CN104909450A - 一种膜生物反应器膜污染抑制剂的制备及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膜生物反应器膜污染抑制剂的制备及其应用方法，制备包括：分别配制不同质量分数海藻酸钠溶液、大蒜素溶液、以及溴化呋喃酮乙醇溶液，然后滴入氯化钙溶液中，形成含有膜污染抑制剂的微球经抽滤后冷冻干燥。具体应用时向膜生物反应器内1次性投加冷冻干燥后的微球，投加量与污泥浓度的质量浓度比为1:50～70。膜污染抑制剂可有效阻断膜生物反应器中主导信号分子间的交流，致使目的基因无法表达，抑制生物膜形成。可明显降低反应器内微生物代谢产物浓度，显著减小膜污染速率，降低微生物增殖速率，降低活性污泥浓度，减小污泥处置费用；膜污染抑制剂的制备及应用具有操作简单、成本低、运行可靠、无二次污染等优点。

Description

一种膜生物反应器膜污染抑制剂的制备及其应用方法
技术领域
本发明属于采用生化方法对污水进行处理的技术，具体涉及一种对膜生物反应器膜污染抑制剂的制备及应用方法。
背景技术
膜生物反应器(MBR)技术是微滤膜(MF)或超滤膜(UF)过滤技术与传统活性污泥工艺(CAS)相结合的新型工艺，具有占地面积小、出水水质好及自动化程度高等众多优点。然而，在过滤过程中膜与污泥混合液相互作用而发生的膜污染现象，降低了膜通量，并由此限制了MBR工艺的进一步广泛应用。如何减缓膜污染，稳定膜通量是目前MBR工艺国内外研究者亟需解决的关键问题。
前期研究中，众多研究者通过调控MBR污泥混合液以减缓膜污染已初见成效，通过向污泥混合液中投加粉末活性炭、无机混凝剂或絮凝剂等改善污泥可滤性，旨在减缓膜污染。然而长期运行中发现投加助滤剂减缓膜污染程度有限，由于助滤剂的存在发生了更为复杂的膜污染行为。如无机污染增加、膜清洗困难等问题，限制了该方法的应用。膜污染的实质是膜表面生物膜的形成过程，如何抑制生物膜的形成一直是传统控制措施面临的最大问题。基于群体感应(QS)原理，以生物抗污染措施减缓MBR膜污染的研究备受关注，一种通过干扰群体感应，利用群体淬灭(QQ)控制膜污染的新型生物方法成为研究热点。与传统MBR膜污染控制措施相比，针对信号分子的控制方面展开研究，有望从根本上解决MBR的膜污染问题。基于QQ技术的膜污染抑制剂，具有高效、低毒、持久及低成本等优势，对MBR工艺实际工程应用具有光明的前景。
目前，针对信号分子降解或淬灭的研究取得了一定的成果，国外文献(EnvironmentalScience and Technology，2009,43(19):7403-7409)报道了一种将QQ酶固定在磁性载体上的技术，投加至MBR中表现出明显的减缓膜污染效果。文献(Environmental Science andTechnology,2011,45:1601-1607)将酰基转移酶固定在膜表面，具有明显减缓膜污染的作用。然而，这些研究中仍存在许多问题，如酶提纯工艺复杂、费用昂贵、稳定性差等。文献(Journalof Membrane Science,2012,412:130-136)探索出新方法，用微孔膜包覆QQ菌以减缓膜污染，然而这种微生物-管束仅能降解扩散到管束中的溶解性信号分子，对于未扩散至微生物-管束中的信号分子无淬灭效应。
基于此，本发明提出了一种膜生物反应器膜污染抑制剂，结合MBR污泥混合液特性及膜污染特点，提出了向MBR投加基于QQ技术的一种膜污染抑制剂，以期以较低的成本，实现MBR膜污染减缓。
发明内容
本发明的目的是，提出一种膜生物反应器膜污染抑制剂，以完善现有技术的不足。
一种膜生物反应器膜污染抑制剂的制备及其应用方法，分为制备以及应用两部分。膜生物反应器膜污染抑制剂的制备，通过以下步骤完成：
(1)配制质量分数为2～4％的海藻酸钠溶液600mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为30～45％的大蒜素溶液250mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为5～8％的溴化呋喃酮乙醇溶液150mL，搅拌均匀待用；
