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膜生物反应器(MBR)因其具有出水水质优质稳定,剩余污泥少,运行控制灵活等优点,被广泛应用于国内外水处理领域。然而,膜生物污染是制约着MBR进一步发展的瓶颈问题,一些研究者已尝试多种方法控制膜的生物污染,但都有其各自的缺陷。其中,通过利用微生物自身代谢来控制膜生物污染的生物控制策略,正得到人们越来越多的关注。
D-氨基酸作为蛋白质的基本组成单元,能够被微生物自身利用代谢、无毒无害。目前已有研究表明,D-氨基酸能够控制活性污泥在亲水尼龙膜表面生物膜的形成,且不影响微生物的生长代谢。因此,本研究将D-氨基酸作为添加物加入MBR给水中以控制膜的生物污染。实验结果表明,将D-氨基酸作为MBR给水添加物,不但不能有效地控制MBR膜污染,还会加重膜污染。这是由于给水中游离的D-氨基酸能够附着在疏水性PVDF膜表面,引起了膜的有机污染。本研究通过实验,证实了上述结论。
针对上述实验中出现的问题,本研究将D-酪氨酸作为改性物质对MBR中常用的PVDF膜进行表面接枝改性,旨在提高膜的亲水性和抗污染能力,为解决上述实验中出现的问题奠定基础。改性后对改性膜(PVDF-g-Tyr膜)进行XPS、ATR-FTIR、SEM、静态接触角、纯水通量的测定表征,结果表明,D-酪氨酸已成功接枝至PVDF膜表面,膜的亲水性和纯水通量显著提高。此外,本研究还以与上述MBR实验中相同配比的混合D-氨基酸作为抗污染实验模拟污染物,对PVDF-g-Tyr膜分别进行静态吸附及动态超滤实验。实验结果表明,PVDF-g-Tyr膜具有良好的抗D-氨基酸污染性能。同时,以大肠杆菌(E.coli)为模型微生物的抗微生物附着实验表明,与PVDF膜相比,PVDF-g-Tyr膜能够有效减少微生物的附着和生物膜的形成。由此可见,PVDF-g-Tyr具有高纯水通量及良好的抗污染性能,为保障D-氨基酸控制MBR膜生物污染奠定一定的基础。