[发明专利]一种缓解膜生物反应器中生物膜污染的解体剂

说明书

本发明公开了一种缓解膜生物反应器中生物膜污染的解体剂，制备方法包括：分别配制不同质量浓度的脱氧核糖核酸酶I及D‑络氨酸甲酸溶液，将上述溶液混合均匀，经pH值调节后加入一定质量浓度的解体剂激活剂Mn²⁺。应用时将生物膜污染解体剂投加至膜生物反应器反冲洗水中，投加量与反冲洗水体积比为1:100～150。生物膜污染解体剂显著延长膜生物反应器缓慢阶段膜污染时间，脱氧核糖核酸酶I与D‑络氨酸对膜表面生物膜形成关键组分起分解作用，其联合使用具有协同效应；激活剂Mn²⁺对脱氧核糖核酸酶I与D‑络氨酸均有活化作用；扩散至本体溶液中的生物膜污染解体剂可降低活性污泥增殖速率，减小剩余污泥排放量。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体一种延缓膜生物反应器中生物膜污染解体剂的制备及应用方法。

背景技术

将传统活性污泥法与膜过滤相结合的膜生物反应器(MBR)工艺，具有出水水质好、占地面积小等优点，在污水处理及中水回用领域备受关注。然而由于膜表面生物膜的形成及随后粘附的泥饼层，在大幅降低了膜通量的同时，引发严重的膜污染，制约了膜生物反应器工艺的大规模广泛应用。前期研究表明，膜生物反应器运行成本的60％以上直接与生物膜污染有关，因而如何从膜生物反应器生物膜污染控制角度采取必要的调控措施，对于延缓膜污染具有重要的实际意义。

生物膜广泛存在于自然界，其形成过程是自发、自然形成的过程，因而以生物膜形成为主要特征的膜生物反应器生物膜污染不可避免。生物膜污染包括：(1)微生物在膜表面粘附及生长；(2)本体溶液中微生物及膜表面形成由生物膜产生的代谢产物对膜的污染。胞外聚合物(EPS)与生物膜形成关系密切，作为“生物胶水”，一方面EPS有助于微生物在膜表面的附着，为微生物在膜表面的初期生长创造了条件；另一方面膜表面生物膜的形成强化了膜截留大分子有机物的能力，使得大部分溶解性微生物代谢产物(SMP)在反应器内累积，从而进一步强化生物膜的形成并加重膜生物污染。膜生物反应器生物膜污染是一个动态的、复杂的和相对缓慢的过程，涉及到群体感应机制(Bioresource Technology,2014,171:472-476)、微生物代谢产物(Water Research,2009,43:1489-512)及可提取胞外脱氧核糖核酸(eDNA)控制生物膜形成机制(Science,2002,295:1487-1487)等。尽管在膜生物反应器中生物膜污染机制错综复杂，然而大量研究表明，eDNA在生物膜形成过程中扮演了十分重要的角色，对于生物膜的形成至关重要。eDNA是细菌的非聚合代谢产物，作为EPS的关键组分，对于维系EPS的空间结构扮演了重要角色，在生物膜形成过程起到了“脚手架”的功能。

利用抑制生物膜形成来减缓膜生物反应器膜污染的研究备受关注，如美国专利(No.6,777,223)公开了利用分解酰基高丝氨酸内酯(AHL)的淬灭酶来抑制生物膜的形成，然而淬灭酶受环境因素波动影响较大，酶易失活，因而利用群体感应淬灭酶来抑制生物膜污染的方法在实际工程中应用前景黯淡。韩国专利(No.981519)公开了利用群体淬灭酶包覆在磁性载体上，解决了淬灭剂流失及回收问题，然而并未从根本上解决淬灭剂易失活、用量大及成本高 等瓶颈问题。本发明提出了膜生物反应器生物膜污染解体剂制备及应用方法，结合膜生物反应器生物膜污染特点，提出了向膜生物反应器反冲洗水中投加以分解eDNA为主要目标的生物膜污染解体剂，以期以较低的成本，实现膜生物反应器膜污染减缓。

发明内容

本发明的目的是，提出一种缓解膜生物反应器中生物膜污染解体剂的制备及其应用方法，结合膜生物反应器操作条件，以完善现有技术的不足。

生物膜污染解体剂的制备通过以下步骤完成：

(1)将脱氧核糖核酸酶I溶于超纯水中，配制成质量浓度为10-30mg/L的溶液，搅拌均匀待用；

(2)将D-络氨酸溶解于甲酸溶液中，配置成质量浓度为5-8mg/L的溶液，置于棕色玻璃瓶中均匀混合，静置1～2h；