一种综合减轻膜生物反应器膜污染的方法

1.本发明属于废水处理领域，尤其涉及废水处理过程中的膜生物反应器技术，具体涉及一种综合减轻膜生物反应器膜污染的方法及装置。


背景技术：

2.膜生物反应器(mbr)是一种结合膜过滤的活性污泥处理工艺，将活性污泥的生物降解与膜的高效分离相结合，具有固液分离好、出水水质好、占地面积小等优点。然而，膜污染在实际应用中严重限制了该技术的进一步推广和应用。膜污染通常与群体感应(qs)相关。在群体感应过程中，细菌使用信号分子进行群体活动，例如在膜表面形成造成膜污染的生物膜。因此，通过降解信号分子，也就是群体淬灭(qq)，是一种控制膜污染的有效方法。部分学者进行过相关研究并提出相应的控制策略，如通过添加降解信号分子的群体淬灭菌群等处理措施。外源添加的菌群在混合液中往往不稳定并且容易受到环境的影响。此外，本发明在紫外光的照射下，溶液中硝酸盐会产生羟基自由基降解信号分子。因此，本研究通过添加能够降解信号分子的菌群并结合紫外光照射来减轻mbr中的膜污染。


技术实现要素：

3.基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种提高mbr性能的方法及装置，该方法从群体淬灭角度，提高mbr处理污水的性能。该方法相比现有技术，能够进一步减轻mbr中的膜污染问题，并且操作简单，易于实现，实用性强。
4.为了达到上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：
5.向mbr中添加能够降解信号分子的群体淬灭菌群并且对mbr进行紫外光照，具体操作步骤和工艺条件如下：
6.(1)首先富集能够降解信号分子的群体淬灭菌株；具体来说，取已稳定运行的mbr中的污泥作为污泥样本，先用pbs对污泥进行预处理；用c8-hsl富集群体淬灭菌群，把预处理后的污泥添加至含有100ml基本培养基和20μm的c8-hsl的锥形瓶中在30℃和150rpm下培养三天；三天后，取10％培养液到新的培养基中培养，该过程重复三次，新的培养基组成：100ml基本培养基和20μm的c8-hsl；基本培养基的组成如下：nacl(1g/l)，kcl(0.5g/l)，mgcl2(0.4g/l)，cacl2(0.1g/l)，na2so4(0.15g/l)，kh2po4(2g/l)，na2hpo4(2.25g/l)；最后，将培养液分别在8000rpm下离心5min。将上清液丢弃，把底部细菌颗粒添加至含有100ml lb培养基的锥形瓶中，培养至od
600
为1.0，用于后续实验；
7.(2)然后把所筛选出来的菌群每天添加至稳定运行的mbr中，mbr的有效体积为6l，每天所添加的体积为10ml；整个mbr体系内的水一直采用紫外光灯照射，紫外光灯的波长为320-380nm。
8.由蠕动泵把合成废水泵入mbr，合成废水的的cod一般为320mg/l，氨氮一般为40mg/l，具体以实测为准，其余微量元素按需加入，微量元素ⅰ、ⅱ各1ml/l；微量元素ⅰ组成分(g/l)：edta 5、feso4·
7h2o 5，微量元素ⅱ组成分(g/l)：edta 15、cuso4·
5h2o 0.2、
znso4·
7h2o 0.43、cocl2·
6h2o 0.24、mncl2·
4h2o 0.99、na2moo4·
2h2o0.22、nicl2·
6h2o 0.19、naseo
4 0.11、h3bo
4 0.014。
9.mbr采用聚偏氟乙烯(pvdf)中空纤维膜(平均孔径0.01um，比表面积0.06m2)并装有穿孔曝气装置。mbr的过滤流量恒定为15l/(m2·
