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膜生物反应器(MBR)因出水水质高,完全生物保留等优势,成为最具应用前景的海水养殖废水处理技术。但是,高盐环境下污泥絮体崩溃以及微生物活性抑制,进而引起的除污性能下降和膜污染加剧,是限制其广泛运用的关键问题。为此,本研究将生物载体技术与MBR有机结合,开发缺氧生物膜-流动床MBR组合系统,利用生物载体为微生物提供稳定的聚集生长环境,提高生物活性并改善污泥混合液特性,进而实现高盐环境下的强化除污和膜污染控制。围绕组合系统的建立过程,通过研究组合系统除污性能的变化、污染物的转化去向、污泥的活性变化以及种群结构的演替,阐明了组合系统的强化除污机制,并以此为基础优化了组合系统运行参数;同时,通过解析三种关键膜污染因子污泥、EPS和SMP污染特性的变化,探究了组合系统膜污染缓解机制;另外,针对组合系统膜污染特点,开发了膜表面双电离子化改性的膜污染控制新方法。逐步建立组合系统,并研究其处理海水养殖废水的性能及机制,结果表明:驯化所得耐盐活性污泥的应用保证了系统高盐环境下高效的TOC去除(95.8%)效率;生物载体的运用显著提高了系统的硝化-反硝化活性,TN去除率从65.3%增加到93.2%;分析高盐环境下的脱氮途径,发现借助于高盐度对硝化菌类的选择性抑制作用,系统内建立起稳定的短程硝化-反硝化脱氮途径;另外,系统膜污染情况也因生物载体的应用得到显著缓解,膜污染周期从10 d延长至44 d。优化组合系统处理海水养殖废水运行参数,考察不同运行条件对其性能的影响,结果表明:在内循环回流比为2.5:1,HRT为8 h,DO含量在2-3 mg/L条件下,组合系统能发挥最佳协同处理效能;在较低的外加碱度条件下(100 mg/L)或进水较高的C/N比(5:1)条件下,组合系统脱氮除污性能均维持在较高水平,表现出较低的外加碱度需求量和良好的耐有机负荷能力。解析组合系统膜污染机制,结果表明:前置缺氧单元中置入纤维填料,引起了后续MBR单元中有机负荷和悬浮污泥含量降低以及SMP膜污染潜力的削弱,使得系统膜污染速率减缓96.3%;MBR单元中应用聚氨酯悬浮载体则主要通过改善污泥(尺寸增大,疏水性降低),EPS和SMP(削弱蛋白特性,降低吸附自由能)的特性实现膜污染潜力的削减(污染速率降低62.8%)。组合系统的膜污染缓解是两种生物载体共同作用的结果。解析组合系统微生物种群演替,发现经海水驯化所得耐盐活性污泥中,建立起了以海洋专属菌和耐盐菌群为主的种群结构;在组合系统中,生物载体的运用提高了系统微生物种群多样性,其中硝化和反硝化菌群(如Nitrosomonas,Sedimenticola等)丰度显著提升;Lucibacterium(12.17%),Cycloclasticus(3.51%),Lucibacterium(2.81%)等具有降解大分子蛋白及多糖功能的菌群在载体中富集,是引起污泥混合液中EPS和SMP污染特性变化的关键原因。针对组合系统膜污染特点,开发基于新型双电有机硅材料的膜表面抗污染改性方法;改性过程使得膜表面及孔道内形成一层均匀而平滑的gel涂层,双电性离子通过sol-gel涂层成功引入膜表面,并在其表面性能结合水层,因而使得改性膜具有良好的抗EPS和SMP污染性能,其与EPS和SMP的界面关系能主要表现为排斥能;在组合系统中应用改性膜实现了系统膜污染的有效缓解,污染周期从42天延长至85天。