1 小序(Introduction)

浑水再生利用是叮嘱和措置水资源危境的进军技能(胡洪营等， 2015).反渗入(Reverse Osmosis， RO)脱盐技能具有产水质地高、清静、自动化进程高、占大地积小等上风， 在浑水再生处理中的应用越来越庸碌(Singh， 2011; 汤芳等， 2013).但膜污堵问题严重影响了RO系统的产水效力并普及了其运行本钱成人游戏下载， 是制约RO技能应用的进军因素(Falath et al.， 2017).

RO膜的污堵把柄污堵物开始可分为4类：无机盐千里积污堵、颗粒和胶体污堵、有机污堵及生物污堵(谢文州等， 2015).反渗入工艺在处理二级出水进程中， 进水中的有机物在RO膜名义形成凝胶层， 这层凝胶层会导致RO膜的产水速度大幅着落， 而且还不错手脚条目层， 为进水中的细菌附着和滋长形成生物膜提供条目(Asif et al.， 2011)， 导致RO膜面的生物污堵.细菌分泌物又进一步加重有机污堵， 导致RO系统产水率和产水水质缩短、坐褥本钱增多(孙丽萍等， 2007).

城市浑水厂二级出水中浑水有机物(Effluent Organic Matter， EfOM)的开始主要包括3种：①难以降解的自然有机物(Natural Organic Matter， NOM)；②浑水生物降解进程中产生的融解性微生物产品(Soluble Microbial Products， SMPs)；③东说念主工合成的难降解有机化合物(Jarusutthirak et al.， 2006; Menahem Rebhum et al.， 1971; Chon et al.， 2012a).其中， NOM与SMP在构成上有部分访佛， 难以十足区分， 时常以为腐殖酸或腐殖质是NOM的主要组分， 而卵白质和多糖是SMP的主要组分(杨文澜等， 2013).

在浑水二级处理进程中， 微生物在降解有机物的同期， 会产生大批的SMP， 导致SMP成为EfOM的主要组分， 其中， 卵白质约占EfOM的50%， 多糖约占EfOM的40%(Jarusutthirak et al.， 2006; Shon et al.， 2006).

筹谋标明， SMP中亲水性物资容易形成RO膜污堵， SMP中的多糖、卵白质不错通过形成滤饼或凝胶层的形状附着在RO膜名义， 导致RO膜产水速度着落(Barker et al.， 1999).而现存RO膜有机污堵的筹谋多局限于特定单一有机物的模拟， 如腐殖酸(Hung et al.， 2013)、海藻酸钠(Yu et al.， 2012)、牛血清卵白(Ang et al.， 2007; Mo et al.， 2007)等.由于浑水中微生物产生的SMP构成要素复杂， 难以分辨其导致RO膜污堵的枢纽性要素(Jarusutthirak et al.， 2007)， 对SMP的RO膜污堵后劲的筹谋则十分欠缺， 而当今对于单一有机物RO膜污堵后劲的筹谋无法有用指引RO工艺实质运行中对膜污堵的适度.

基于此， 本筹谋以再生水厂RO膜面分离的典型污堵细菌(Pseudomonas sp. AM1-1和Chromobacterium sp.AM1-2)产生的SMP为筹谋对象， 比较不同细菌SMP的构成要素过头对RO膜的污堵才调， 分析SMP的RO膜污堵特色与现存RO膜有机污堵筹谋结果间的关系， 从而识别导致RO膜污堵的枢纽性SMP组分， 以期为适度二级出水EfOM中SMP导致的RO膜污堵提供表面基础.

2 材料与要津(Materials and methods) 2.1 选择细菌与培养要津 2.1.1 菌种

本筹谋使用的细菌菌种是从实质再生水厂RO膜面的凝胶层均分离纯化获得的两株细菌， 经16S rRNA基因测序并与EZTaxon数据库()(Kim et al.， 2012)进行比对后， 分别已然为Pseudomonas sp.AM1-1(下文简称为AM1-1)与Chromobacterium sp. AM1-2(下文简称为AM1-2).

