CN115947445B - 一种减轻膜生物反应器膜污染的方法 - Google Patents
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Abstract
一种减轻膜生物反应器膜污染的方法，属于废水处理领域。首先分别富集能够降解AHLs和AI‑2的群体淬灭菌群，用C8‑HSL富集能够降解AHLs的群体淬灭菌群，用4，5‑二羟基‑2，3‑戊二酮(DPD)富集能够降解AI‑2的群体淬灭菌群；然后把所筛选出来的QQ1和QQ2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QQ1和QQ2的体积均为10mL。本发明通过同时添加能够降解AHLs和AI‑2的群体淬灭菌群降解MBR中AHLs和AI‑2，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。
Description
技术领域
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，具体涉及一种减轻膜生物反应器膜污染的方法及装置。
背景技术
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(AHLs和AI-2)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AHLs或AI-2的群体淬灭菌群等处理措施。但由于MBR中同时存在AHLs和AI-2，单独添加能够降解AHLs或AI-2的群体淬灭菌群不能够有效地缓解膜污染。因此，本研究通过同时添加能够降解AHLs和AI-2的菌群来减轻MBR中的膜污染。
发明内容
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，该方法从微生物群体淬灭角度，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。
为了达到上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：
向MBR中同时添加能够降解AHLs和AI-2的群体淬灭菌群，具体操作步骤和工艺条件如下：
首先分别富集能够降解AHLs和AI-2的群体淬灭菌群；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；预处后的污泥均分为两份，一份用于富集降解AHLs的群体淬灭菌群，用C8-HSL富集能够降解AHLs的群体淬灭菌群，一份用于富集降解AI-2的群体淬灭菌群；用4，5-二羟基-2，3-戊二酮(DPD)富集能够降解AI-2的群体淬灭菌群，把预处理后的污泥分别对应添加至含有20μM C8-HSL和100mL基本培养基锥形瓶中和含有20μMDPD和100mL基本培养基的锥形瓶中，在30℃和150rpm下培养三天；三天后，取10％培养液到新的培养基即对应的C8-HSL或DPD和基本培养基中继续培养，该过程重复三次；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OD600为1.0，用于后续实验；并各自标记为能够降解AHLs的菌群QQ1和能够降解AI-2的菌群QQ2；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)；
然后把所筛选出来的QQ1和QQ2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QQ1和QQ2的体积均为10mL；由蠕动泵把废水泵入MBR；废水的COD一般为320mg/L，氨氮一般为40mg/L，具体以实测为准，其余微量元素成分按需加入，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)：EDTA15、CuSO4·5H2O 0.2、ZnSO4·7H2O 0.43、CoCl2·6H2O 0.24、MnCl2·4H2O 0.99、Na2MoO4·2H2O0.22、NiCl2·6H2O 0.19、NaSeO4 0.11、H3BO4 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)；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)。
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(AHLs或AI-2)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。本发明通过同时添加能够降解AHLs和AI-2的群体淬灭菌群降解MBR中AHLs和AI-2，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。
本发明和现有技术相比，具有如下优点和效果：
(1)从MBR中原位富集降解AHLs和AI-2的菌群。
(2)同时降解MBR中的AHLs和AI-2，进一步缓解膜污染。
(3)操作过程简单，易于实现。
附图说明
图1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：未添加菌群的MBR；R2：添加降解AHLs菌群的MBR；R3：添加降解AI-2菌群的MBR；R4：添加降解AHLs和AI-2菌群的MBR。
图2为实验装置示意图。
1进水箱；2蠕动泵；3膜组件；4曝气装置；5压力传感器。
具体实施方式
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，凡在本申请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。
实施例1:
群体淬灭菌群对MBR膜污染的影响
设置四个MBR反应器，分别为未投加群体淬灭菌群的MBR(R1)、投加降解AHLs菌群的MBR(R2)、投加降解AI-2菌群的MBR(R3)和投加降解AHLs和AI-2菌群的MBR(R4)。
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、MnCl2·4H2O0.99、Na2MoO4·2H2O 0.22、NiCl2·6H2O0.19、NaSeO4 0.11、H3BO4 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)。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)。
结果与分析
实施例1
如图1所示，R1的平均过滤周期为3.56天，R2的平均过滤周期为5.45天，R3的平均过滤周期为4.59天，R4的平均过滤周期为7.78天。因此，添加群体淬灭菌群能够有效延长MBR的过滤周期。R2的过滤周期明显长于R3，这可能是因为MBR中AHLs类型的信号分子相较于AI-2类型的信号分子更多。重要的是，R4的平均过滤周期远高于R2和R3，这表明同时添加降解AHLs和AI-2的群体淬灭菌群对缓解膜污染的效果最为显著。
Claims (1)
1.一种减轻膜生物反应器膜污染的方法，其特征在于，向MBR中同时添加能够降解AHLs和AI-2的群体淬灭菌群，具体操作步骤和工艺条件如下：
（1）首先分别富集能够降解AHLs和AI-2的群体淬灭菌群；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；预处理后的污泥均分为两份，一份用于富集降解AHLs的群体淬灭菌群，用C8-HSL富集能够降解AHLs的群体淬灭菌群，一份用于富集降解AI-2的群体淬灭菌群； 用4，5-二羟基-2，3-戊二酮富集能够降解AI-2的群体淬灭菌群，把预处理后的污泥分别对应添加至含有20 mM C8-HSL和100 mL基本培养基锥形瓶中和含有20 mM 4，5-二羟基-2，3-戊二酮和100 mL基本培养基的锥形瓶中，在30 ℃和150rpm下培养三天；三天后，取10%培养液到新的培养基即对应的C8-HSL或4，5-二羟基-2，3-戊二酮和基本培养基中继续培养，该过程重复三次；最后，将培养液分别在8000 rpm下离心5min，将上清液丢弃，把底部细菌颗粒添加至含有100 mL LB培养基的锥形瓶中，培养至OD600为1.0，用于后续实验；并各自标记为能够降解AHLs的菌群QQ1和能够降解AI-2的菌群QQ2；基本培养基的组成如下：NaCl 1 g/L， KCl 0.5 g/L，MgCl2 0.4 g/L，CaCl2 0.1 g/L，Na2SO40.15 g/L，KH2PO4 2 g/L，Na2HPO4 2.25 g/L；
（2）然后，把所筛选出来的QQ1和QQ2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QQ1和QQ2的体积均为10 mL；
步骤（2）：由蠕动泵把废水泵入MBR；废水的COD为320 mg/L，氨氮为40 mg/L，微量元素Ⅰ、Ⅱ各1 mL/L；微量元素Ⅰ组成分：EDTA 5 g/L、FeSO4·7H2O 5 g/L，微量元素Ⅱ组成分：EDTA 15 g/L、CuSO4·5H2O 0.2 g/L、ZnSO4·7H2O 0.43 g/L、CoCl2·6H2O 0.24 g/L、MnCl2·4H2O 0.99 g/L、Na2MoO4·2H2O 0.22 g/L、NiCl2·6H2O 0.19 g/L、NaSeO4 0.11 g/L、H3BO4 0.014 g/L；MBR采用聚偏氟乙烯中空纤维膜并装有穿孔曝气装置；MBR的过滤流量恒定为15 L/（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7000-8000 mg/L；污泥停留时间为30天；反应器温度维持在24 ℃，pH维持在7.3，安装一个压力传感器来检测跨膜压力TMP，当TMP值上升到40 kpa时，取出膜模块进行清洗，清洗采用自来水冲洗，1% NaClO溶液洗涤，10%柠檬酸浸泡8小时。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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