本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體一種延緩膜生物反應(yīng)器中生物膜污染解體劑的制備及應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

將傳統(tǒng)活性污泥法與膜過濾相結(jié)合的膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝，具有出水水質(zhì)好、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在污水處理及中水回用領(lǐng)域備受關(guān)注。然而由于膜表面生物膜的形成及隨后粘附的泥餅層，在大幅降低了膜通量的同時(shí)，引發(fā)嚴(yán)重的膜污染，制約了膜生物反應(yīng)器工藝的大規(guī)模廣泛應(yīng)用。前期研究表明，膜生物反應(yīng)器運(yùn)行成本的60％以上直接與生物膜污染有關(guān)，因而如何從膜生物反應(yīng)器生物膜污染控制角度采取必要的調(diào)控措施，對(duì)于延緩膜污染具有重要的實(shí)際意義。

生物膜廣泛存在于自然界，其形成過程是自發(fā)、自然形成的過程，因而以生物膜形成為主要特征的膜生物反應(yīng)器生物膜污染不可避免。生物膜污染包括：(1)微生物在膜表面粘附及生長(zhǎng)；(2)本體溶液中微生物及膜表面形成由生物膜產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物對(duì)膜的污染。胞外聚合物(EPS)與生物膜形成關(guān)系密切，作為“生物膠水”，一方面EPS有助于微生物在膜表面的附著，為微生物在膜表面的初期生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件；另一方面膜表面生物膜的形成強(qiáng)化了膜截留大分子有機(jī)物的能力，使得大部分溶解性微生物代謝產(chǎn)物(SMP)在反應(yīng)器內(nèi)累積，從而進(jìn)一步強(qiáng)化生物膜的形成并加重膜生物污染。膜生物反應(yīng)器生物膜污染是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、復(fù)雜的和相對(duì)緩慢的過程，涉及到群體感應(yīng)機(jī)制(Bioresource Technology,2014,171:472-476)、微生物代謝產(chǎn)物(Water Research,2009,43:1489-512)及可提取胞外脫氧核糖核酸(eDNA)控制生物膜形成機(jī)制(Science,2002,295:1487-1487)等。盡管在膜生物反應(yīng)器中生物膜污染機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，然而大量研究表明，eDNA在生物膜形成過程中扮演了十分重要的角色，對(duì)于生物膜的形成至關(guān)重要。eDNA是細(xì)菌的非聚合代謝產(chǎn)物，作為EPS的關(guān)鍵組分，對(duì)于維系EPS的空間結(jié)構(gòu)扮演了重要角色，在生物膜形成過程起到了“腳手架”的功能。

利用抑制生物膜形成來(lái)減緩膜生物反應(yīng)器膜污染的研究備受關(guān)注，如美國(guó)專利(No.6,777,223)公開了利用分解酰基高絲氨酸內(nèi)酯(AHL)的淬滅酶來(lái)抑制生物膜的形成，然而淬滅酶受環(huán)境因素波動(dòng)影響較大，酶易失活，因而利用群體感應(yīng)淬滅酶來(lái)抑制生物膜污染的方法在實(shí)際工程中應(yīng)用前景黯淡。韓國(guó)專利(No.981519)公開了利用群體淬滅酶包覆在磁性載體上，解決了淬滅劑流失及回收問題，然而并未從根本上解決淬滅劑易失活、用量大及成本高 等瓶頸問題。本發(fā)明提出了膜生物反應(yīng)器生物膜污染解體劑制備及應(yīng)用方法，結(jié)合膜生物反應(yīng)器生物膜污染特點(diǎn)，提出了向膜生物反應(yīng)器反沖洗水中投加以分解eDNA為主要目標(biāo)的生物膜污染解體劑，以期以較低的成本，實(shí)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器膜污染減緩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提出一種緩解膜生物反應(yīng)器中生物膜污染解體劑的制備及其應(yīng)用方法，結(jié)合膜生物反應(yīng)器操作條件，以完善現(xiàn)有技術(shù)的不足。

