陳 廣 虞雪晴 張厚強(qiáng) 裘 湛 張星冉 王志偉#

(1.上海城投污水處理有限公司，上海 201203；2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

厭氧膜生物反應(yīng)器(AnMBR)是一項(xiàng)結(jié)合了厭氧生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)的污水處理工藝[1]，具有占地面積小、污泥產(chǎn)量低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，由于該項(xiàng)工藝具有產(chǎn)生沼氣(甲烷)等優(yōu)勢(shì)而愈發(fā)受到關(guān)注[2]。然而，膜污染是限制AnMBR廣泛應(yīng)用的主要因素之一[3-6]。膜污染主要由溶解性有機(jī)物(DOM)、膠體物質(zhì)及顆粒物在膜表面、膜孔內(nèi)吸附和聚集而引起[7-8]。膜污染可引起跨膜壓差(TMP)的上升，從而降低污水處理效能。生物污染被認(rèn)為是膜生物反應(yīng)器(MBR)的重要污染類型[9-11]，主要是由于微生物粘附并在膜面滋生生物膜，導(dǎo)致膜通量下降或者TMP上升[12-13]。

抗菌膜可抑制或延緩膜面的生物污染[14-15]，且不會(huì)對(duì)成本和膜工藝運(yùn)行產(chǎn)生顯著影響。因此，開(kāi)發(fā)抗污染膜對(duì)膜污染控制具有重要的實(shí)踐價(jià)值[16],[17]5086。季銨鹽(QAC)是一種殺菌劑，它包含1個(gè)中心氮原子和通過(guò)共價(jià)鍵連接的4個(gè)官能團(tuán)，其中至少有一個(gè)長(zhǎng)鏈烷基。有關(guān)QAC殺菌的機(jī)理尚未有完全清晰的解釋，但目前廣泛接受的是QAC通過(guò)接觸殺滅產(chǎn)生抗菌效果[18]，即QAC可通過(guò)將它們的烷基滲透入微生物的細(xì)胞膜，改變磷脂雙分子層，同時(shí)破壞膜的完整性，最終導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)流出[19-20]。因此，可以采用QAC與聚偏氟乙烯(PVDF)膜共混制備QAC/PVDF膜。雖然已有研究表明QAC/PVDF膜在好氧膜生物反應(yīng)器中應(yīng)用時(shí)具有一定抗污染能力，且對(duì)體系內(nèi)污染物的去除并無(wú)明顯不利影響[21]；然而，其在AnMBR中的抗污染性能以及對(duì)厭氧微生物活性的影響尚不明確，需進(jìn)一步探索研究。

本研究采用QAC對(duì)PVDF膜改性，探究QAC/PVDF膜在AnMBR中的抗污染性能；將厭氧微生物短期暴露于QAC/PVDF膜的環(huán)境中，通過(guò)測(cè)定其破損細(xì)胞比例、厭氧生物處理相關(guān)的酶活性(中性蛋白酶和脫氫酶(DHA)活性)、三磷酸腺苷(ATP)及產(chǎn)甲烷性能等，研究QAC/PVDF膜對(duì)厭氧微生物的潛在影響，同時(shí)考察不同濃度的QAC對(duì)微生物活性影響，以分析將QAC/PVDF膜運(yùn)用于AnMBR的可行性。

1 材料與方法

1.1 QAC/PVDF膜的制備

作為QAC的一種，十二烷基二甲基芐基氯化銨(DDBAC)具有較強(qiáng)的抗菌性和較低的毒性[17]5087，因此選取DDBAC作為抗菌劑，采用相轉(zhuǎn)化法制備QAC/PVDF膜，所用試劑均為分析純。先將PVDF粉末在 80 ℃ 下 烘 24 h以得到干燥的 PVDF。將 PVDF和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在二甲基亞砜(DMSO)和二甲基乙酰胺(DMAC)混合液中，將以上混合液在80 ℃條件下熟化3～4 d得到均一的溶液a。另取DMSO和DMAC混合液，加入抗菌劑QAC使其充分溶解，得到含有QAC的溶液b。將溶液a用攪拌器攪拌均勻，轉(zhuǎn)速為800～850 r/min，同時(shí)將溶液b逐滴加入到溶液a中，溫度控制為80 ℃，充分?jǐn)嚢?0～24 h，保證混合均勻。室溫下即20～35 ℃真空脫泡30 min，得到均一穩(wěn)定的鑄膜液。將鑄膜液于室溫下刮制平板膜，在空氣中預(yù)蒸發(fā)30 s后，浸入凝固浴中，保持24 h固化成形，可得到成形的膜。成形的膜在室溫下用清水沖洗，最終得到改性的QAC/PVDF聚合物分離膜記為MQ，而未經(jīng)QAC改性的PVDF膜記為MP，膜編號(hào)及膜具體組分見(jiàn)表1。

