膜生物技术

学号：06438232江苏工业学院毕业设计（论文）外文翻译（2010届）外文题目Studyonmembranefoulingofsubmergedmembranebioreactorintreatingbathingwastewater译文题目膜生物反应器处理洗浴废水的研究外文出处JournalofEnvironmentalSciences20(2008)1158–1167学生学院环境与安全工程学院专业班级环工061校内指导教师李英柳专业技术职务讲师校外指导老师专业技术职务二○一○年三月膜生物反应器处理洗浴废水的研究GUOJifeng,XIASiqing∗,WANGRongchang,ZHAOJianfu中国上海200092同济大学国家重点环境科学与工程污染控制与资源化实验室电子邮箱：[e-mail]07年11月12日收到，2007年12月8日修订，2008年5月29日发表摘要：复合淹没式膜生物反应器用于处理90d的洗浴废水，研究了几个影响膜反应的因素，包括了在膜压力变化，改变细胞外基质(EPS)、膜阻力的分布(R)。发现R和EPS浓度两者有着R=0.00008(EPSs)2.915,混合液(EPSs)和R=0.2853(EPSm)-0.824在膜表面(EPSm)的关系，恒阻力的清洁膜，由于浓差极化电阻(Rp)，污泥层电阻（Rc）,毛孔阻塞阻力，分别为0.006%,20.15%,54.13%,25.72%，结果表明，Rc对膜电阻有着很大的贡献，所得膜阻力模型是R(t)=4.609×108（1+0.01t）0.5，用分子的方法(聚合酶链reaction-denaturing凝胶电泳技术PCR-DGGE梯度)和荧光原位杂交(鱼)来研究细菌附着于膜。向特定系统的细菌的基因序列分析的16S鞭毛等问题提出了建议，例如，假单胞菌和自养型硝化细菌，对生物膜法可能做出贡献。关键词：膜生物反应器；膜污染；细胞外高分子物质(EPS)；PCR-DGGE：荧光原位杂交前言膜生物反应器近年来在处理生活和工业废水取得了很大的成绩，和活性污泥法相比，膜生物反应器优点包括占地面积小，有更多的空间为未来扩展和升级换代，减少污泥的产生，有更好的出水水质（科等。，1998年;戴维斯等人。，1998年;恩格尔哈特等。，1998年;LeClech等报。，2003）。大规模的应用是导致膜污染的主要限制因素(长等,2002年,贾德,2004年),需要频繁的对膜进行物理和化学的清洗，营运成本导致了膜生命的增加或减少，它需要更好地表征膜污染机理，以往的研究集中在影响膜生物反应器膜污染的各种因素，包括细胞外基质(EPS)高分子，(ChoandFane,2002;Lesjeanetal.,2005;JiandZhou,2006),化学需氧量(CODCr)，(Nueng-jamnongetal.,2005),食物/微生物(F/M)的比例，(Kimuraetal.,2005),污泥特性(Itonagaetal.,2004;Kimuraetal.,2005),和微生物的组成及产物(Rosenbergeretal.,2006;Ngetal.,2006;FanandZhou,2007).然而，一个好的膜污染控制机制需要制定适当的膜生物污染的控制策略。本研究探讨影响膜污染的三个主要因素：(1)膜过滤压，（2）EPS和膜过滤性能，和（3）膜阻力分布。在膜的表面用电子显微镜进行扫描，该膜污染的模式也能提高对膜污染机制的了解。生物污泥之间的形成和生物膜对膜表面的相互作用进行了检查，研究的关键物种的细菌生物膜对膜表面形成负责在使用分子为基础的操作方法。1材料与方法。1.1实验设备一个好氧池用来处理的体积为140L，用中试MBR处理实际的洗浴废水，配备了中空纤维微滤（MF）的膜组件聚乙烯的和三平方米总面积和名义孔径为0.4μm(Mitsubishi图1膜生物反应器（MBR）Rayon,Japan).通过轴向穿孔管来供应空气，低于膜组件，供应氧气的微生物所要求和诱导沿膜面横流的速度相等。