2.1.2 培养要津

为了排斥SMP膜过滤执行中培养基中有机物的干豫， 筹谋接受葡萄糖基础培养基培养菌种， 培养基构成为(mg·L-1)：葡萄糖500、硝酸铵1000、磷酸二氢钾500、磷酸氢二钠1500、氯化钠1000和硫酸镁100.菌种接种于培养基后使用摇床培养， 培养温度25 ℃、摇床摇速150 r·min-1、培养时长72 h.

2.2 细菌SMP索求与分析要津 2.2.1 SMP索求

细菌在葡萄糖基础培养基内培养72 h后， 使用0.45 μm滤膜过滤培养液， 分离菌体与培养液， 培养液内剩余的有机物即为细菌产生的SMP及残余葡萄糖.

国产xxx 2.2.2 SMP的组要素析

DOC测定使用岛津TOC-VCPH型总有机碳分析仪.葡萄糖含量使用葡萄糖氧化酶法(Spriko et al.， 1989)测定， 使用长春汇力生物技能有限公司坐褥的葡萄糖测定试剂盒.卵白含量使用Lowry法(Lowry et al.， 1951)测定， 使用Thermo公司坐褥的Modified Lowry卵白试剂盒.多糖含量使用蒽酮-硫酸法(Rondel et al.， 2013)测定， 以葡萄糖为圭臬样品.三维荧光测定使用日立F-7000型荧光分光光度计(Wang et al.， 2010).分子量测定使用岛津LC-20AD型液相色谱仪， 成就SPD-M20A PDA检测器， 串联TKSgel G3000PWxl和G2500PWxl色谱柱， 外接GE Sievers M9便携式总有机碳分析仪(吴艳芳等， 2012; 岳兰秀等， 2005; Huber et al.， 2011).

2.3 SMP膜污堵特色评价要津 2.3.1 RO错流过滤污堵执行安设

接受执行室RO错流过滤污堵执行安设模拟SMP的膜污堵进程， 评价其膜污堵后劲， 安设如图 1所示.筹谋选择的RO膜为好意思国海德能(Hydranautics)坐褥的Proc10型芳醇族聚酰胺复合膜， 膜通量为16 L·m-2·h-1， 运行压力为0.8~1.6 MPa， 脱盐率为97%成人游戏下载， RO系统回收率为65%.此种RO膜被庸碌愚弄于浑水处理厂的RO系统中， 具有代表性(汤芳， 2015).

图 1 执行室RO错流过滤污堵执行安设暗示图 Fig. 1 Flow diagram of the lab-scale RO crossflow fouling experiment

利用执行安设模拟RO膜污堵进程时， 将剪切好(直径37 mm， 有用面积8.05 cm2)的RO膜洗净后装入RO膜元件中.执行进水接受恒压错流的形状：利用柱塞泵按1 mL·min-1的流速将进水注入RO膜元件；利用浓水阀调遣施加在RO膜名义的压力， 适度在1.2 MPa；利用磁力搅拌器以250 r·min-1的速度进行搅拌， 从而缓解膜面浓差极化风物；利用电子天平及时记载RO膜的产水量， 从而计较RO膜的产水速度.

2.3.2 RO膜性能测试

RO膜片的产水回收率高于60%， 且脱盐率达到90%以上， 则以为该膜片名义无破裂， 性能鼎沸筹谋要求.

2.3.3 膜污堵速度计较要津

进行SMP膜污堵特色评价执行时， 以两种细菌产生的SMP为基础， 分别配制DOC值为1、2、3、4、5和8 mg·L-1的SMP溶液各3 L， 手脚进水水样的SMP浓度梯度， 调遣溶液pH为7， 并在水样中加入NaCl调遣其电导率至1000 μS·cm-1， 从而保证水样在RO错流过滤污堵执行安设执行时产生的浓差极化风物对膜过滤的影响疏浚.

