右旋氨基酸對廢水處理反應(yīng)器中微生物聚集體的作用機制.pdf

1、隨著人口的不斷增長，人類活動范圍的不斷增大，社會GDP在快速增長的同時，水污染問題日益嚴(yán)重，廢水生物處理作為解決水污染問題的重要技術(shù)之一而被廣泛應(yīng)用。微生物聚集體作為生物處理中的核心物質(zhì)，其穩(wěn)定性影響出水水質(zhì)，處理效率、固液分離效果而至關(guān)重要。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)將研究的焦點從影響微生物聚集體的傳統(tǒng)因素轉(zhuǎn)移到新的領(lǐng)域-信號分子。右旋氨基酸類物質(zhì)作為一種信號分子，能夠通過調(diào)節(jié)細(xì)菌基因的表達，以及胞外聚合物的合成來改變微生

2、物群體行為從而應(yīng)對外界的變化。這種群體行為包括抑制細(xì)菌在膜上的粘附，促進細(xì)菌在膜表面的脫落等效應(yīng)。因此研究右旋氨基酸類物質(zhì)對微生物聚集體穩(wěn)定性的影響及其在水處理中應(yīng)用具有重要的理論和實際意義。本文從右旋氨基酸類物質(zhì)對活性污泥絮體的剪切穩(wěn)定性以及表面性質(zhì)的影響方面展開研究，探討其影響效應(yīng)，然后繼續(xù)考察了右旋氨基酸類物質(zhì)對生物膜的影響及其緩解膜污染方面的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:
　　研究結(jié)果表明污泥在外源投加的右旋酪氨酸的影

3、響下，絮體的剪切穩(wěn)定性變差，剪切敏感性常數(shù)隨酪氨酸濃度增大而增大，溶液中平衡初級粒子的濃度隨著酪氨酸的投加量出現(xiàn)線性增長。此外，氨基酸改變了污泥絮體的表面性質(zhì)，隨著酪氨酸濃度的升高，污泥疏水性降低，絮體粒子之間的粘附自由能上升，污泥絮體zeta電位值越來越大，這些變化不利于污泥絮體間的絮凝和聚集。而且，酪氨酸明顯抑制了污泥絮體胞外聚合物(EPS)的量尤其是蛋白質(zhì)的量，隨酪氨酸濃度的增加，EPS含量持續(xù)減少，蛋白質(zhì)與多糖的比值持續(xù)降低，并

4、且該比值與氨基酸濃度呈較好的相關(guān)性。污泥的疏水性、zeta電位的值與蛋白質(zhì)/多糖的值有較好的相關(guān)系數(shù)，這種相關(guān)系數(shù)表明污泥絮體表面性質(zhì)的改變是由EPS含量的改變引起的。利用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和核磁共振(NMR)技術(shù)分析表征污泥胞外EPS，結(jié)果表明酪氨酸不改變EPS的官能團。因此酪氨酸作用下污泥絮體穩(wěn)定性變差的主要原因是酪氨酸抑制了污泥中微生物胞外聚合物的分泌。
　　右旋氨基酸作用后的細(xì)菌在膜過濾過程中表現(xiàn)出不同的過濾性

5、能。右旋氨基酸(D-AAS)能夠有效緩解膜過濾過程中由微生物聚集體引起的膜污染，而且這種減緩效應(yīng)具有普遍性，在親水性膜PES（聚醚砜）和疏水性膜PVDF（聚偏氟乙烯）上均有緩解效應(yīng)。通過對比D-AAS作用下枯草桿菌和銅綠假單胞菌的過濾行為，發(fā)現(xiàn)D-AAS減緩革蘭氏陽性菌污染膜的效應(yīng)比革蘭氏陰性菌更明顯。進一步實驗表明D-AAS通過減少細(xì)菌在膜上的粘附，細(xì)菌EPS的含量從而緩解膜污染。細(xì)菌溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)作為膜過濾過程的一種重要

6、污染物，并沒有受到D-AAS的影響，經(jīng)過氨基酸作用后和空白組細(xì)菌的SMP在過濾過程中對膜具有相同的污染行為。被污染的膜通過物理清洗和化學(xué)清洗之后，恢復(fù)部分通量。D-AAS作用下的細(xì)菌通過清洗，通量恢復(fù)率提高，革蘭氏陽性菌更易通過物理清洗恢復(fù)通量，而革蘭氏陰性菌更易通過化學(xué)清洗恢復(fù)通量。與研究D-AAS對污泥絮體的EPS一樣，右旋氨基酸同樣抑制了兩種細(xì)菌胞外EPS的含量而不改變EPS的官能團。EPS的減少使細(xì)菌在膜上的粘附減少，同時EPS