反渗透系统氯消毒预处理对微生物群落结构及代谢产物分泌特性的影响

反渗透系统氯消毒预处理对微生物群落结构及代谢产物分泌特性的影响

0ro膜生物污堵中国存在严重的水资源短缺和环境污染，这限制了社会可持续发展。在反渗透工艺流程中，除反渗透膜单元外，还包括复杂的预处理系统和加药系统，以防止膜污堵膜面的微生物会分泌一系列代谢产物，其中最重要的是胞外多聚物(extracellularpolymericsubstances,EPS)。EPS由多糖、蛋白质、核酸等物质组成，是生物膜的骨架结构，决定生物膜的物理特性，包括物质传输、吸附特性及稳定性反渗透膜污堵会导致膜通量下降、进水压力上升、能源消耗增加等问题，酸性副产物还会导致膜的生物降解目前，氯消毒是控制RO膜生物污堵常用的预处理方式。但是氯消毒对于控制反渗透膜污堵并不总是有效的，甚至有加重污堵的实例与氯消毒相比，从消毒副产物控制、运行和投资费用等来看，紫外线消毒是相对安全、经济的消毒方式，近年来其在污水和再生水消毒中的应用越来越广泛针对上述问题，本研究全面探索了紫外线消毒对再生水中细菌的生长特性、群落结构和分泌特性的影响，从而为城市污水再生处理反渗透系统前处理工艺的选择提供理论指导。1材料和方法1.1主要试剂及仪器实验试剂:水样，取自北京某再生水厂膜生物反应器(membranebio-reactor,MBR)工艺出水，取样后置于10L桶中，在4℃条件下保存;R2A琼脂，北京安鑫康科技有限公司;琼脂粉，北京翰隆达科技发展有限公司;氯化钠，国药集团化学试剂北京有限公司;改良型lowry法蛋白浓度测定试剂盒(ModifiedLowryProteinAssayKit)，赛默飞世尔科技(中国)有限公司;蒽酮，赛谱锐思(北京)科技有限公司;硫酸，北京蓝弋化工产品有限责任公司;葡萄糖(分析纯)，天津市鼎盛鑫化工有限公司。主要仪器:HPS-280生化培养箱;日立CR22G高速离心机;岛津TOCVCPH型总有机碳分析仪;酶标仪(MDSpectraMaxM5);日立F7000型荧光分光光度计。1.2紫外线消毒系统mbr紫外线剂量的计算公式为其中:式中:a为1cm液层厚度时的吸收度，cm由式(1)可看出:通过控制紫外线照射时间可以调节紫外线消毒剂量。将20mLMBR工艺二级出水置于底面直径为6cm的圆柱形玻璃皿中，其液层厚度为1cm。根据目前污水再生处理工艺中常用的紫外线剂量1.3分析1.3.1培养基初发期酶标法检测od将经过不同剂量紫外线消毒后的水样分别接种至300mL标准R2A培养基，在150r/min摇床上25℃条件下培养至稳定期，此期间定期用酶标仪测定各组的OD1.3.2微生物群落结构的变化将培养至稳定期的菌液离心去除培养基后送样进行16SrRNA高通量测序，分析紫外线消毒对再生水中微生物群落结构的影响。根据测定结果绘制成的群落组成柱状图分析各组的群落结构，根据测定的α多样性指数(observedspecies、Shannon、Simpson指数)分析其物种多样性。1.3.3维荧光光谱分析将培养至稳定期的菌液离心去除培养基并提取EPS，测定EPS总量(DOC)和各组分含量(蛋白质、多糖)，以及其分子量分布，并进行三维荧光光谱分析。将培养后洗去培养基的细菌稀释成溶液进行平膜实验，评价紫外线消毒前后细菌溶液对反渗透膜的污堵潜势。1.4温度测定方法为研究紫外线消毒后水中细菌经培养后形成的溶液对反渗透膜污堵潜势，在实验室搭建平膜错流反渗透系统模拟装置。操作条件为:将海德能Proc10型号反渗透膜(低压膜)切割为直径32mm、面积为8.04cm反渗透装置所处温度为室温(在25℃左右波动)，利用传感器监测实时温度数据并采用计算机收集记录。过水通量(J)基于Arrhenius方程由温度数据修正，并按式(3)计算式中:J为t时刻的过水通量，m2结果与讨论2.1细菌分离结果在不同紫外线剂量下，对MBR出水进行消毒。将消毒后的水样涂平板，检测消毒效果，结果如表2所示。可知:未消毒水样中存在大量细菌;紫外线剂量为20mJ/cm将各剂量紫外线消毒后的水样接种至标准R2A培养基培养，水中细菌生长曲线如图1所示。可知:由于紫外线消毒后接种细菌量减少，细菌生长的迟滞期延长;且紫外线剂量为40,80mJ/cm2.2紫外线消毒对再生水中微生物多样性的影响测定不同剂量紫外线消毒后再生水中细菌的群落结构，结果如图2所示。由图2a可知:门水平上，在进行较高剂量紫外线消毒(40,80mJ/cm由图2b可知:纲水平上，在进行较高剂量紫外线消毒(40,80mJ/cm由图2c可知:属水平上，在进行较高剂量紫外线消毒(40,80mJ/cm以上结果表明，在较高紫外线剂量(40,80mJ/cm不同紫外线剂量下再生水中微生物α多样性指数如图3所示。可知:与未经过紫外线消毒的空白对照组相比，各实验组的observedspecies、Shannon、Simpson指数均有所降低。这说明紫外线消毒降低了水中微生物的多样性。该结果与氯消毒后微生物群落多样性降低相似2.3反渗透膜菌液的制备紫外线消毒前后，细菌的EPS分泌量及EPS中蛋白、多糖含量如图4所示。可知:经过低剂量(20mJ/cm测定EPS的三维荧光特性，结果如图5所示。图中Ⅰ区代表酪氨酸或色氨酸氨基酸，Ⅱ区代表酪氨酸或色氨酸蛋白质，Ⅲ区代表多糖类物质，Ⅳ区代表富里酸，Ⅴ区代表多环芳烃类腐殖酸，Ⅵ区代表聚羧酸盐型腐殖酸将提取出的EPS溶液进行分子量分布的测定，结果如图6所示。Lyko等紫外线消毒前后水中细菌经培养后离心洗去培养基，将所得菌液稀释至相同倍数，所得溶液的反渗透膜污堵潜势如图7所示。可知:将MBR出水经80mJ/cm3紫外线消毒对水中微生物的影响1)紫外线消毒后，存活细菌再培养时其生长迟滞期变长，稳定期细菌