什么是EPS胞外聚合物？搞清楚這個后，膜污染問題將迎刃而解

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什么是EPS胞外聚合物？搞清楚這個后，膜污染問題將迎刃而解

來源:環保水處理 | 作者:hemeijiakeji | 發布時間: 2022-11-14 | 70 次瀏覽 | 分享到:

你不得不承認，MBR 工藝在污水處理和再生水回用方面的優勢突出。

“分離效率高、出水水質好、活性污泥濃度高、剩余污泥產量低、設備結構緊湊占地面積小等。”

但我也不否認，MBR也存在著一些的缺點。

“運行過程中的膜污染，會使得膜通量下降、操作成本增加，影響工藝的穩定性與經濟性。”

正因如此，很多人都說膜污染是限制MBR技術進一步推廣應用的瓶頸。

那么如何打破這個瓶頸呢？研究者們把目光鎖定向了胞外聚合物（以下簡稱EPS）。

大量研究確認，EPS是MBR膜污染中的優先污染物，其含量越高，污染阻力越大，膜污染就越嚴重。

由此可見，減緩EPS對膜污染的影響就是那把破解瓶頸的“金鑰匙”，搞清楚EPS對膜污染的影響將有助于進一步揭示膜污染機理，推廣MBR技術。

什么是EPS？

在搞清楚EPS對膜污染的影響前，請允許我先給EPS做個簡單的介紹。

姓名：胞外聚合物，一種能讓細胞胞外顆粒物結合在一起并使其粘附到底物上的高分子物質。

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

籍貫：EPS主要來自于細胞內分泌、細胞自溶或者從廢水中吸附等。

特長：EPS的主要作用有，吸附無機離子的作用去除污染物；吸附外界的有機物來聚集水環境中的營養物；消化外界大分子物質以滿足營養需求；形成保護層來阻礙有害的外部環境。在有機負荷比較低的情況下，EPS能作為碳源和能源，能聚集絮體和生物膜的細菌細胞

聯系方式：EPS的提取方法一般分為物理方法（離心、超聲波、熱處理等）、化學方法（硫酸提取法、氫氧化鈉提取法、EDTA 提取法、離子交換樹脂法、戊二醛提取法等）和物理化學方法（甲醛－超聲波法、甲醛離心法和超聲波－陽離子樹脂法等）。

社會關系：EPS的含量隨有機物濃度降低而逐漸下降；污泥停留時間SRT延長會引起EPS含量降低；污泥負荷F/M降低、溶解氧DO質量濃度升高和pH值偏堿時，有利于EPS的合成。