筹谋进程中利用电子天平及时称量RO产水的质地， 而本筹谋中使用水样的密度均可视为1 g·mL-1， 因此，不错由RO产水的质地计较获得RO产水的体积.从SMP水样手脚进水水样接入RO错流过滤污堵执行安设后， 入手进行执行测定， 第一个5 min内的平均产水速度J0手脚RO膜片的启动膜通量， 之后每1 h取一个点， 计较该点5 min内的平均产水速度Ji手脚第i小时的平均产水速度， 计较公式如下：

(1)

式中， Ji为第i小时的平均产水速度(mL·min-1)， 其中， i=0、1、2、3…；Mc为第i小时的前5 min的RO产水总量(g)， 5的单元为min， 1的单元为mg·L-1.

把柄计较所得的第i小时的平均产水速度， 并将Ji与J0的比值手脚RO产水速度的圭臬化值， 计较公式如下：

(2)

式中， Ji-0为圭臬化后的第i小时的平均产水速度；Ji为第i小时的平均产水速度(mL·min-1)；J0为第一个5 min的平均产水速度(mL·min-1)， 即启动平均产水速度.

将计较获得的圭臬化产水速度Ji-0手脚纵坐标， 将该产水速度对应的第i小时ti手脚横坐标， 绘图圭臬化产水速度Ji-0跟着ti的变化弧线(Vrijenhoek et al.， 2001; Turan et al.， 2002).

3 结果与量度(Results and discussion) 3.1 细菌滋长情况

经预执行详情执行菌种在葡萄糖基础培养基中培养36~48 h达到稳按期， 而且稳按期执续96 h以上， 滋长弧线如图 2所示.结果标明， 聘任稳按期偏后期的细菌SMP手脚执行对象， 此时细菌SMP的产量及SMP要素的清静性均较为适合执行需求.因此， 按照前文所述的SMP索求要津， 网罗两种细菌培养72 h后产生的SMP手脚后续筹谋的对象.培养达成时发现， 两种菌种培养液内剩余葡萄糖浓度均低于5 mg·L-1(葡萄糖对应DOC低于2 mg·L-1)， 剩余葡萄糖浓度较低， 基本不错以为对后续执行莫得影响.

图 2 AM1-1及AM1-2在葡萄糖基础培养基内的滋长弧线 Fig. 2 Growth curve of AM1-1 and AM1-2 in glucose basal medium 3.2 两种细菌SMP的构成特色

本筹谋系统对比了两株细菌产生的SMP的三维荧光光谱及分子量分散特征.接受三维荧光法对SMP中含有的荧光物资进行分析， 结果如图 3所示.把柄与活性污泥细菌SMP中典型荧光物资(氨基酸、多糖及腐殖酸等)的对应关系(Stedmon et al.， 2003; Wang et al.， 2010)， 将三维荧光图分手为六大区域， 每个区域对应不同的物资.测定前把柄SMP内荧光物资的强度进行稀释， 不错发现， AM1-1产生的SMP中荧光物资主要对应类聚羧酸类腐殖酸类、类多环芳烃类腐殖酸类和类富里酸组分(Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ区域)， AM1-2产生的SMP中荧光物资主要对应卵白质及类多环芳烃类腐殖酸类组分(Ⅱ、Ⅴ区域).两种菌种产生的SMP中的主要荧光物资要素各异较着.

图 3 AM1-1(a， 稀释60倍)和AM1-2(b， 稀释6倍)的SMP三维荧光特征 (6个区域对应可能的物资：Ⅰ.类酪氨酸、色氨酸；Ⅱ.类酪氨酸、色氨酸卵白；Ⅲ.多糖；Ⅳ.类聚羧酸类腐殖酸类物资；Ⅴ.类多环芳烃类腐殖酸类物资；Ⅵ.类富里酸类物资) Fig. 3 Fluorescence characteristics in SMP of AM1-1(a， diluted 60 times) AM1-2(b， diluted 6 times)

愚弄高效体积排阻色谱(HPSEC)法测定SMP中含有物资的分子量分散， 以分子量分别为210、4300、6800、10600、34700和126700 Da的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)为圭臬物资， 不错测定的分子量分散范畴为102~106 Da.把柄Huber等(2011)的筹谋， 水体中常见的腐殖质类大分子化合物和芳醇族化合物中的C＝C双键和C＝O双键在波长为254 nm处(UV254)有较强的紫外汲取， 在SMP中主要对应的是卵白质类物资， 而SMP中的多糖类物资不具有此处的紫外汲取特征.为了反应SMP中悉数含碳有机物的分子量分散， 分析仪器成就了TOC检测器， 以弥补紫外检测器的不及.

