钙离子对藻菌-膜组合工艺处理养殖废水膜污染机制的影响

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藻菌共生体能够更高效地处理畜禽养殖废水并且对废水中的资源进行有效回收利用,但是其出水水质仍然不能满足达标排放或进一步再生回用的需求,超滤膜能进一步优化水质,但是膜污染问题依然限制其广泛应用。因此,本文主要基于藻菌共生体-膜组合工艺处理畜禽养殖废水,结合多种表征手段,包括傅里叶红外表征、三维荧光、接触角、zeta电位、粒径分布等,探究胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance,EPS)对膜污染的贡献以及污染形成机制,并对钙离子对EPS组分以及膜污染的影响进行研究,为藻菌共生体-膜组合工艺更好地在畜禽养殖废水处理中的实践和应用提供理论指导和技术支持。藻菌共生体处理实际废水的研究表明:藻菌共生体对畜禽养殖废水中氮磷具有很高的处理效果,但同时微生物分泌的EPS对后续膜过滤过程会产生较为严重的膜污染。各组分中,溶解性微生物产物(Soluble Microbial Products,SMP)导致的膜污染最严重,其次是松散附着性胞外聚合物(Loosely Bound EPS,LB-EPS),藻菌絮体本身对膜面和膜孔隙的堵塞也是加剧膜污染的重要原因。膜污染成分分析结果显示造成膜污染的有机污染物主要是多糖和蛋白质类物质。钙离子与EPS相互作用对膜污染的影响研究表明:造成膜污染的主要组分是有机物含量最多的LB-EPS。不同组分不同污染物的污染模型不同,且污染物的种类会影响其污染模型。钙离子的加入会与EPS中的疏水性物质发生相互作用,增加膜片对疏水性物质的截留率,也会改变污染模型。钙离子对藻菌共生体分泌EPS的影响研究表明:在废水中污染物的处理效果以及微生物生长方面,钙离子的投加对于藻菌共生体处理废水中的COD(Chemical Oxygen Demand)和TN(Total Nitrogen)不会有较大影响,但是会影响TP(Total Phosphorus)的去除率,而且钙离子会促进藻菌共生体的生长速度,使得藻菌共生体快速生长至平稳期。钙离子对于藻菌共生体EPS的影响主要有两个方面:一方面,钙离子的投加会降低藻菌共生体分泌的EPS含量,这也是导致钙离子会减轻膜污染的因素之一;另一方面,钙离子能够强化生物絮凝作用,会影响EPS的分布情况,以达到减轻膜污染的效果。
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