EPS對膜污染有啥影響？

其實，早在上個世紀90年代初期，就已經有EPS對MBR過濾影響的報道，近年來更是受到廣泛關注。

EPS一方面使得污染物容易在膜表面沉積并形成致密的濾餅層，另一方面會惡化污泥混合液可濾性。

EPS是膜通量下降的主要原因。因此，對EPS的研究有利于進一步揭示膜污染的機制。

1、EPS濃度對膜污染的影響

MBR中污泥沉降性能主要由反應器中累積的高濃度EPS影響，當EPS大于100mg/g時，污泥沉降性能開始惡化。

MBR中污泥濃度很高時，黏度和溶解性物質就成為膜通量下降的主要因素。

EPS濃度增高使得溶解性物質增多，混合液黏度增大，從而不利于DO的擴散，使污泥系統充氧困難，影響菌膠團的正常生理活動，并使TMP極大地提高。

EPS的質量濃度與膜污染呈線性關系，即污泥中的EPS含量越高，污染阻力越大，膜污染也越嚴重。

2、EPS的種類對膜污染的影響

EPS可分為緊密粘附EPS（簡稱TB-EPS）和松散附著EPS（簡稱LB-EPS)，EPS的種類不同對于膜污染的貢獻程度也不同。

與緊密粘附EPS相比，松散附著EPS與膜污染阻力呈現強顯著相關。

松散附著EPS是引起污泥混合液中Zeta電位、污泥黏度μ和SVI變化的主要原因，而這三者與膜污染阻力呈現良好的相關性。

3、EPS的組分對膜污染的影響

EPS的主要成分為多糖和蛋白質，約占EPS總量的70%～80%，而腐殖質、核酸、糖醛酸、脂類和氨基酸等含量較低。

EPS中蛋白質和糖類的比值對膜污染有很大的影響，二者比值下降會造成污泥絮體疏水性能下降、沉降性能變差，從而使絮體與水難以分離，最終加快膜污染速率。

蛋白質類LB是影響MBR膜污染的主要物質，膜通量隨著蛋白質比例的減少而增加。

蛋白質易在膜表面沉積和累積，填充膜免污染物間的微小空隙，從而降低膜表面濾餅層的滲透性能。

而濾膜污染過程分析表明，濾餅層的形成是控制膜污染的決定性階段，因此，蛋白質對膜污染的表征是了解膜污染機制、優化膜污染控制及清洗的關鍵。

如何減緩EPS對膜污染的影響？

通過分析EPS的定義功能以及對膜污染的影響可知，EPS是MBR膜污染中的主要污染物。

而要想減緩EPS對膜污染的影響，就必須優化操作條件、調控混合液、定期清洗膜組件。

1、優化操作條件

優化膜分離操作條件，將反應器控制在次臨界通量下運行，可以有效地防治膜污染。

膜過濾有兩種基本模式：錯流過濾和終端過濾。錯流過濾雖是針對終端過濾易污染的缺點而提出的，但能量消耗大；終端過濾能量利用率高，但易加快膜污染速率。

具體優化操作如下：

對于過濾活性污泥而言，采用錯流過濾可以降低膜污染；
控制合理的曝氣強度和抽吸時間可以有效地減少顆粒物質在膜面的沉積，減緩膜污染。
間歇運行、增加曝氣量等均可以減緩膜污染速率。
以膜組件的堵塞特征及曝氣效率為依據調節SRT，可以控制膜污染。

2、采用化學方法調控混合液

待處理液污泥濃度越高，越容易在膜表面吸附沉積，導致污染，故可以對其進行預處理。比如，通過添加化學試劑來改善混合液性質，從而控制膜污染。

但要注意添加的物質不可對微生物產生毒性作用，以免影響出水水質及污泥回收利用。這些化學試劑主要分為絮凝劑和吸附劑。

1）添加絮凝劑

絮凝劑可以絮凝游離的EPS，改善泥水分離性能，提高了混合液的可過濾性，常用的絮凝劑主要有氯化鐵和硫酸鋁。

添加絮凝劑后，EPS堵塞和吸附在膜孔內的概率變小；活性污泥在膜表面的泥餅層比較疏松、孔隙率高、透水性好，從而有利于延緩TMP增長和維持膜通量。

簡單點來說，絮凝劑可顯著降低EPS濃度，同時改善濾膜的水力學性能。

2）添加吸附劑

吸附劑可以降低系統中的有機物含量。

定量投加粉末活性炭（PAC）可以形成生物活性碳（PAC），這不僅使污染絮體的可壓縮性減少，而且使微生物絮體中的EPS減少，改變膜表面的凝膠層結構，保持較高的膜通量。

投加PAC后，主要對絮體尺寸分布和污泥表觀黏度產生影響，從而降低濾餅阻力。

因此，只有在SRT較短且定期投加PAC時，其對膜污染的抑制作用才會明顯。

3、定期清洗膜組件

一旦膜孔堵塞及凝膠層形成后，運行過程中的水力作用很難將其去除，必須進行膜清洗。

定期清洗膜組件可以去除沉積在膜表面的EPS，提高膜通量。常用的清洗方法有機械清洗、化學清洗、電清洗以及超聲波清洗等。

其中，電清洗和超聲波清洗效果最好，但運行費用太高。機械清洗效果不理想，一些與膜結合緊密的物質去除不掉。

相比之下，化學清洗最為經濟有效。一般最常用的清洗劑有硝酸、檸檬酸、鹽酸，氫氧化鈉、氫氧化鉀、次氯酸鈉等。

值得一提的是，對于不同的膜組件，采用的藥劑不同，但一定要注意不能殺死微生物。

PS：如果你想了解更多MBR膜相關的內容，可以點擊藍字跳轉[如何減少減少MBR膜清洗頻次？（4大實操控制方法+16大污染影響因素）]

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