表1 膜材料成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

1.2 AnMBR的設(shè)計(jì)

AnMBR裝置如圖1所示，AnMBR在室溫條件下運(yùn)行，運(yùn)行溫度為17～28 ℃，將MP和MQ膜組件置于有效體積為1.01 L的AnMBR中，MP和MQ的膜面積均為77.6 cm2。使用N2曝氣以保持反應(yīng)器內(nèi)部為厭氧狀態(tài)，通過(guò)氣體流量計(jì)控制曝氣強(qiáng)度，多余的氣體經(jīng)AnMBR頂部的排放口排出。研究所采用的厭氧污泥取自曲陽(yáng)污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行的AnMBR，污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，7 d更換一次污泥。膜清洗采用離線清洗方法，將膜取出反應(yīng)器后在0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的NaClO中浸泡清洗2 h。通過(guò)反應(yīng)器連續(xù)流運(yùn)行研究QAC/PVDF膜在AnMBR中的膜污染形成過(guò)程，并與空白膜進(jìn)行對(duì)比，分析QAC/PVDF膜抗污染行為。

圖1 AnMBR裝置圖Fig.1 Schematic of AnMBR setup

1.3 細(xì)胞活性的測(cè)定

利用流式細(xì)胞儀(BD FACSVerse)測(cè)定破損細(xì)胞比例[22]，首先將配制的污泥用0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的NaCl溶液清洗3次，每次清洗后離心(8 000 r/min，5 min)，過(guò)200目篩網(wǎng)，用0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的NaCl溶液將污泥稀釋至OD670(670 nm下的吸光度值，其余類推)為0.03后再稀釋100倍，在避光條件下，將染料(L7012 LIVE/DEAD?BacLight Bacterial Viability Kit)與去離子水按1∶1體積比混合后再稀釋10倍，取0.5 mL稀釋污泥于流式細(xì)胞管中，加入1 μL染料后在37 ℃搖床以150 r/min轉(zhuǎn)速暗培養(yǎng)15 min后于流式細(xì)胞儀在約480、490 nm處觀察熒光，細(xì)胞膜完整的細(xì)胞顯綠色熒光，細(xì)胞膜殘破的則顯紅色熒光。

采用《蛋白酶制劑》(GB/T 23527—2009)的福林法測(cè)定中性蛋白酶，將蛋白酶在堿性條件下用福林試劑還原，生成鉬藍(lán)和鎢藍(lán)，用分光光度計(jì)于波長(zhǎng)680 nm下測(cè)定溶液的吸光度，酶活性與吸光度成比例，由此可計(jì)算酶活性。酶活定義：1 g 揮發(fā)性懸浮固體(VSS)酶液在pH=7.0、40 ℃下，每分鐘水解酪蛋白產(chǎn)生1 μg酪氨酸的酶量為一個(gè)中性蛋白酶活性單位(U/g)。

使用ATP 試劑盒測(cè)定ATP濃度[23]。以8 000 r/min轉(zhuǎn)速對(duì)污泥樣品離心5 min，然后將其重懸于15.4 mmol/L的NaCl溶液中并稀釋 50 倍。取100 μL樣品加入至白色96孔板中，再加入100 μL試劑盒提供的藥劑，混合2 min以裂解細(xì)胞，然后靜置10 min以使化學(xué)發(fā)光信號(hào)穩(wěn)定，最后使用多功能酶標(biāo)儀(Synergy 4)測(cè)定其化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度。