生物膜污染解體劑的制備通過以下步驟完成：

(1)將脫氧核糖核酸酶I溶于超純水中，配制成質(zhì)量濃度為10-30mg/L的溶液，攪拌均勻待用；

(2)將D-絡(luò)氨酸溶解于甲酸溶液中，配置成質(zhì)量濃度為5-8mg/L的溶液，置于棕色玻璃瓶中均勻混合，靜置1～2h；

(3)將步驟(1)與步驟(2)配制的2種溶液混合均勻，調(diào)節(jié)pH值為5-6之間，加入激活劑Mn²⁺，Mn²⁺的質(zhì)量濃度為10-30mg/L，成為生物膜污染解體劑。

膜生物反應(yīng)器生物膜污染解體劑應(yīng)用方法：

將生物膜污染解體劑投加至膜生物反應(yīng)器反沖洗水中，投加量與反沖洗水體積比為1:100～150。

本發(fā)明的原理為，生物膜的形成取決于eDNA的濃度，生物膜污染解體劑中含有的脫氧核糖核酸酶I，在Mn²⁺存在下可高效切斷雙鏈DNA，從而使eDNA片段化，失去構(gòu)建生物膜的能力；同時(shí)D-絡(luò)氨酸可將膜表面殘留的生物膜解體，并減少EPS的分泌，從而減緩膜生物反應(yīng)器生物膜污染。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)以及產(chǎn)生的有益效果是：

(1)向反沖洗水中投加生物膜污染解體劑后，可顯著延長(zhǎng)膜生物反應(yīng)器緩慢階段膜污染時(shí)間，并且未對(duì)膜生物反應(yīng)器污染物去除效果產(chǎn)生影響。

(2)脫氧核糖核酸酶I與D-絡(luò)氨酸，對(duì)膜生物反應(yīng)器膜表面生物膜形成的關(guān)鍵組分起分解作用，其聯(lián)合使用具有協(xié)同效應(yīng)；同時(shí)激活劑Mn²⁺對(duì)脫氧核糖核酸酶I與D-絡(luò)氨酸均有活化作用。

(3)擴(kuò)散至本體溶液中的生物膜污染解體劑，可降低活性污泥增殖速率，減小剩余污泥排放量。

附圖說(shuō)明

所示附圖1為實(shí)施效果說(shuō)明圖。表示不同工況下，膜生物反應(yīng)器跨膜壓差隨運(yùn)行時(shí)間的變 化。圖1中工況1表示反沖洗水中未加入生物膜污染解體劑，跨膜壓差隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)情況；工況2、3、4表示向反沖洗水中投加不同比例的生物膜污染解體劑，跨膜壓差隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)情況。

實(shí)施具體方式

下面通過具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提出的制備以及應(yīng)用方法作進(jìn)一步的說(shuō)明，實(shí)施效果參照附圖1。需要說(shuō)明的是下述實(shí)施例是敘述性的，而不是限定性的，不以此實(shí)施例限定本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。實(shí)施例中使用的原料均為市購(gòu)產(chǎn)品。

膜污染解體劑的制備通過以下步驟完成：

(1)將脫氧核糖核酸酶I溶于超純水中，配制成質(zhì)量濃度為10-30mg/L的溶液，攪拌均勻待用；

(2)將D-絡(luò)氨酸溶解于甲酸溶液中，配置成質(zhì)量濃度為5-8mg/L的溶液，置于棕色容器中均勻混合，靜置1～2h；

(3)將步驟(1)與步驟(2)配制的2種溶液混合均勻，調(diào)節(jié)pH值為5-6之間，加入激活劑Mn²⁺，Mn²⁺質(zhì)量濃度為10-30mg/L，成為生物膜污染解體劑。