从图 4a的紫外汲取检测器出峰情况(主如果卵白类物资)不错发现， AM1-1产生的SMP中卵白质类物资主要分散于分子量大于105 Da和分子量小于103 Da的范畴内， 呈双峰式分散；AM1-2产生的SMP中卵白质类物资主要聚会分散于分子量在102~103 Da的范畴内.此结果诠释AM1-1产生的SMP中包含大分子和小分子的卵白质， 而AM1-2产生的SMP中则惟一小分子卵白质.而从图 4b的TOC检测器出峰情况不错发现， AM1-1产生的SMP中的多糖类物资主要分散在分子量大于105 Da和小于103 Da的范畴， 呈双峰式分散；AM1-2产生的SMP中的多糖类物资主要分散在分子量大于106 Da的范畴， 同期存在少很多糖分子量小于103 Da.此结果诠释AM1-1与AM1-2均不错产生大分子多糖， 但AM1-2产生的多糖分子量更大.

图 4 紫外汲取分子量图谱(a)及TOC分子量图谱(b) Fig. 4 Molecular weight distribution of UV254(a) and molecular weight distribution of TOC(b)

定量测定两种细菌产生的SMP的DOC及多糖、卵白质浓度， 结果如图 5和图 6所示.培养72 h后， 两种菌种培养液内剩余葡萄糖浓度均低于5 mg·L-1(葡萄糖对应DOC低于2 mg·L-1).培养液中AM1-1的SMP的DOC为26.17 mg·L-1， 多糖浓度为59.30 mg·L-1， 卵白质浓度为57.48 mg·L-1；AM1-2产生的SMP的DOC约为24.55 mg·L-1， 多糖浓度为56.56 mg·L-1， 卵白质浓度为54.45 mg·L-1.细菌AM1-1与AM1-2产生的SMP总量极端.从SMP的构成要素来看， AM1-1与AM1-2产生的SMP中多糖和卵白的比例均约为1:1， 二者产生的多糖和卵白质浓度极端.

图 5 执行菌种产生的SMP及培养基剩余葡萄糖的DOC值 Fig. 5 DOC of SMP produced by strains and residual glucose in culture medium 图 6 执行菌种产生的SMP中多糖及卵白质浓度 Fig. 6 Concentration of protein and polysaccharide produced by strains 3.3 两种细菌SMP的RO膜污堵特色

为了幸免培养基中残余无机盐的干豫， 用NaCl将本筹谋中使用的SMP溶液的电导率和谐诊疗为1000 μS·cm-1， 因此， 在使用RO膜过滤水样时， 影响过膜压差从而导致产水速度着落的因素主要有两个：无机盐导致的浓差极化风物和有机物形成的RO膜污堵(Abdul et al.， 2000).为了详情执行水样中浓差极化风物对产水速度的影响， 接受不含盐的高纯水与电导率1000 μS·cm-1的NaCl溶液手脚RO错流过滤污堵执行安设进水水样， 测定二者在运行48 h内的圭臬化产水速度， 结果如图 7所示.可见高纯水在执行进程中的圭臬化产水速度基本莫得变化；而NaCl溶液的圭臬化产水速度在第1 h内由100%着落到80%傍边， 之后的圭臬化产水速度则保执清静.由此可知， 在本筹谋的RO错流过滤污堵执行安设中， 使用电导率1000 μS·cm-1的进水水样时， 由于无机盐的存在， 将产生浓差极化风物导致RO膜的产水速度在第1 h显耀着落， 但不会导致RO膜的产水速度执续着落.

