反滲透系統(tǒng)氯消毒預(yù)處理對微生物群落結(jié)構(gòu)及代謝產(chǎn)物分泌特性的影響

反滲透系統(tǒng)氯消毒預(yù)處理對微生物群落結(jié)構(gòu)及代謝產(chǎn)物分泌特性的影響

0ro膜生物污堵中國存在嚴重的水資源短缺和環(huán)境污染，這限制了社會可持續(xù)發(fā)展。在反滲透工藝流程中，除反滲透膜單元外，還包括復(fù)雜的預(yù)處理系統(tǒng)和加藥系統(tǒng)，以防止膜污堵膜面的微生物會分泌一系列代謝產(chǎn)物，其中最重要的是胞外多聚物(extracellularpolymericsubstances,EPS)。EPS由多糖、蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)組成，是生物膜的骨架結(jié)構(gòu)，決定生物膜的物理特性，包括物質(zhì)傳輸、吸附特性及穩(wěn)定性反滲透膜污堵會導(dǎo)致膜通量下降、進水壓力上升、能源消耗增加等問題，酸性副產(chǎn)物還會導(dǎo)致膜的生物降解目前，氯消毒是控制RO膜生物污堵常用的預(yù)處理方式。但是氯消毒對于控制反滲透膜污堵并不總是有效的，甚至有加重污堵的實例與氯消毒相比，從消毒副產(chǎn)物控制、運行和投資費用等來看，紫外線消毒是相對安全、經(jīng)濟的消毒方式，近年來其在污水和再生水消毒中的應(yīng)用越來越廣泛針對上述問題，本研究全面探索了紫外線消毒對再生水中細菌的生長特性、群落結(jié)構(gòu)和分泌特性的影響，從而為城市污水再生處理反滲透系統(tǒng)前處理工藝的選擇提供理論指導(dǎo)。1材料和方法1.1主要試劑及儀器實驗試劑:水樣，取自北京某再生水廠膜生物反應(yīng)器(membranebio-reactor,MBR)工藝出水，取樣后置于10L桶中，在4℃條件下保存;R2A瓊脂，北京安鑫康科技有限公司;瓊脂粉，北京翰隆達科技發(fā)展有限公司;氯化鈉，國藥集團化學(xué)試劑北京有限公司;改良型lowry法蛋白濃度測定試劑盒(ModifiedLowryProteinAssayKit)，賽默飛世爾科技(中國)有限公司;蒽酮，賽譜銳思(北京)科技有限公司;硫酸，北京藍弋化工產(chǎn)品有限責(zé)任公司;葡萄糖(分析純)，天津市鼎盛鑫化工有限公司。主要儀器:HPS-280生化培養(yǎng)箱;日立CR22G高速離心機;島津TOCVCPH型總有機碳分析儀;酶標儀(MDSpectraMaxM5);日立F7000型熒光分光光度計。1.2紫外線消毒系統(tǒng)mbr紫外線劑量的計算公式為其中:式中:a為1cm液層厚度時的吸收度，cm由式(1)可看出:通過控制紫外線照射時間可以調(diào)節(jié)紫外線消毒劑量。將20mLMBR工藝二級出水置于底面直徑為6cm的圓柱形玻璃皿中，其液層厚度為1cm。根據(jù)目前污水再生處理工藝中常用的紫外線劑量1.3分析1.3.1培養(yǎng)基初發(fā)期酶標法檢測od將經(jīng)過不同劑量紫外線消毒后的水樣分別接種至300mL標準R2A培養(yǎng)基，在150r/min搖床上25℃條件下培養(yǎng)至穩(wěn)定期，此期間定期用酶標儀測定各組的OD1.3.2微生物群落結(jié)構(gòu)的變化將培養(yǎng)至穩(wěn)定期的菌液離心去除培養(yǎng)基后送樣進行16SrRNA高通量測序，分析紫外線消毒對再生水中微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)測定結(jié)果繪制成的群落組成柱狀圖分析各組的群落結(jié)構(gòu)，根據(jù)測定的α多樣性指數(shù)(observedspecies、Shannon、Simpson指數(shù))分析其物種多樣性。