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与传统活性污泥(conventional activated sludge,CAS)相比,膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)有众多优点,广泛应用于废水处理系统中。然而,膜污染问题是限制该工艺进一步大规模应用的主要障碍。其中,膜生物污染对膜通量的降低影响极其显著,微生物分泌的胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)使细菌更容易粘附在膜表面,加速了膜表面生物膜的形成。新近研究表明,可提取胞外DNA(extracellular DNA,eDNA)具有类似“脚手架”的功能,决定了生物膜空间结构及透水性能。深入解析eDNA在膜表面生物膜的形成过程中的作用,对于揭示MBR膜污染机理至关重要。本文以—个稳定运行的MBR为研究对象,重点围绕eDNA在MBR分布展开研究。首先考察了eDNA在污泥混合液中随运行时间的动态分布规律,解析了eNDA对污泥混合液生物絮凝的作用机理,探究了不同跨膜压差(Transmembrane pressure,TMP)下膜表面污染层中eDNA的动态分布规律,解析了eDNA对污染层粘附性影响机制;结合批式实验研究不同通量下eDNA对最初生物膜污染的关系。本文主要得到以下结论:(1)eDNA在EPS空间分布特征为TB-EPS>LB-EPS>S-EPS;随着MBR运行时间的变化,EPS各层组分中eDNA的浓度呈先增加后降低的趋势;EPS内层(LB-EPS和TB-EPS)中eDNA与PN之间呈显著正相关(r=0.667,P<0.05;r=0.682,P<0.05);EPS内层中eDNA与污泥絮体间的聚集能力紧密相关(r=-0.777,P<0.05;r=-0.771,P<0.05),eDNA浓度的增加有利于促进生物絮凝能力,提高污泥混合液可滤性。(2)eDNA主要分布在膜污染层中的TB-EPS中,污染层中eDNA含量及其在EPS中的比例呈先增加后降低的趋势;在膜污染最初阶段(TMP<3.5 kPa),初始污染层中eDNA含量随运行时间的变化逐渐增加;在初期污染层中的eDNA含量显著降低了污染层与膜之间的能垒,增加了膜污染倾向。(3)通过进行不同通量(0、5和10 L/(m2·h))24 h形成生物膜的批式,实验表明:色氨酸类蛋白质是主要的膜污染物质,eDNA与PN、芳香类蛋白质和色氨酸类蛋白质有显著的正相关性(r=0.775,P<0.05;r=0.743,P<0.05;r=0.898,P<0.05);eDNA与ΔG ABadh的绝对值呈负相关性(r=-0.826,P<0.05),eDNA显著增强了生物膜与膜之间的极性吸引力,增加了膜污染倾向;芳香类蛋白质和色氨酸类蛋白质与ΔG aAdBh呈负相关性(r=-0.885,P<0.05;r=-0.822,P<0.05),表明eDNA通过结合蛋白质,增大了生物膜与膜之间极性吸引力,促进生物膜的形成。