图 7 高纯水和NaCl溶液圭臬化产水速度变化弧线 (图中百分比数字为执行达成时的圭臬化产水速度) Fig. 7 Experimental flux decline(fouling) data for high purity water and NaCl solution

将相同浓度的AM1-1和AM1-2产生的SMP圭臬化产水速度进行对比， 结果如图 8所示.不错发现， 在测试的各DOC浓度下， AM1-2产生的SMP均比AM1-1产生的SMP更容易形成RO膜污堵， 从而导致产水速度着落.AM1-2产生的SMP在执行初期(5~10 h)就会导致较着的产水速度着落， 诠释此类SMP内的物资更容易快速在RO膜名义积蓄， 从而形成清静的有机凝胶层.AM1-1产生的SMP会使产水速度在执行进程中较为清静的渐渐着落， 诠释此类SMP在RO膜名义形成清静有机凝胶层的速度较慢， 产生RO膜污堵的进程较缓.

图 8 不同DOC浓度下AM1-1与AM1-2产生的SMP产水速度变化弧线对比 (图中百分比数字为执行达成时的圭臬化产水速度) Fig. 8 Experimental flux decline(fouling)data for different SMP of AM1-1 and AM1-2 in same concentration as comparison

勾搭两种细菌SMP的构成要素进行分析：与AM1-1比拟， AM1-2产生的SMP中含有更多分子量更大的有机物(图 4).有筹谋标明， 分子量更大的有机物更容易快速地在RO膜名义积蓄形成有机凝胶层， 会导致RO膜的快速且严重的有机污堵(Bellona et al.， 2004; Jarusutthirak et al.， 2007).

分析SMP中大分子的要素不错发现， AM1-1与AM1-2产生的SMP中多糖、卵白质含量比均约为1:1， 而且均含有大分子多糖(分子量>105 Da)， 但AM1-1能产生大分子卵白质(分子量>105 Da)而AM1-2不成.因此， AM1-1的SMP中同期存在大分子多糖和大分子卵白， AM1-2的SMP中惟一大分子多糖， 但AM1-2产生的大分子有机物分子量(>106 Da)大于AM1-1产生的大分子有机物分子量(>105 Da).但是AM1-2产生的SMP的RO膜污堵才调仍比AM1-1产生的SMP强， 诠释SMP中大分子有机物的分子量是影响其膜污堵特色的枢纽， 大分子多糖与卵白质的比例则对SMP的膜污堵特色没关联键性的影响.也有联系筹谋标明， 大分子卵白质对RO膜污堵的孝敬不如大分子多糖强(Ang et al.， 2007; Li et al.， 2007; Yu et al.， 2012)， 因此， AM1-2中的大分子多糖也有可能是决定其膜污堵特色的枢纽性物资.

4 论断(Conclusions)

1) 在葡萄糖培养基中， 细菌Pseudomonas sp.AM1-1和Chromobacterium sp.AM1-2产生的SMP内多糖和卵白质的比例均约为1:1， 但SMP的分子量分散不同.AM1-1的SMP中多糖的分子量分散范畴为大于105 Da和小于103 Da， AM1-1的SMP中多糖的分子量分散范畴为大于106 Da和小于103 Da， 二者多糖分子量均呈双峰式分散， 但AM1-1中大分子多糖的分子量低于AM1-2， 且AM1-2中小分子多糖浓度相对较低；AM1-1的SMP中卵白质类物资主要分散于分子量大于105 Da和分子量小于103 Da的范畴内， 呈双峰式分散；AM1-2的SMP中卵白质类物资主要聚会分散于分子量小于103 Da的范畴内.

2) SMP中有机物的分子量越大， 越容易千里积到RO膜名义形成滤饼层， 从而导致RO膜污堵， 因此， SMP中大分子有机物的分子量是决定其膜污堵特色的枢纽性物资成人游戏下载， 而且SMP中大分子(分子量大于105 Da)多糖、卵白质的比例与其RO膜污堵后劲莫得宠必关系.去除SMP中的大分子有机物杰出是大分子多糖， 有益于舒服其RO膜污堵后劲.