膜生物反應(yīng)器生物膜污染解體劑應(yīng)用方法：

將配制好的生物膜污染解體劑投加至膜生物反應(yīng)器反沖洗水中，投加量與反沖洗水體積比為1:100～150。

實(shí)施例1：

膜生物反應(yīng)器有效體積5L，污泥濃度波動(dòng)范圍為9～13g/L，水力停留時(shí)間(HRT)及污泥停留時(shí)間(SRT)分別為6h及30d，生活污水進(jìn)水化學(xué)需氧量(COD_cr)為240～460mg/L；膜出水通量為10L/m²h，每工作周期內(nèi)，膜抽吸時(shí)間為13min，停歇時(shí)間為2min，停歇階段進(jìn)行反沖洗，反沖洗流量為5L/m²h。

(1)首先配制質(zhì)量濃度為10mg/L的脫氧核糖核酸酶I溶液，攪拌均勻待用；

(2)將D-絡(luò)氨酸溶解于甲酸溶液中，配置成質(zhì)量濃度為5mg/L溶液，置于棕色玻璃瓶中均勻混合，靜置1h；

(3)將上述2種溶液混合均勻，調(diào)節(jié)pH值為5.4，加入Mn²⁺質(zhì)量濃度為10mg/L，混合均勻待用。

將配制好的生物膜污染解體劑投加至膜生物反應(yīng)器反沖洗水中，投加量與反沖洗水體積比為1:100。

實(shí)施效果見附圖1工況2，與未投加生物膜污染解體劑(工況1)相比，本實(shí)施例顯著延長(zhǎng) 了緩慢膜污染階段時(shí)間，有效降低了膜污染速率。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例中，所用反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。污泥濃度波動(dòng)范圍為8～11g/L，穩(wěn)定階段運(yùn)行參數(shù)：HRT為6h、SRT為25d，生活污水進(jìn)水COD_cr為390mg/L～560mg/L；膜運(yùn)行條件與實(shí)施例1相同。

(1)首先配制質(zhì)量濃度為20mg/L的脫氧核糖核酸酶I溶液，攪拌均勻待用；

(2)將D-絡(luò)氨酸溶解于甲酸溶液中，配置成質(zhì)量濃度為7mg/L溶液，置于棕色玻璃瓶中均勻混合，靜置1.5h；

(3)將步驟(1)與步驟(2)配制的2種溶液混合均勻，調(diào)節(jié)pH值為5.2，加入Mn²⁺質(zhì)量濃度為15mg/L。

將配制好的生物膜污染解體劑投加至膜生物反應(yīng)器反沖洗水中，投加量與反沖洗水體積比為1:120。

實(shí)施效果見附圖1工況3，與未投加生物膜污染解體劑(工況1)相比，本實(shí)施例明顯延長(zhǎng)了緩慢膜污染階段時(shí)間，有效降低了膜污染速率。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例中，所用反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及生活污水水質(zhì)與實(shí)施例2相同。污泥濃度波動(dòng)范圍為8～11g/L，運(yùn)行參數(shù)：HRT為8h、SRT為20d；膜運(yùn)行條件與實(shí)施例1相同。

(1)首先配制質(zhì)量濃度為30mg/L的脫氧核糖核酸酶I溶液，攪拌均勻待用；

(2)將D-絡(luò)氨酸溶解于甲酸溶液中，配置成質(zhì)量濃度為8mg/L溶液，置于棕色玻璃瓶中均勻混合，靜置2h；

(3)將步驟(1)與步驟(2)配制的2種溶液混合均勻，調(diào)節(jié)pH值為5.7，加入Mn²⁺質(zhì)量濃度為30mg/L。

將配制好的生物膜污染解體劑投加至膜生物反應(yīng)器反沖洗水中，投加量與反沖洗水體積比為1:150。

實(shí)施效果見附圖1工況4，與未投加生物膜污染解體劑(工況1)相比，本實(shí)施例顯著延長(zhǎng)了緩慢膜污染階段時(shí)間，有效降低了膜污染速率。

由圖1可見加入解體劑后，跨膜壓差隨時(shí)間的變化率明顯減小，跨膜壓差隨時(shí)間的變化越小說(shuō)明減緩膜污染的效果越好，尤其是工況4與工況1相比，效果非常顯著。