(2)将配制好的大蒜素溶液与含有溴化呋喃酮的乙醇溶液混合搅拌均匀，然后与海藻酸钠溶液均匀混合，静置陈化2～4h；
(3)用蠕动泵抽吸步骤(2)陈化后的三种溶液的混合液，经孔径为2mm的喷嘴滴入质量分数为2％的氯化钙溶液中，形成的微球浸没于氯化钙溶液中定形4～6h，微珠经抽滤后冷冻干燥。由海藻酸钠形成包埋物质，微球内含有的大蒜素与溴化呋喃酮作为减缓膜污染的抑制剂。
膜生物反应器膜污染抑制剂的应用方法：
配制不同质量分数的海藻酸钠溶液、大蒜素溶液、以及溴化呋喃酮乙醇溶液，然后滴入氯化钙溶液中形成微珠并进行冷冻干燥，向膜生物反应器内1次性投加冷冻干燥后含有膜污染抑制剂的微珠，投加量与污泥浓度(MLSS)的质量浓度比为1:50～70。
本发明的原理为，细菌依靠QS信号分子进行细胞间的交流，信号分子浓度可决定生物膜形成及胞外聚合物(EPS)分泌。膜污染抑制剂中含有的大蒜素及溴化呋喃酮，可有效阻断MBR中主导信号分子间的交流，使信号分子累积浓度维持在阈值以下，致使目的基因无法表达，减少微生物代谢产物的分泌，抑制生物膜形成，从而减缓MBR膜污染。
本发明的优点以及产生的有益效果是：
(1)投加膜污染抑制剂后，显著降低MBR膜污染速率，同时MBR对有机物、氨氮及总磷的去除率并未受到影响。
(2)大蒜素与溴化呋喃酮分别对MBR不同主导信号分子具有淬灭效应，其联合使用具有协同效应，对MBR中存在的信号分子具有广谱淬灭效应；利用海藻酸钠包埋技术制成微球，可有效解决抑制剂流失问题；
(3)膜污染抑制剂可降低微生物增殖速率，降低活性污泥浓度，减小污泥处置费用；
(4)膜污染抑制剂的制备以及使用，应用具有成本低、操作简单、运行可靠、无二次污染等优点。
附图说明
所示附图为不同工况下MBR膜污染情况的对照图。附图中CMBR表示对照组反应器，HMBR表示投加膜污染抑制剂的反应器。
实施具体方式
下面通过具体实施例，对本发明提出的制备技术及应用方法作进一步的说明。应用效果参照附图。需要说明的是下述实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本发明所要求的保护范围。实施例中使用的原料均为市购产品。
膜污染抑制剂的制备通过以下步骤完成：
(1)配制质量分数为2～4％的海藻酸钠溶液600mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为30～45％的大蒜素溶液250mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为5～8％的溴化呋喃酮乙醇溶液(溴化呋喃酮溶于乙醇中)150mL，搅拌均匀待用；
(2)将配制好的大蒜素溶液与含有溴化呋喃酮的乙醇溶液混合搅拌均匀，然后与海藻酸钠溶液均匀混合，静置陈化2～4h；
(3)用蠕动泵抽吸步骤(2)陈化后的三种溶液的混合液，经孔径为2mm的喷嘴滴入质量分数为2％的氯化钙溶液中，形成的微球浸没于氯化钙溶液中定形4～6h，微珠经抽滤后冷冻干燥。由海藻酸钠形成包埋物质(微球)，微球内含有的大蒜素与溴化呋喃酮作为减缓膜污染的抑制剂。
膜生物反应器膜污染抑制剂的应用方法：
向膜生物反应器内1次性投加干燥后含有膜污染抑制剂的微珠，投加量与污泥浓度(MLSS)的质量浓度比为1:50～70。
实施例1：
对照组所用的反应器(CMBR)与投加膜污染抑制剂的反应器(HMBR)其结构完全相同，反应器有效体积20L，污泥浓度波动范围为5～7mg/L。两套反应器的水力停留时间(HRT)及污泥停留时间(SRT)分别为6h及30d。生活污水进水化学需氧量(CODcr)为300～500mg/L。
(1)首先配制质量分数为2％的海藻酸钠溶液600mL，混合均匀；再配制质量分数为30％的大蒜素溶液250mL，混匀待用；最后配制质量分数为5％的溴化呋喃酮乙醇溶液150mL，混匀待用；