1.3.3維熒光光譜分析將培養(yǎng)至穩(wěn)定期的菌液離心去除培養(yǎng)基并提取EPS，測定EPS總量(DOC)和各組分含量(蛋白質(zhì)、多糖)，以及其分子量分布，并進行三維熒光光譜分析。將培養(yǎng)后洗去培養(yǎng)基的細菌稀釋成溶液進行平膜實驗，評價紫外線消毒前后細菌溶液對反滲透膜的污堵潛勢。1.4溫度測定方法為研究紫外線消毒后水中細菌經(jīng)培養(yǎng)后形成的溶液對反滲透膜污堵潛勢，在實驗室搭建平膜錯流反滲透系統(tǒng)模擬裝置。操作條件為:將海德能Proc10型號反滲透膜(低壓膜)切割為直徑32mm、面積為8.04cm反滲透裝置所處溫度為室溫(在25℃左右波動)，利用傳感器監(jiān)測實時溫度數(shù)據(jù)并采用計算機收集記錄。過水通量(J)基于Arrhenius方程由溫度數(shù)據(jù)修正，并按式(3)計算式中:J為t時刻的過水通量，m2結(jié)果與討論2.1細菌分離結(jié)果在不同紫外線劑量下，對MBR出水進行消毒。將消毒后的水樣涂平板，檢測消毒效果，結(jié)果如表2所示。可知:未消毒水樣中存在大量細菌;紫外線劑量為20mJ/cm將各劑量紫外線消毒后的水樣接種至標準R2A培養(yǎng)基培養(yǎng)，水中細菌生長曲線如圖1所示?？芍?由于紫外線消毒后接種細菌量減少，細菌生長的遲滯期延長;且紫外線劑量為40,80mJ/cm2.2紫外線消毒對再生水中微生物多樣性的影響測定不同劑量紫外線消毒后再生水中細菌的群落結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖2所示。由圖2a可知:門水平上，在進行較高劑量紫外線消毒(40,80mJ/cm由圖2b可知:綱水平上，在進行較高劑量紫外線消毒(40,80mJ/cm由圖2c可知:屬水平上，在進行較高劑量紫外線消毒(40,80mJ/cm以上結(jié)果表明，在較高紫外線劑量(40,80mJ/cm不同紫外線劑量下再生水中微生物α多樣性指數(shù)如圖3所示。可知:與未經(jīng)過紫外線消毒的空白對照組相比，各實驗組的observedspecies、Shannon、Simpson指數(shù)均有所降低。這說明紫外線消毒降低了水中微生物的多樣性。該結(jié)果與氯消毒后微生物群落多樣性降低相似2.3反滲透膜菌液的制備紫外線消毒前后，細菌的EPS分泌量及EPS中蛋白、多糖含量如圖4所示。可知:經(jīng)過低劑量(20mJ/cm測定EPS的三維熒光特性，結(jié)果如圖5所示。圖中Ⅰ區(qū)代表酪氨酸或色氨酸氨基酸，Ⅱ區(qū)代表酪氨酸或色氨酸蛋白質(zhì)，Ⅲ區(qū)代表多糖類物質(zhì)，Ⅳ區(qū)代表富里酸，Ⅴ區(qū)代表多環(huán)芳烴類腐殖酸，Ⅵ區(qū)代表聚羧酸鹽型腐殖酸將提取出的EPS溶液進行分子量分布的測定，結(jié)果如圖6所示。Lyko等紫外線消毒前后水中細菌經(jīng)培養(yǎng)后離心洗去培養(yǎng)基，將所得菌液稀釋至相同倍數(shù)，所得溶液的反滲透膜污堵潛勢如圖7所示?？芍?將MBR出水經(jīng)80mJ/cm3紫外線消毒對水中微生物的影響1)紫外線消毒后，存活細菌再培養(yǎng)時其生長遲滯期變長，穩(wěn)定期細菌