DHA活性的測(cè)定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法，取0.5 mL污泥用磷酸緩沖鹽溶液(PBS)洗滌，在25 ℃下以12 000×g的離心加速度離心10 min，棄上清液，重復(fù)3～4次后測(cè)定。對(duì)照管加0.2 mL Tris-HCl緩沖液，測(cè)定管加0.1 mL Tris-HCl緩沖液和0.1 mL TTC-葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，充分混合，在37 ℃暗培養(yǎng)12 h，取出后立即冰浴，加入0.1 mL丙酮，反復(fù)振蕩數(shù)次，37 ℃保溫10 min，4 ℃下，以12 000 r/min轉(zhuǎn)速離心5 min，測(cè)定485 nm處波長(zhǎng)下的吸光度。在37 ℃時(shí)，每小時(shí)每克VSS樣品使每毫升反應(yīng)體系OD485每增加0.005定義為一個(gè)DHA活性單位(U/g)。在DHA和ATP數(shù)據(jù)分析中，以DDBAC為0 mg/g的組測(cè)得的數(shù)據(jù)作為100%。

1.4 批次產(chǎn)甲烷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

取穩(wěn)定運(yùn)行的中試AnMBR內(nèi)污泥，污泥揮發(fā)性懸浮固體(MLVSS)/懸浮固體(SS)約為65%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，用0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaCl溶液離心清洗污泥，重復(fù)3次，洗去污泥混合液中的本底有機(jī)物。用DDBAC固體配制DDBAC儲(chǔ)備液(質(zhì)量濃度為337.50 mg/L)，將儲(chǔ)備液稀釋成不同的濃度后，取相同體積加入到污泥中，配置一系列的DDBAC溶液，分別為0、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00、4.00和5.00 mg/g(以1 g SS中的DDBAC質(zhì)量計(jì))。由于污泥的緩沖作用，各樣品的 pH 均在7.2左右。

取25 mL配制好的污泥依次加入134 mL的血清瓶中，MLVSS約為5 g/L。加入預(yù)先配好的營(yíng)養(yǎng)鹽(營(yíng)養(yǎng)鹽配方(除HCl，其余以1 L水中的質(zhì)量計(jì))：NaHCO35 000 mg、NH4Cl 280 mg、CaCl2·2H2O 10 mg、K2HPO4250 mg、 MgSO4·7H2O 100 mg、酵母膏 100 mg、H3BO30.05 mg、FeCl2·4H2O 2 mg、ZnCl20.05 mg、MnCl2·4H2O 0.05 mg、CuCl2·2H2O 0.03 mg、(NH4)SeO3·5H2O 0.05 mg、AlCl3·6H2O 2 mg、NiCl2·6H2O 0.05 mg、Na2SeO3·5H2O 0.1 mg、乙二胺四乙酸(EDTA) 1 mg、刃天青 0.2 mg、36%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HCl 0.001 mL)。實(shí)驗(yàn)以CH3COONa為基質(zhì)，稱取CH3COONa粉末0.08 g加入血清瓶中。另外，在DDBAC質(zhì)量濃度為0 mg/g的血清瓶中加入剪取的3.9 cm2MP和MQ以測(cè)定產(chǎn)甲烷活性(SMA)和產(chǎn)甲烷潛能(BMP)。用高純N2吹脫5 min后用橡膠塞密封，放置于35 ℃搖床(100 r/min)中培養(yǎng)12 h后，每隔12～24 h測(cè)定血清瓶頂空的氣體組分(甲烷和CO2)，連續(xù)監(jiān)測(cè)到產(chǎn)氣不再增加為止。測(cè)定甲烷和CO2的儀器為氣相色譜儀(GC 6890N-TCD,Agilent)。根據(jù)測(cè)得的氣體體積作出單位質(zhì)量VSS產(chǎn)生的甲烷量與對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系曲線，取前5點(diǎn)作圖，求得斜率即為SMA。

為獲得BMP，采用修正的Gompertz三因素模型擬合實(shí)驗(yàn)得到的甲烷生成曲線[24]。

M(t)=P×exp{-exp[Rmax×e/P×(λ-t)+1]}

(1)

