由微生物因素导致的不可逆膜污染问题限制了膜生物反应器( MBR) 大规模推广.目前,许多研究表明,胞外聚合物( EPS) 以及溶解性代谢产物( SMP) 对膜污染有重要影响,膜污染越严重时,微生物代谢产物浓度越高,暗示了其对膜污染具有重要贡献作用.同时,有研究认为微生物群落结构的变化对膜污染也具有贡献作用,膜污染的发生发展过程中,优势微生物种群不断演替,并且易形成可分泌大量黏性物质的顶级群落. 膜组件运行过程中, Proteobacteria 和Bacteroidetes 容易成为优势种群,此时膜组件易被污染,膜污染周期较短,微生物群落的演替与膜污染进程密切相.但是,目前很少有研究将微生物群落与微生物代谢产物浓度两者结合,综合探讨膜污染的发生发展机理.为此,针对运行条件的变化对膜污染的影响,分析了不同膜污染周期下微生物代谢产物的浓度变化和微生物群落演替规律,获得了微生物代谢产物、微生物群落结构与膜生物污染的潜在相关关系,为探明膜污染机制提供相应理论依据,为今后A/O-MBR 工艺在实际应用中的膜污染问题提供理论指导和技术支持.
实验方法: 1 常规检测方法:每两天测定R1、R2 反应装置的进水、缺氧池、好氧池以及出水中的CODCr、NH4+ -N、NO2- -N、NO3--N、DO、温度、pH 等.采用国家标准方法测定CODCr、NH4+ -N、NO2- -N、NO3- -N,DO、温度、pH 等利W( pH/oxi340i) 手提式多参数测定仪测定.
2 膜污染进程检测方法:自置入未污染膜组件开始,每天记录真空膜压力表中pTM变化情况,当pTM
达0. 04 MPa 时,一个膜污染周期结束.污染的膜组件经物理、化学清洗后再置入好氧池混合液,开始下一周期运行.
3 EPS、SMP 分析方法:SMP 主要存在于液相中,EPS 主要存在于污泥相中,压实在膜组件表面形成的凝胶层中.有文献报道Cake 层中也存在SMP.EPS 的提取分离采取甲醛-NaOH 法,SMP的提取采用离心过滤获得. 采用苯酚-浓硫酸法测定EPS、SMP 中的多糖浓度,改良型BCA法( 上海生工试剂盒) 分别检测EPS、SMP 中的蛋白浓度.
4 生物样品处理方法:Cake 层样品分离和分析方法: 挑取已污染膜组件的1 ~ 2 根膜丝,剪取中间位置约2 cm 等长的一段,使用等量的冲洗液冲洗所有样品,Cake层被冲洗下来,将泥水混合物收集于离心管中,进
行DNA 的提取和EPS 的测定. 泥饼层微生物DNA 的提取直接按照DNA 提取试剂盒( 北京天恩泽) 进行,泥饼层中EPS 的测定参照13.膜丝表面样品分离和分析方法: 被冲洗后的膜丝放入1. 5 mL 离心管中,加入1 mL PBS 缓冲液.膜丝表面微生物的分离首先经过超声细胞破碎仪的超声探头处理,调节超声强度,将膜丝表面微生物通过震动脱离到离心管内的PBS 缓冲液中,按照DNA 提取试剂盒进行DNA 提取.
5 微生物群落分析:在前期研究中结合末端标记限制性酶切片段长度多态性分析( T-RFLP) 技术、单克隆技术与测序技术等分子生物学手段构建了针对此A/OMBR系统的微生物群落文库,本文库微生物种群核酸序列通过与NCBI 中Genbank 的库存物种序列比对,相似度均为99%.T-RFLP 手段已经广泛应用于环境样品的微生物群落结构分析,精确性高.实验采用的PCR 引物为带有FAM 标记的8F 和1492R,限制性内切酶为AfaI.酶切产物交由上海生工测序,操作流程参考文献
结论:1) 运行条件( DO、SRT、Flux、温度) 的差异能够显著影响膜污染速率,改变膜污染周期.R1 反应器的膜污染周期为30 d,R2 为11 d.2) 受运行条件不同的影响,Cake 层和膜丝表面微生物群落频繁发生演替现象,优势菌群不断变化.R1 反应器Cake 层中微生物群落优势种群依次为Oribacterium、Cytophaga sp.、Anaeromyxobacter、Paracoccus、bp180 和Comamonadaceae; R2 反应器Cake 层中微生物群落优势种群依次为Anaeromyxobacter、Oribacterium、Saprospiraceae 和Myxobacterium. R1 反应器膜丝表面微生物群落优势种群依次为Saprospiraceae、Nitrospira、Thiothrix sp.和bp92; R2 反应器膜丝表面微生物群落优势种群依次为Thiothrix Eikelboomii、γ-Proteobacterium、Nitrospira、Thiothrix sp.和bp52,群落演替现象显著.3) Cake 层和膜丝表面的微生物多样性可能与膜污染进程相关.4) 微生物群落演替对EPS、SMP 浓度有显著影响.随着膜污染的不断加剧,EPS 和SMP 浓度总体呈现随pTM上升而升高的趋势. Cake 层中EPS 对膜污染加重具有主要贡献作用,SMP 主要分散于混合液中,其浓度的积累可能导致膜污染周期的缩短.