养殖废水中Fe<sup>3+</sup>累积对藻菌共生体EPS分泌及膜污染特征的影响

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-1003

摘要/Abstract

摘要：

通过在养殖废水中分别投加不同浓度的Fe³⁺进行藻菌共生体的培养，探究Fe³⁺对藻菌共生体胞外聚合物（EPS）分泌的影响，并将提取的EPS各组分拆分，结合膜污染测试实验考察藻菌共生体混合液和其各组分导致的膜污染特征变化情况。实验结果表明，Fe³⁺的加入通过影响EPS各组分的含量可有效减缓膜污染，在其投加质量浓度为150 mg/L时，膜污染最轻。采用Hermia经典模型对膜通量衰减过程进行拟合分析，结果发现，滤饼层的形成是膜污染形成的主要原因之一，此外Fe³⁺增加会引起微生物絮体粒径变化，进而对膜污染产生显著影响。膜面污染物成分分析发现，其主要组成成分为色氨酸类蛋白质、酪氨酸类蛋白质和微生物代谢副产物。

关键词: 藻菌共生体, 胞外聚合物, 养殖废水, Fe³⁺, 膜污染

Abstract:

By cultivating microalgae-bacteria consortia in breeding wastewater with varying concentrations of Fe³⁺, this study investigated the impact of Fe³⁺ on the secretion of extracellular polymeric substances(EPS) by the consortia. The extracted EPS components were fractionated, and membrane fouling tests were conducted to examine the changes in membrane fouling characteristics by the microalgae-bacteria mixed liquor and each component. The experimental results indicated that the addition of Fe³⁺ effectively mitigated membrane fouling, with the least fouling observed at iron mass concentration of 150 mg/L. The Hermia classic model was used to fit and analyze the membrane flux attenuation process. The results showed that the formation of the filter cake layer was one of the main causes of membrane fouling. In addition, an increase of Fe³⁺ would cause changes in the particle size of microbial flocs, which would have a significant impact on membrane fouling. Analysis of the membrane surface foulants showed that the main components were tryptophan-like proteins, tyrosine-like proteins, and microbial metabolic by-products.

Key words: microalgae-bacteria symbionts, extracellular polymeric substances, swine wastewater, Fe³⁺, membrane fouling

中图分类号:

X713

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I10/60

图/表 11

表1 主要水质指标

Table 1 Main parameters of water

项目

COD/

（mg·L^-1）

TN/

（mg·L^-1）

TP/

（mg·L^-1）

DO/

（mg·L^-1）

图1 MB-MPBR实验装置示意

Fig.1 Schematic diagram of MB-MPBR experimental device

图2 膜污染测试超滤实验示意

Fig.2 Schematic diagram of the ultrafiltration experiment for membrane fouling test

图3 各组藻菌共生体混合液、EPS各组分和MFR导致的膜通量变化情况

Fig.3 Changes in membrane flux caused by various microalgae-bacteria mixed solutions，EPS components，and MFR

图4 膜污染拟合相关系数

Fig.4 Correlation coefficients of membrane fouling fitting

图5 藻菌絮体的粒径分布（a）、混合液的Zeta电位（b）和各组分Zeta电位（c）

Fig.5 Particle size distribution of bioflocs（a），Zeta potential of mixed liquor（b） and components（c）

图6 各EPS组分的多糖、蛋白质和腐殖酸含量

Fig.6 Contents of polysaccharides，proteins，and humic acids of EPS components

图7 污染物组分的三维荧光光谱

Fig.7 3D-EEM fluorescence spectrum of pollutant components

图8 不同EPS组分的F _max值

Fig.8 F _max values of different EPS components

图9 各组的膜面红外表征测试

Fig.9 FT-IR analysis of membrane surface of each group

图10 各组膜样品的接触角

Fig.10 Contact angles of membrane samples of each group

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