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什么是EPS胞外聚合物？搞清楚这个后，膜污染问题将迎刃而解
来源:环保水处理 | 作者:hemeijiakeji | 发布时间: 2022-11-14 | 342 次浏览 | 分享到:


你不得不承认，MBR 工艺在污水处理和再生水回用方面的优势突出。


“分离效率高、出水水质好、活性污泥浓度高、剩余污泥产量低、设备结构紧凑占地面积小等。”


但我也不否认，MBR也存在着一些的缺点。


“运行过程中的膜污染，会使得膜通量下降、操作成本增加，影响工艺的稳定性与经济性。”


正因如此，很多人都说膜污染是限制MBR技术进一步推广应用的瓶颈。

那么如何打破这个瓶颈呢？研究者们把目光锁定向了胞外聚合物（以下简称EPS）。

大量研究确认，EPS是MBR膜污染中的优先污染物，其含量越高，污染阻力越大，膜污染就越严重。

由此可见，减缓EPS对膜污染的影响就是那把破解瓶颈的“金钥匙”，搞清楚EPS对膜污染的影响将有助于进一步揭示膜污染机理，推广MBR技术。

01
什么是EPS？


在搞清楚EPS对膜污染的影响前，请允许我先给EPS做个简单的介绍。

姓名：胞外聚合物，一种能让细胞胞外颗粒物结合在一起并使其粘附到底物上的高分子物质。

英文名/外号：extracellular polymeric substances，你也可以叫它EPS。

籍贯：EPS主要来自于细胞内分泌、细胞自溶或者从废水中吸附等。

特长：EPS的主要作用有，吸附无机离子的作用去除污染物；吸附外界的有机物来聚集水环境中的营养物；消化外界大分子物质以满足营养需求；形成保护层来阻碍有害的外部环境。在有机负荷比较低的情况下，EPS能作为碳源和能源，能聚集絮体和生物膜的细菌细胞

联系方式：EPS的提取方法一般分为物理方法（离心、超声波、热处理等）、化学方法（硫酸提取法、氢氧化钠提取法、EDTA 提取法、离子交换树脂法、戊二醛提取法等）和物理化学方法（甲醛－超声波法、甲醛离心法和超声波－阳离子树脂法等）。

社会关系：EPS的含量随有机物浓度降低而逐渐下降；污泥停留时间SRT延长会引起EPS含量降低；污泥负荷F/M降低、溶解氧DO质量浓度升高和pH值偏碱时，有利于EPS的合成。

