一种利用NO缓释剂控制膜生物反应器中膜污染的方法

一种利用no缓释剂控制膜生物反应器中膜污染的方法
技术领域
1.本发明涉及膜生物反应器(mbr)中膜污染控制领域，尤其涉及通过投加一氧化氮(no)缓释剂控制膜生物反应器中生物污染的方法。


背景技术：

2.mbr作为一种生物处理耦合膜过滤过程的污水处理工艺，因其独立的污泥停留时间和水力停留时间、高出水水质、低占地面积等特点而被广泛应用于全国污水处理厂。随着mbr的运行不可避免会发生膜污染，控制膜污染所投入的高成本是限制mbr进一步发展的主要因素，学者们通过物理、化学手段对改善膜污染进行了广泛的研究，但都无法从根本上解决膜污染问题。生物膜形成是膜污染发生的主要形式，细菌的成膜行为受控于其胞内的第二信使分子信号系统。环二鸟苷酸(c-di-gmp)是近年来发现在细菌中普遍存在的第二信使分子，其在细菌从浮游状态到固着生长的生物膜状态转变、以及细菌生物膜状态维持的过程中起着关键作用。
3.我们探究了不同污泥停留时间(srt)下c-di-gmp变化及对mbr膜污染的介导作用发现，在具有低srt(10天)的mbr观察到更为严重的膜污染现象，同时细菌胞内c-di-gmp水平、胞外多聚物(eps)含量也明显高于srt为30天的mbr。eps不仅是生物膜的主要成分，其本身也是一种重要的膜污染物，细菌胞外eps含量较高时会加速膜污染。在mbr中c-di-gmp水平和eps含量呈现出强正相关关系，表明eps的产生很大程度上受胞内c-di-gmp水平的调节。因此，我们可通过降低c-di-gmp水平以减少eps产生量，促进细菌从固着生长状态到浮游状态转变，使膜污染得到缓解。
4.我们以一氧化氮缓释剂作为调控分子投加到试验室规模的mbr后发现，被投加一氧化氮缓释剂的反应器细菌胞内c-di-gmp水平和eps中多糖含量明显降低，同时膜污染速率也得到缓解。由此，本发明提出利用一氧化氮缓释剂作为调控分子实现基于c-di-gmp调控的膜污染控制方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的主要针对实际城镇污水处理系统和试验室规模的mbr中常发生的膜污染问题，提供一种利用no缓释剂控制膜生物反应器中膜污染的方法。
6.本发明通过向污水处理系统中投加一氧化氮缓释剂，实现细菌胞内c-di-gmp水平的调控，促进eps产生量降低及生物膜的解体，从而达到缓解膜污染的目的。
7.本发明通过下述技术方案实现：
8.一种利用no缓释剂控制膜生物反应器中膜污染的方法，包括如下步骤：
9.通过向污水处理系统中投加一氧化氮缓释剂，利用一氧化氮缓释剂缓慢释放产生的一氧化氮作用于膜表面的生物膜污染物，一氧化氮促使膜污染物中细菌胞内环二鸟苷酸(c-di-gmp)浓度水平降低，使细菌胞外多聚物(eps)产生量减少，阻止细菌在膜表面附着形成生物膜，并促使已形成的生物膜解体，实现缓解膜污染的作用。
10.上述通过向污水处理系统中投加一氧化氮缓释剂具体是指，采用计量泵将一氧化氮缓释剂，泵入膜生物反应器位于好氧区内的膜组件表面区域，使得一氧化氮缓释剂达到在膜表面所需浓度。
11.上述将一氧化氮缓释剂，泵入膜生物反应器的好氧区膜组件表面区域，使得一氧化氮缓释剂达到在膜表面所需浓度，具体是指：
12.采用计量泵将0.1mol/l～2.0mol/l的一氧化氮缓释剂溶液，以进水流量1/10
6-1/108的速率、并在避光条件下，泵入膜生物反应器的好氧区膜组件表面区域，使得一氧化氮缓释剂在膜表面浓度达到100pmol/l～10nmol/l。
13.上述一氧化氮缓释剂，具体是指：硝普钠(cas号：13755-38-9)、n-[3-氨基丙基(丙基)氨基]-n-羟基亚硝基酰胺(cas号：146672-58-4)、deta nonoate(cas号:146724-94-9)或者proli nonoate(cas号：178948-42-0)。
[0014]
上述污水处理系统为污水处理厂、中试系统、试验室小试系统的mbr反应器。
[0015]
上述一氧化氮缓释剂投加量为终浓度0.25μmol/l-70mmol/l。