(2)将配制好的大蒜素溶液与含有溴化呋喃酮的乙醇溶液混合均匀，然后与海藻酸钠溶液混合均匀，静置陈化2h；
(3)用蠕动泵抽吸陈化后的三种溶液的混合液，经孔径为2mm的喷嘴滴入质量分数为2％的氯化钙溶液中，形成的微球浸没于氯化钙溶液中定形4h，微珠经抽滤后冷冻干燥。
实施应用：HMBR内污泥浓度(MLSS)为5.85g/L，按照膜污染抑制剂与MLSS质量浓度为1:50投加，向HMBR中一次性投加膜污染抑制剂的量为2.34g。
由附图可见(工况一)，本实施例显著降低了HMBR膜污染速率，有效减缓了膜污染。
实施例2：
本实施例中，所用2套反应器结构与实施例1相同。污泥浓度波动范围为8～11g/L，稳定阶段运行参数：HRT为8h、SRT为30d，生活污水进水CODcr为370mg/L～550mg/L。
(1)首先配制质量分数为3％的海藻酸钠溶液600mL，混合均匀；再配制质量分数为40％的大蒜素溶液250mL，混匀待用；最后配制质量分数为7％的溴化呋喃酮乙醇溶液150mL，混匀待用；
(2)将配制好的大蒜素溶液与含义溴化呋喃酮的乙醇溶液混合均匀，然后与海藻酸钠溶液混合均匀，静置陈化3h；
(3)用蠕动泵抽吸陈化后的三种溶液的混合液，经孔径为2mm的喷嘴滴入质量分数为2％的氯化钙溶液中，形成的微球浸没于氯化钙溶液中定形5h，微珠经抽滤后冷冻干燥。
实施应用：HMBR内污泥浓度(MLSS)为10.3g/L，按照膜污染抑制剂与MLSS质量浓度为1:60投加，向HMBR中一次性投加膜污染抑制剂的量为3.43g。
由附图可见(工况二)，与对照组反应器相比，本实施例的效果显著。
实施例3：
本实施例中，所用2套反应器结构及生活污水水质与实施例2相同。污泥浓度波动范围为10～15g/L，运行参数：HRT为8h、SRT为20d。
(1)首先配制质量分数为4％的海藻酸钠溶液600mL，混合均匀；再配制质量分数为45％的大蒜素溶液250mL，混匀待用；最后配制质量分数为8％的溴化呋喃酮乙醇溶液150mL，混匀待用；
(2)将配制好的大蒜素溶液与含有溴化呋喃酮的乙醇溶液混合均匀，然后与海藻酸钠溶液混合均匀，静置陈化4h；
(3)用蠕动泵抽吸陈化后的三种溶液的混合液，经孔径为2mm的喷嘴滴入质量分数为2％的氯化钙溶液中，形成的微球浸没于氯化钙溶液中定形6h，微珠经抽滤后冷冻干燥。
实施应用：HMBR内污泥浓度(MLSS)为13.6g/L，按照膜污染抑制剂与MLSS质量浓度为1:70投加，向HMBR中一次性投加膜污染抑制剂的量为3.89g。
由附图可见(工况三)，与对照组反应器相比，本实施例的效果显著。

Claims (2)

1.一种膜生物反应器膜污染抑制剂的制备及其应用方法，其特征在于：膜污染抑制剂的制备通过以下步骤完成：
(1)配制质量分数为2～4％的海藻酸钠溶液600mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为30～45％的大蒜素溶液250mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为5～8％的溴化呋喃酮乙醇溶液150mL，搅拌均匀待用；
(2)将配制好的大蒜素溶液与含有溴化呋喃酮的乙醇溶液混合搅拌均匀，然后与海藻酸钠溶液均匀混合，静置陈化2～4h；
(3)用蠕动泵抽吸步骤(2)陈化后的三种溶液的混合液，经孔径为2mm的喷嘴滴入质量分数为2％的氯化钙溶液中，形成的微球浸没于氯化钙溶液中定形4～6h，微珠经抽滤后冷冻干燥，由海藻酸钠形成包埋物质，微球内含有的大蒜素与溴化呋喃酮作为减缓膜污染的抑制剂。
2.一种膜生物反应器膜污染抑制剂的应用方法，其特征在于：配制不同质量分数的海藻酸钠溶液、大蒜素溶液、以及溴化呋喃酮乙醇溶液，然后滴入氯化钙溶液中形成微珠进行冷冻干燥，向膜生物反应器内1次性投加冷冻干燥后含有膜污染抑制剂的微珠，投加量与污泥浓度的质量浓度比为1:50～70。
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