02
EPS对膜污染有啥影响？


其实，早在上个世纪90年代初期，就已经有EPS对MBR过滤影响的报道，近年来更是受到广泛关注。

EPS一方面使得污染物容易在膜表面沉积并形成致密的滤饼层，另一方面会恶化污泥混合液可滤性。

EPS是膜通量下降的主要原因。因此， 对EPS的研究有利于进一步揭示膜污染的机制。

1、EPS浓度对膜污染的影响

MBR中污泥沉降性能主要由反应器中累积的高浓度EPS影响，当EPS大于100mg/g时，污泥沉降性能开始恶化。

MBR中污泥浓度很高时，黏度和溶解性物质就成为膜通量下降的主要因素。

EPS浓度增高使得溶解性物质增多，混合液黏度增大，从而不利于DO的扩散，使污泥系统充氧困难，影响菌胶团的正常生理活动，并使TMP极大地提高。

EPS的质量浓度与膜污染呈线性关系，即污泥中的EPS含量越高，污染阻力越大，膜污染也越严重。

2、EPS的种类对膜污染的影响

EPS可分为紧密粘附EPS（简称TB-EPS）和松散附着EPS（简称LB-EPS)，EPS的种类不同对于膜污染的贡献程度也不同。

与紧密粘附EPS相比，松散附着EPS与膜污染阻力呈现强显著相关。

松散附着EPS是引起污泥混合液中Zeta电位、污泥黏度μ和SVI变化的主要原因，而这三者与膜污染阻力呈现良好的相关性。

3、EPS的组分对膜污染的影响

EPS的主要成分为多糖和蛋白质，约占EPS总量的70%～80%，而腐殖质、核酸、糖醛酸、脂类和氨基酸等含量较低。

EPS中蛋白质和糖类的比值对膜污染有很大的影响，二者比值下降会造成污泥絮体疏水性能下降、沉降性能变差，从而使絮体与水难以分离，最终加快膜污染速率。

蛋白质类LB是影响MBR膜污染的主要物质，膜通量随着蛋白质比例的减少而增加。

蛋白质易在膜表面沉积和累积，填充膜免污染物间的微小空隙，从而降低膜表面滤饼层的渗透性能。

而滤膜污染过程分析表明，滤饼层的形成是控制膜污染的决定性阶段，因此，蛋白质对膜污染的表征是了解膜污染机制、优化膜污染控制及清洗的关键。

03
如何减缓EPS对膜污染的影响？


通过分析EPS的定义功能以及对膜污染的影响可知，EPS是MBR膜污染中的主要污染物。

而要想减缓EPS对膜污染的影响，就必须优化操作条件、调控混合液、定期清洗膜组件。

1、优化操作条件

优化膜分离操作条件，将反应器控制在次临界通量下运行，可以有效地防治膜污染。

膜过滤有两种基本模式：错流过滤和终端过滤。错流过滤虽是针对终端过滤易污染的缺点而提出的，但能量消耗大；终端过滤能量利用率高，但易加快膜污染速率。

具体优化操作如下：

  • 对于过滤活性污泥而言，采用错流过滤可以降低膜污染；

  • 控制合理的曝气强度和抽吸时间可以有效地减少颗粒物质在膜面的沉积，减缓膜污染。

  • 间歇运行、增加曝气量等均可以减缓膜污染速率。

  • 以膜组件的堵塞特征及曝气效率为依据调节SRT，可以控制膜污染。


2、采用化学方法调控混合液

待处理液污泥浓度越高，越容易在膜表面吸附沉积，导致污染，故可以对其进行预处理。比如，通过添加化学试剂来改善混合液性质，从而控制膜污染。

但要注意添加的物质不可对微生物产生毒性作用，以免影响出水水质及污泥回收利用。这些化学试剂主要分为絮凝剂和吸附剂。

1）添加絮凝剂

絮凝剂可以絮凝游离的EPS，改善泥水分离性能，提高了混合液的可过滤性，常用的絮凝剂主要有氯化铁和硫酸铝。

添加絮凝剂后，EPS堵塞和吸附在膜孔内的概率变小；活性污泥在膜表面的泥饼层比较疏松、孔隙率高、透水性好，从而有利于延缓TMP增长和维持膜通量。

简单点来说，絮凝剂可显著降低EPS浓度，同时改善滤膜的水力学性能。

2）添加吸附剂

吸附剂可以降低系统中的有机物含量。

定量投加粉末活性炭（PAC）可以形成生物活性碳（PAC），这不仅使污染絮体的可压缩性减少，而且使微生物絮体中的EPS减少，改变膜表面的凝胶层结构，保持较高的膜通量。

投加PAC后，主要对絮体尺寸分布和污泥表观黏度产生影响，从而降低滤饼阻力。

因此，只有在SRT较短且定期投加PAC时，其对膜污染的抑制作用才会明显。

3、定期清洗膜组件

一旦膜孔堵塞及凝胶层形成后，运行过程中的水力作用很难将其去除，必须进行膜清洗。

定期清洗膜组件可以去除沉积在膜表面的EPS，提高膜通量。常用的清洗方法有机械清洗、化学清洗、电清洗以及超声波清洗等。

其中，电清洗和超声波清洗效果最好，但运行费用太高。机械清洗效果不理想，一些与膜结合紧密的物质去 除不掉。

相比之下，化学清洗最为经济有效。一般最常用的清洗剂有硝酸、柠檬酸、盐酸，氢氧化钠、氢氧化钾、次氯酸钠等。

值得一提的是，对于不同的膜组件，采用的药剂不同，但一定要注意不能杀死微生物。

PS：如果你想了解更多MBR膜相关的内容，可以点击蓝字跳转[如何减少减少MBR膜清洗频次？（4大实操控制方法+16大污染影响因素）]
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