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应用廉价多孔基材为膜组件的动态膜生物反应器(dynamicmembranebioreactor,DMBR)处理污水已受到极大的关注，该技术在分散式生活污水和工业废水处理领域具有非常广阔的应用前景。自生动态膜是由不同种类微生物、有机物及无机颗粒等悬浮固体组成的聚集体，操作条件是影响动态膜结构与组成的重要参数之一，是决定生物反应器能否高效、稳定运行的关键。本论文在实验室小试及现场中试分析了DMBR对有机污染物去除特性的基础上，系统研究了生物反应器内自生动态膜的形成过程、作用机制及微生物群落特征，为DMBR的优化设计和运行控制提供了重要的基础资料。主要研究内容和结果如下:
1.DMBR处理生活污水效果良好。小试及中试反应器运行结果表明COD、NH3-N和TN的去除率分别达到93.2％、91.2％及70.0％。
2.通过激光粒度仪、元素分析仪、扫描电镜、傅立叶红外光谱仪等手段分析了小试反应器连续好氧条件下的动态膜形成过程及结构。自生动态膜形成可分为“镶嵌快滤”、“网状覆盖”和“膜孔堵塞”等三个阶段;动态膜滤饼层质量均值为39.27g/m2，其中胶体、挥发性悬浮颗粒物、无机物含量均值分别为5.75g/m2、26.5g/m2、7.02g/m2;自生动态膜组成主要以直径70μm～150μm颗粒为主;O、K、Na、Ca、P、S、Cl、Mg、Si等为动态膜成分无机元素中的主要元素;自生动态膜为多孔状结构，具有较高的孔隙率，保持着良好的透水性能;动态膜内有明显生物质层，存在丝状菌，起到骨架作用。
3.借助于电子显微镜、激光粒度仪等分析手段研究了操作条件对小试反应器内自生动态膜的结构及成分的影响。好氧厌氧时间比分别为3∶1，2∶1，1∶1，1∶2情况下，动态膜中滤饼层质量均值由38.12g/m2增至44.73g/m2，无机物含量变化较小，在5.34g/m2与5.59g/m2范围之内;胞外聚合物、挥发性悬浮颗粒物的含量随着好氧时间减少逐渐增大;随厌氧时间的延长，膜表面孔径由无明显孔状变为孔径为5μm至7μm之间，占5％以上的颗粒粒径范围由250μm至300μm之间变为400μm至600μm之间，动态膜上颗粒粒径逐步增大。
改变污泥龄(SRT=5，10，20，40，60天)的比较分析表明，随SRT延长，混合液颗粒粒径减小，而动态膜上粒径呈增大趋势，且膜上粒径较混合液中粒径大;动态膜结构更加均匀致密，其中胞外聚合物含量减少，丝状菌及杆菌增多;膜阻力缓慢上升期延长，急剧上升期延后，正常工作时间延长。
运行方式和操作条件对动态膜的结构、成分及膜阻力有显著影响，综合优化运行控制和反应器处理性能，试验确定好厌氧比为1∶2，污泥龄为40天。
4.集成运用凝胶渗透色谱、三维荧光光谱、总有机碳测定等技术探索了生物反应器混合液和出水中溶解性有机物的可生物降解性、亲疏水性及分子量分布，从分子学角度说明了凹凸棒土强化溶解性有机物去除的机理。结果表明，凹凸棒土可以作为强化降解溶解性有机物的有效填料，凹土投加量为MLSS的5％时，DOC和UV254的去除率最好，分别达到53.2％和53％;生物反应器进水、混合液及出水中溶解性有机物的三维荧光光谱图均有两个荧光峰，即类蛋白荧光峰和类富里酸荧光峰。投加凹土后，特征荧光峰的位置和荧光强度均发生了显著的变化，混合液内类蛋白荧光强度FI由235.8减少为80.21，类富里酸荧光强度FI由427减少为146.96，对类蛋白质和类富里酸均有较好的吸附去除效果;亲水部分和疏水中性物质为进水有机物中的主要部分，分别为31.8mg/L和47.2mg/L，投加凹土后，混合液中疏水中性物质减少至3.61mg/L，对于疏水中性物质有较好的吸附降解，对于亲水部分等其他组分有机物去除效果较差;投加凹土后，对大分子溶解性有机物(MW＞30kDa)有更好的降解效果。
5.利用PCR-DGGE分子手段对生物反应器内动态膜内微生物多样性进行了测定并克隆建库。在自生动态膜内发现了专性厌氧菌如Bacteroidetes菌和颗粒污泥演变过渡菌如Gammaproteobacterium菌，验证了自生动态膜内存在厌氧层，并存在颗粒污泥的特性，阐明了TN高效去除及高性能过滤的机理。同时发现了投加凹土后生物反应器内微生物种属及每一种属丰度显著提高。包括可以有效地降解蛋白质的Flavobacterium细菌、可降解胞外聚合物的Phodocyclaceae纲和Bacteroidetes属，以及自养脱氮过程关键种属的类浮霉状Planctomycete菌，从微生物生态学的角度揭示了凹凸棒土的生物载体作用，丰富了自生动态膜内微生物群落结构。