式中：M(t)為累積產(chǎn)生的甲烷量，mL/g；t為反應(yīng)時(shí)間，d；P為最大產(chǎn)甲烷量，mL/g，以1 g VSS產(chǎn)甲烷的體積計(jì)，即BMP；Rmax為最大產(chǎn)甲烷速率，mL/(g·d)，以1 d內(nèi)1 g VSS產(chǎn)甲烷的體積計(jì)，即SMA；λ為延滯時(shí)間，d。參數(shù)P、Rmax、λ采用SigmPlot 12.5進(jìn)行最小二乘法擬合得到。

1.5 膜面污染物檢測(cè)

采用激光共聚焦掃描電鏡(CLSM，Nikon A1)對(duì)膜面進(jìn)行觀察。具體過(guò)程為：在膜污染到達(dá)終點(diǎn)時(shí)(TMP為30 kPa)，將污染膜從膜組件上剪下來(lái)(面積為2.25 cm2)。在避光環(huán)境中，首先利用 SYPRO Orange(Molecular16 Probes)染色劑對(duì)蛋白質(zhì)染色30 min[25]；再用Concavalin A染色劑對(duì)α-多糖染色60 min[26]。用SYTO 9和Propidium Iodide分別對(duì)所有的細(xì)胞和死細(xì)胞染色10 min[27]。每次染色完成后用PBS對(duì)樣品清洗3 次去除多余的染色劑。染色完成后，用CLSM對(duì)樣品進(jìn)行觀察。蛋白質(zhì)在激發(fā)波長(zhǎng)488 nm、發(fā)射波長(zhǎng)560 nm下觀察；α-多糖在激發(fā)波長(zhǎng) 561 nm、發(fā)射波長(zhǎng)580 nm下觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 QAC/PVDF膜的性能

圖2(a)和圖2(b)分別為MP和MQ的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，可以看出MP和MQ表面呈多孔結(jié)構(gòu)，膜表面形貌并無(wú)顯著差別。圖2(c)顯示隨著QAC的引入，MQ的平均孔徑較MP的平均孔徑略有增加(分別為(62.43±13.64)、(58.37±9.36) nm)，這是因?yàn)镼AC 是一種同時(shí)具有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的表面活性劑，在成膜過(guò)程中可以起到致孔劑的作用，加速了膜孔結(jié)構(gòu)的形成，從而略微增大了膜平均孔徑[28]。圖2(d)表明MQ的孔隙率比MP的孔隙率略有增加。因?yàn)镼AC作為表面活性劑，可在鑄膜液中包裹水分子，形成穩(wěn)定的包裹水的反膠束結(jié)構(gòu)(表面活性劑疏水端朝向聚合物，親水端朝向水分子)，該反膠束結(jié)構(gòu)的存在可促進(jìn)非溶劑向鑄膜液中的擴(kuò)散，使凝膠速率加快，且表面活性劑形成的反膠束結(jié)構(gòu)可成為致孔劑，促使MQ孔隙略有增加[29]。

圖2 MP和MQ性能Fig.2 Characteristics of MP and MQ

將MP、MQ和對(duì)照組(NM，不含膜)浸沒(méi)在含有大腸桿菌(Escherichiacoli)的營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中24 h，圖3(a)為24 h內(nèi)的OD600，浸有MQ的大腸桿菌菌液24 h內(nèi)OD600幾乎無(wú)變化，穩(wěn)定在約0.05，而NM和MP的大腸桿菌菌液則在6 h后OD600快速增大，在18 h時(shí)達(dá)到最大值，最大值大于1.2。圖3(b)為大腸桿菌的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)，含MQ的培養(yǎng)基對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)接近零，而含MP的培養(yǎng)基及NM的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)為0.18 h-1。與大腸桿菌菌液接觸24 h后， MP表面粘附較多的大腸桿菌，而MQ膜面很干凈，幾乎無(wú)大腸桿菌粘附，通過(guò)以上分析可知，QAC的引入使PVDF膜具有抑制大腸桿菌(革蘭氏陰性菌)生長(zhǎng)的特性。

圖3 MP與MQ浸沒(méi)于含大腸桿菌的培養(yǎng)基中膜面細(xì)菌生長(zhǎng)情況Fig.3 Growth situation of bacteria when MP and MQ were immersed in culture medium containing Escherichia coli