[0016]
上述一氧化氮缓释剂投加方式为连续式投加或间歇式投加。
[0017]
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0018]
传统的膜污染控制方法，如物理清洗仅能去除部分可逆污染，对生物污染的控制则没有明显效果，化学清洗虽对污染物去除效果最佳，但需要离线清洗造成操作不便且易形成二次污染。
[0019]
本发明技术手段简便，无需进行离线操作，直接向污水处理系统中投加一氧化氮缓释剂即可有效控制膜污染，具有操作简单、成本低、无二次污染等优点。
附图说明
[0020]
图1为本发明实施例中，0.5μmol/l硝普钠投加到实验组反应器后两mbr膜污染速率的测试结果一。
[0021]
图2为本发明实施例中，1.0μmol/l硝普钠投加到实验组反应器后两mbr膜污染速率的测试结果二。
[0022]
图3为本发明实施例中，1.0μmol/l硝普钠投加到实验组反应器后两mbr细菌胞内c-di-gmp水平变化规律的测试结果三。
[0023]
图4为污水处理系统图。
具体实施方式
[0024]
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0025]
实验器材及工艺
[0026]
如图4为污水处理系统，mbr装置为有机玻璃材料制成，包含两个有效容积比为1：1的好氧区和缺氧区；好氧区内设有曝气装置，曝气装置包括曝气管，曝气装置连接好氧区外部的空气泵，以为微生物代谢提供好氧环境同时起到冲刷膜组件的膜表面的作用。缺氧区内有磁力搅拌装置，以使反应器中污水与活性污泥充分接触。混合液回流比例为300％，以实现反硝化过程。膜组件位于好氧区，由有机玻璃作为框架外附两片孔径为0.05μm的聚偏
氟乙烯膜组成，采用抽吸的方式实现泥水分离。mbr装置水力停留时间设定为12.5h，污泥停留时间设定为10d。
[0027]
实施举例：本发明利用no缓释剂控制膜生物反应器中膜污染的工艺，可通过如下步骤实现：
[0028]
采用计量泵将0.5mol/l或1.0mol/l或1.5mol/l的硝普钠以进水流量1/10
7-1/108的速率避光泵入好氧区膜组件表面，使得硝普钠在膜表面浓度达到0.5-1.0μmol/l。硝普钠缓慢分解释放一氧化氮使膜表面一氧化氮浓度达到100pmol/l至10nmol/l浓度水平，上述浓度范围的一氧化氮作用于细菌细胞膜上的一氧化氮受体，上述受体通过抑制二鸟苷环化酶或增强磷酸二酯酶的活性，促使膜污染物中细菌胞内环二鸟苷酸(c-di-gmp)浓度水平降低，进而导致细菌胞外多聚物(eps)产生量减少，从而实现阻止细菌在膜表面附着形成生物膜造成膜污染，并使在膜表面形成的生物膜污染物分散解体，达到恢复膜通量的目的，硝普钠溶药溶液配置时间间隔不超过3天；可采用连续投加方式或间歇投加方式，间歇投加时间间隔依据膜污染状况确定。
[0029]
对照实验：
[0030]
基于上述工艺条件下，在另外一个mbr反应器中不添加任何物质，作为空白对照。
[0031]
实验结果如图1-3所示：
[0032]
在0.5μmol/l硝普钠的作用下，实验组反应器(r2)膜污染周期从13d延长至22d(图1)；在1μmol/l硝普钠的作用下，同一天内实验组反应器(r2)细菌胞内c-di-gmp水平低于r1(图3)，长时间范围内实验组反应器(r2)的跨膜压差(tmp)增加速率变为1.88kpa/d，低于对照组的tmp增加速率3kpa/d(图2)，膜污染缓解效果明显。
[0033]
如上所述，本发明通过向污水生物处理系统膜组件所在区域投加一氧化氮缓释剂，调控活性污泥及膜污染物中细菌胞内环二鸟苷酸浓度水平，减少其胞外多聚物产生量，延缓其在膜表面的附着，促进已在膜材料表面形成的膜污染物(生物膜)解体，从而达到缓解膜污染的目的，同时不对膜生物反应器的污染物去除效果及出水水质造成影响。本发明具有操作简便、成本低、无二次污染等优点。
[0034]
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。