲洗强度可能会加剧藻细胞的破裂，造成膜池中蛋白质类物质和溶解性微生物代谢产物的增加。增加膜池排空周期可减缓跨膜压差的增长，当排空周期为12 h时对跨膜压差的控制效果最优。低强度的气水联合冲洗一定程度上能够有效缓解膜污染，这可能与膜表面黏附的污垢减少以及膜池中颗粒物的尺寸增大有关。