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近年来,膜技术在废水处理领域得到了快速的发展,但膜污染问题仍然限制着该技术进一步的推广。膜污染后运行能耗增加,过滤性能降低,减弱了膜过滤技术的经济性和实用性。在膜生物反应器中,微生物胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)是引起膜污染的重要物质,它们可以粘附在膜表面或者阻塞膜孔,减少渗透通量,导致膜的频繁清洗甚至更换。为了深入探究微生物胞外聚合物(EPS)引起的膜污染现象及其机理,论文以微生物胞外聚合物(EPS)为研究对象,以EPS的提取方法比较、EPS与其模拟溶液(牛血清白蛋白和海藻酸钠,BSA+SA)的差异、EPS膜污染的影响因素三个方面为切入点展开研究,取得了如下主要研究成果:(1)通过加热法、超声法、阳离子交换树脂法(CER)和碱提法(NaOH)共四种方法提取微生物胞外聚合物,EPS含量高低遵循NaOH法>加热法>CER法>超声法,但NaOH法的细胞裂解程度最严重。三维荧光光谱显示荧光峰的强度与EPS的含量成正比。傅里叶红外光谱结果表明CER法能提取更多不同化学性质的物质。(2)膜过滤行为中稳定通量的大小顺序为NaOH法<加热法加热法>CER法>超声法,同时EPS与膜间的作用能曲线中斥力势垒和第二极小值结果显示膜污染严重程度排序也遵循NaOH法>加热法>CER法>超声法。综合考虑提取量大、细胞损害小、膜污染潜能低等方面,确定阳离子交换树脂法(CER)为本研究中最佳的提取方法。(3)钙离子(Ca2+)会与实际EPS与模拟溶液中的多糖结合形成水胶体,导致平均粒径增大、分布范围变宽且EPS-Ca2+的平均粒径(498±21nm)大于BSA+SA-Ca2+的平均粒径(384±11nm)。同时红外光谱显示Ca2+与官能团结合并导致吸收峰发生偏移,EPS-Ca2+偏移的官能团为C=O和N-H同时偏移波数较小,BSA+SA-Ca2+偏移官能团为C=O和O-H且偏移波数较大。(4)流变行为证实BSA+SA-Ca2+水胶体系结构较EPS-Ca2+更稳定,污染物质与膜表面作用能曲线中的势垒值和第二极小值表明BSA+SA-Ca2+的膜污染潜能高于EPS-Ca2+,导致了 BSA+SA-Ca2+水胶体结构不易被破坏,膜污染现象更严重。进一步进行膜污染机理拟合发现BSA+SA-Ca2+对滤饼堵塞模型和中间堵塞模型拟合度较好,而EPS-Ca2+则符合滤饼堵塞模型、中间堵塞模型和标准堵塞模型。研究结果表明实际EPS和模拟溶液之间存在较为显著的差异,未来研究中还需对EPS的替代物进一步探索。(5)单因素方差分析(ANOVA)结果显示压力、温度、搅拌速率和浓度为膜通量的影响因子,压力和温度为正贡献影响因子,搅拌速率和浓度为负贡献影响因子。此外利用响应面法对各影响因素交互作用进行分析,发现对膜通量的影响程度顺序为浓度>温度>压力>搅拌速率。模型拟合发现决定系数R2为0.9612具有较高显著性,同时R2adj为0.9225与真实数据拟合程度良好,确定最优操作条件为搅拌速率396.438 rpm、浓度1.216g·L-1、压力0.017 MPa、温度26.69℃,在此条件下模型预测的最高膜通量为0.187 L·(m2·s)-1。论文研究结果可为减缓膜污染提供一定的科学依据和技术支持,同时对膜污染的控制与膜技术在废水生物处理领域的推广应用具有一定的理论与现实意义。