h)。用泵从膜模块中提取滤液，提取周期为10分钟即提取9分钟休息1分钟；混合液悬浮固体浓度保持在7000-8000mg/l。污泥停留时间为30天。反应器温度维持在24℃左右，ph维持在7.3左右。紫外光灯的波长为320-380nm。安装了一个压力传感器来检测跨膜压力tmp。当tmp值上升到40kpa时，取出膜模块进行清洗(自来水冲洗，1％naclo溶液洗涤，10％柠檬酸浸泡8小时)。
10.本发明的作用原理：细菌在膜表面的附着和生长导致生物膜的形成，是造成膜污染的主要原因。生物膜的形成通常归因于一种称为群体感应(qs)的现象。在qs过程中，细菌通过分泌信号分子进行各种类型的群体行为，包括生物膜的形成。通过降解信号分子，也就是群体淬灭(qq)，是一种有效缓解膜污染的方法。群体淬灭菌群通过分泌群体淬灭酶降解信号分子。在紫外光的照射下，溶液中硝酸盐会产生羟基自由基降解信号分子。因此，本发明通过添加能够降解ahls的群体淬灭菌群并通过紫外光照，减轻mbr中微生物的qs效应，减缓膜上生物膜的形成，进而缓解膜污染。
11.本发明和现有技术相比，具有如下优点和效果：
12.(1)同时利用群体淬灭菌群和紫外光进行降解信号分子。
13.(2)操作过程简单，易于实现。
附图说明
14.图1为各反应器的过滤周期(1个方格对应的为一个过滤周期然后进行清洗，方格对应的时间越长，污染越少)，r1：对照mbr；r2：添加群体淬灭菌群的mbr；r3：紫外光照的mbr；r4：添加群体淬灭菌群并同时紫外光照的mbr。
15.图2为对应的实验装置。
16.1进水箱；2蠕动泵；3膜组件；4曝气装置；5压力传感器；6紫外灯。
具体实施方式
17.遵从上述技术方案，以下结合附图和实例对本发明的内容做进一步详细说明，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
18.实施例1:
19.群体淬灭菌群对mbr膜污染的影响
20.设置四个mbr反应器，分别为对照mbr(r1)、投加群体淬灭菌群的mbr(r2)、紫外光照的mbr(r3)和同时投加群体淬灭菌群和进行紫外光照的mbr(r4)。
21.四个mbr平行运行，mbr的有效体积均为6l。由蠕动泵把合成废水泵入mbr。合成废水的主要营养物质理论量：cod为320mg/l，氨氮为40mg/l，具体以实测为准，其余按需加入。微量元素ⅰ、ⅱ各1ml/l。微量元素ⅰ组成分(g/l)：edta 5、feso4·
7h2o 5。微量元素ⅱ组成分(g/l)：edta 15、cuso4·
5h2o 0.2、znso4·
7h2o 0.43、cocl2·
6h2o 0.24、mncl2·
4h2o 0.99、na2moo4·
2h2o 0.22、nicl2·
6h2o0.19、naseo
4 0.11、h3bo
4 0.014。mbr采用聚偏氟乙
烯(pvdf)中空纤维膜(平均孔径0.01um，比表面积0.06m2)并装有穿孔曝气装置。mbr的过滤流量恒定为15l/(m2·
h)。用泵从膜模块中提取滤液，提取周期为10分钟(提取9分钟，休息1分钟)。紫外光灯的波长为320-380nm。混合液悬浮固体浓度保持在7000-8000mg/l。污泥停留时间为30天。反应器温度维持在24℃左右，ph维持在7.3左右。安装了一个压力传感器来检测跨膜压力(tmp)。当tmp值上升到40kpa时，取出膜模块进行清洗(自来水冲洗，1％naclo溶液洗涤，10％柠檬酸浸泡8小时)。
22.结果与分析
23.实施例1
24.如图1所示，r1的平均过滤周期为3.50天，r2的平均过滤周期为5.49天，r3的平均过滤周期为5.51天，r4的平均过滤周期为8.34天。因此，添加群体淬灭菌群或者紫外光照mbr均能够有效延长mbr的过滤周期，并且效果相类似。重要的是，r4的平均过滤周期远高于r2和r3，这表明同时添加群体淬灭菌群并用紫外光照mbr对缓解膜污染的效果最为显著。