通过提升泵将洗浴废水送至生物反应器中，原水水质在表1中，在试验期间生物反应器的水位是由水位控制传感器来保持的，膜过滤处理系统由污水泵相连，污水的流量监测分别由一个水表和在线压力传感器组成(EH50,RUIPUInc.,China)。中试MBR法结合了恒电流模式的过滤操作，整个试验过程间歇式过滤(12-min过滤和3-min停顿)。被淹没的好氧膜生物反应器，间歇吸能有效的抑制结垢(Liuetal.,2000;Guietal.,2002).实验是在溶解氧（DO）的浓度3-4毫克/生物反应器中的进行，TMP是在4-30千帕范围。1.2污水水质作为一种典型的轻微的废水，洗浴废水的污染低于城市污水，在中国还有很多公共浴室（如大学学生的公共浴室），因此就有大量的洗浴废水产生，对于废水最理想的就是回收。表1显示了膜生物反应器处理污水的进水和出水水质。洗浴废水进水（从中国同济大学学生宿舍出水水质）有较高的线性烷基苯磺酸盐（LAS）的浓度，低碳强度、总磷(TP)的浓度（由于过多的使用了含磷的洗涤剂），氨氮是总氮的主要组成，这样的废水处理让人满意。1.3分析方法表1膜生物反应器处理洗浴废水的进水与出水水质CODcr(mg/L)BOD5(mg/L)TN(mg/L)NH4+-N(mg/L)NO3−-N(mg/L)进水出水99-20615–2040–603–422–491521–470.3–0.51–78.5–9.3NO2−-N(mg/L)LAS(mg/L)TP(mg/L)SS(mg/L)浊度(NTU)进水出水1≈02.8–80.1–0.20.5–0.80.05–0.0875–240≈090–2200.3–0.51.3.1物理和化学分析方法废水的参数，包括CODcr,BOD5,TN,NH4+-N,NO3-N，NO2-N,和固体悬浮物，据中国国家环保局（1997）的标准方法。用浊度测量仪测量污水的浊度(2100N,HACH,USA)，用扫描电镜观察膜污染(XL-30,Philips,theNetherlands)，大部分的结果都是重复样本的平均数。1.3.2污垢率测定该膜污染率是在不同浓度的每股混合液确定使用过滤面积为0.10平方米的膜组件，小型的生物膜反应器和中试规模的膜生物反应器使用相同的材料和孔径。mini-MBR的有效容积是5L,混合液样本来自不同规模的生物反应器的运行时间的实验，过30分钟后用mini-MBR进行测试，膜污染的程度由类似的短期性过滤实验进行确定(Huangetal.,2000).通过恒定电流分析mini-MBR过滤性能的影响，而TMP的变化进行了监测，滤液被送回小膜生物反应器，以保持恒定的混合液，膜过滤阻力决定了膜污染的程度，这是根据计算Wangetal.(2006).ΔR30=（TMP30−TMP0）/μJΔt（1）这是过滤三十分钟后TMP0（PA）和TMP30（PA）分别是对小型的TMP值模块。为了消除温度对膜通量的影响，所有的通量研究J(T)在温度测量值进行校正后,于温度(25)[J].25°C以下代入(2)式(SatoandIshii,1990)。J(25)=J(T)×1.02525−T（2）1.3.3测量膜阻力方法主题是流体力学和达西定律的联系(Leeetal.,2003),是连接在膜表面的通量(J):ΔP=JμR（3）其中，△P是TMP的差值，R是总的膜电阻，μ是液体的黏度，J是在膜表面的流量。整理后代入3式和4式，得出R=ΔP/Jμ（4）一个常用的方法是把各部部分电阻的总和作为整体电阻，而电阻的变化要考虑数目和类型，表达式可以写为：R=Rm+Re+Ri=Rm+(Rp+Rc)+Ri（5）其中Rm是清洁膜固定阻力，Re是的内部污染阻力，包括Rp（由于浓差极化电阻的,它可以忽略不计）,Rc（滤饼层阻力），Ri是由于毛孔阻塞产生的阻力，该膜阻力如下：（1）用常量和新的膜模块来检测自来水，然后把得出的Rm代入4式，(2)检测之后，用膜模块测量通量和TMP，然后将得出的R代入4式，(3)Rp,然后用没有清洗过的膜组件测量自来水的水质TMP和通量，得出R，然后将Rp代入4式，(4)采用物理升华去除膜表面的污泥，膜组件检测TMP和通量都用自来水，然后将Ro代入4式，Rc是R减去了Ro,(5)Ri:Ro减去了Rm得到了Ri。