利用臭氧控制膜-生物反应器膜污染的机理研究

膜污染是限制MBR广泛应用的关键问题，投加臭氧是一种有效的膜污染控制方法，但其作用机理仍不明确。本研究重点关注EPS这一影响膜污染的关键物质，研究其在臭氧作用后官能团的变化情况，然后用发生主要变化的官能团修饰AFM探针、模拟被臭氧改变的EPS，用AFM技术探测臭氧作用前后EPS间及EPS和膜表面间作用力的改变，弄清臭氧对絮体重絮凝和膜表面污染两个关键过程的影响，结合EPS组成特性和功能特性在臭氧作用前后的变化，阐明臭氧控制MBR膜污染的机理。本项目创新研究思路，用主要变化官能团模拟EPS分子变化，避免了EPS微观结构测定这一难题；创新研究方法，3D-EEM、FT-IR、高分辨LC/MS和修饰探针AFM等先进手段的配合使用，使研究可以在分子和分子间作用力的微观层面直接开展，深入揭示臭氧控制MBR膜污染的机理。本研究将为臭氧控制膜污染技术的优化完善、新型MBR混合液调控技术的开发奠定理论基础。

膜污染是限制膜生物反应器（MBR）广泛应用的关键问题。适量投加臭氧，可改善活性污泥混合液膜过滤性，从而控制膜污染。但污泥混合液成分复杂，臭氧作用后发生更加复杂和不可预测的变化，使其作用机理的揭示成为难点。本研究关注胞外多聚物（EPS）、溶解性微生物产物（SMP）类导致膜污染的关键物质，深入其在臭氧作用前后官能团的变化情况，结合微观物理化学作用理论，阐明了臭氧控制MBR膜污染的机理：适量臭氧作用于MBR混合液后，氧化SMP和外层松散EPS（LB-EPS），导致LB-EPS某些化学键断裂，使LB-EPS进入上清液，以SMP形式存在；同时在EPS和SMP表面引入羟基（-OH）和羧基（-COOH）等亲水基团，使上清液中游离的二价金属离子，与这些基团结合，通过架桥作用，促进污泥絮体的絮凝。本研究创新研究思路，用主要官能团模拟EPS和SMP分子变化，避免了EPS和SMP微观结构测定这一难题；创新研究方法，三维荧光光谱（3D-EEM）、傅立叶转换红外光谱（FT-IR）等手段的配合使用，使研究可以在分子间作用（官能团）的微观层面直接开展，深入揭示臭氧控制MBR膜污染的机理。本研究将为臭氧控制膜污染技术的优化完善、新型MBR混合液调控技术的开发奠定理论基础。