厌氧膜生物反应器降解偶氮染料及膜污染的研究

作     者：张聚成 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张劲松;周集体

授予年度：2011年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：厌氧MBR 偶氮染料 重着色 膜污染 

摘      要：本论文应用厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AMBR)处理模拟的偶氮染料废水,偶氮染料高效降解菌基因工程菌E coli JM109被接种在膜生物反应器中,膜截留作用有效防止了基因工程菌E coli JM109流失,维持了高菌体浓度,强化了对以酸性红B为代表的偶氮染料体的脱色效果。同时,考察了染料脱色产物在好氧条件下重着色的机理及好氧条件下彻底矿化可能性。最后,考察了厌氧MBR的管式膜在高菌浓度情况下的膜污染情况。 本研究采用的特殊菌为大连理工大学环境与生命学院环境生物工程研究室构建并保存的基因工程菌Escherichia coli JM109作为降解偶氮染料的微生物,接种入厌氧MBR中,经过近200天的运行,反应器中的菌浓度(干重)达到20g/L。 将反应器中的菌稀释不同浓度后接种,进行厌氧摇瓶实验。实验结果表明,随接种菌体浓度增加,酸性红B的脱色效率提高。在3g/L和4g/L的接种量下,染料在1小时内完全脱色。厌氧膜生物反应器中膜截留作用,可维持反应器内菌浓度达20g/L,由此大大加强菌对酸性红B的脱色效率。该反应器对COD也有明显的去除效果。 酸性红B的厌氧脱色产物在好氧条件下会重新着色,在对比原水与脱色后出水的HPLC分析结果显示,酸性红B对应峰面积比例由87.01.%下降为9.94%脱色过程中,在保留时间19.9分和31.8分的出现新峰,该物质推断为能导致重着色的降解中间产物。该中间产物在氧的作用下,可能形成类似靛酚类物质的结构。该结构的物质遇酸呈桔红色,遇碱呈蓝绿色,从而使脱色后废水重新着色。对脱色产物进行进一步LC-MS的分析结果,支持了对重着色路径的推测。偶氮染料不完全降解后的重着色产物更加稳定,更难于完全降解,为应用厌氧/好氧处理对其彻底矿化带来很大困难。 在超临界和亚临界通量条件下,管式膜的污染情况有所不同。超临界通量下膜污染表现为透膜压力快速上升后转为缓慢上升的两阶段,亚临界通量下膜污染表现为透膜压力缓慢上升后转为快速上升,然后又缓慢上升的三阶段。无论在超临界还是亚临界通量下,侧流剪切力都对膜污染起到延缓的作用。对EPS的分析表明膜表面的多糖/蛋白质比例是变化的。随着出水通量的提高,膜表面的EPS中多糖的比例逐渐下降,蛋白质的比例逐渐上升,而在膜内部多糖为主要污染物质。