1.3.4孢外聚合物的分析在1998年被Chang和Li用热处理的方法对EPS混合液进行了分析，这是一个更有效的提取方法，因为它释放了胞外聚合物的絮凝物，造成细胞破坏少相比其他方法要少，混合液首次进行30分钟3200r/min的离心作用，去除大部分的溶液，然后选取上层清液，用盐水将剩余的悬浮杂质去除（0.9%NaCl溶液），将溶液加热1小时到100°C，加热后，然后再次进行30min3200r/min的离心作用，获得的上层清液就是EPS溶液，EPS溶液的TOC值代表了胞外聚合物的多少，使用TOC分析仪进行衡量(TOC-VCPH,shimadzu,Japan)，EPS含量的分析有一对相同的25毫升的发挥性体溶液，没有进一步的沉淀过程，复以上实验分析过程。分析细胞膜外的胞外聚合物，用物理清洗后收集得到的细胞膜外的污泥进行相同的分析。1.4基于分子的方法独立的分子方法研究，用梯度凝胶电泳的技术使聚合酶链发生变性，（PCR-DGGE技术）和荧光原位杂交法（FISH），用于分析的溶液中微生物群落结构，和附着在膜生物反应器表面的生物。1.4.1DNA提取用超声仪器将生物膜从几个10cm的长的膜皮上脱落下来(3510-MT,Bransonic,USA).对样品进行5分钟10000转/分钟的离心作用，将总的DNA样品提取一部分放入DNA自旋试剂盒(ShenergyBio-color.BiologyLtd.,Shanghai,China).用光普法测定核算的含量。1.4.216SrDNA基因PCR扩增这个338f，P518r引子对(Muyzeretal.,1993)，用于对V3区16SrDNA基因的局部放大，每50微升的PCR混合溶液中都含有20纳克的模板DNA，10mmol/L三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐,PH值为8.3，50mmol/L的KCl,1mmol/LMgCl2,0.1mmol/L的dNTP，0.5mmol/L的双引物，和0.5UTaqDNA聚合酶(TakaraBio.Inc.,China).，用Mycycler这个PCR进行反应(Bio-Rad,USA).第一阶段的增值在以下条件下进行，先在94摄氏度下进行10分钟的变性，然后进行三十次94摄氏度下45秒的变性。引物退火用45秒至60摄氏度，引物升温45秒到72摄氏度，最后一步是将72摄氏度的引物在4摄氏度下冷却十分钟。对于变性梯度凝胶电泳分析，相同的程序是同第二步的PCR的步骤，除了第一步的40bp的气相色谱附件(Sofiaetal.,2004;Xiaetal.,2005).，这个PCR产物被证实是1.5%琼脂和碎片的240英国石油公司(bp)。1.4.3变性梯度凝胶电泳分析PCR产物进行DGGE的D类编码系统技术(Bio-Rad,USA)，根据先前的研究(Xiaetal.,2005).PCR的产物在第二阶段增加了8%（W/V）的（作为16SrDNA模板基因）聚丙烯酰胺凝胶。聚丙烯酰胺凝胶会上显示从35％至60％不等的变性梯度。是在150V，60摄氏度下用聚丙烯酰胺凝胶电泳。电泳后，使用溴化乙锭1×TAE的缓冲溶液将含0.5mg/L的Dl溶液冲洗，然后，使用紫外线和可见光分析仪扫描凝胶电泳(FR-110,FuriTech.Co.,Ltd.,China),得出变性梯度凝胶电泳带图像。1.4.4DGGE的部分测序将有针对性的DNA片段切断转移到微型离心管。30毫升的离子水储存在无光4摄氏度的地方，将PCR的产物在Sangon公司（中国）测序，进行该序列的同源性和相似性的比较研究(NCBI,USA)。1.4.5萤光原位杂交染色体用磷