選取金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)為革蘭氏陽(yáng)性菌的模型細(xì)菌，將MP、MQ和NM浸沒(méi)在含有金黃色葡萄球菌的營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中24 h。圖4(a)為24 h內(nèi)的OD600，浸有MQ的金黃色葡萄球菌菌液24 h內(nèi)OD600從0.05上升至0.11，上升幅度較小，而NM和MP的金黃色葡萄球菌菌液則在14 h時(shí)OD600迅速增大。圖4(b)為金黃色葡萄球菌的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)，含MQ的培養(yǎng)基對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)為0.03 h-1，而含MP的培養(yǎng)基及NM的對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)約為0.16 h-1。與金黃色葡萄球菌菌液接觸24 h后， MP表面粘附著大量的金黃色葡萄球菌，而MQ膜面幾乎無(wú)金黃色葡萄球菌粘附，可知QAC的引入使PVDF膜具有抑制金黃色葡萄球菌(革蘭氏陽(yáng)性菌)生長(zhǎng)的特性。

圖4 MP與MQ浸沒(méi)于含金黃色葡萄球菌的培養(yǎng)基中膜面細(xì)菌生長(zhǎng)情況Fig.4 Growth situation of bacteria when MP and MQ were immersed in culture medium containing Staphylococcus aureus

通過(guò)觀測(cè)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌在含MP和MQ的肉湯培養(yǎng)基中生長(zhǎng)情況以及膜面粘附情況，證明未與QAC共混的PVDF膜無(wú)抗菌性能，而QAC的引入使MQ具備了抑制細(xì)菌生長(zhǎng)和粘附的特性，具備了顯著的抗生物污染性能。

2.2 QAC/PVDF膜對(duì)AnMBR膜污染的影響

圖5為MP和MQ在AnMBR中的膜污染情況，MQ的3個(gè)清洗周期分別是26、28、24 d，MP的3個(gè)清洗周期分別為19、18、15 d，MQ的平均清洗周期較MP延長(zhǎng)53%，說(shuō)明將QAC/PVDF膜運(yùn)用于AnMBR時(shí)，QAC/PVDF膜具有良好的抗污染性能，可延緩膜污染的形成，降低膜清洗頻率。MP和MQ最后一個(gè)清洗周期較各自的前兩個(gè)周期有所縮短，主要原因可能是AnMBR的運(yùn)行溫度降低。有研究報(bào)道溫度的下降會(huì)引起膜污染周期的下降[30]，因?yàn)樵谳^低溫度下，混合液污泥黏度較大，容易沉積在膜面，從而促使TMP增大[31]。從圖5可看出，即使在低溫條件下，相較于MP，MQ仍然呈現(xiàn)出抗污染性能。

圖5 不同運(yùn)行時(shí)間MP和MQ的TMP和溫度Fig.5 Variations of TMP and temperature for MP and MQ with time

胞外聚合物(EPS)中多糖具有較高的分子量和更廣泛的分子量分布，多糖被認(rèn)為是EPS中重要組成物質(zhì)[32]，多糖在MP膜面的沉積顯著多于MQ，而在錯(cuò)流過(guò)濾中，多糖在膜面的沉積會(huì)引起過(guò)濾通量的下降，進(jìn)而引起過(guò)濾性能和膜性能的下降[33]，CLSM分析表明，在連續(xù)流過(guò)濾中QAC/ PVDF膜可減少α-多糖在膜面的聚集，從而延緩膜污染。與此同時(shí)，連續(xù)流實(shí)驗(yàn)后MP膜面的活細(xì)胞較多，而MQ膜面則死細(xì)胞較多，說(shuō)明在錯(cuò)流中，QAC/PVDF膜可引起細(xì)菌在膜面附近的生長(zhǎng)抑制和細(xì)胞死亡[17]5091。

2.3 QAC/PVDF膜對(duì)厭氧微生物的急性影響

QAC/PVDF膜對(duì)AnMBR厭氧微生物的急性影響如圖6所示。由圖6(a)可以看出，與MP和MQ接觸2 h，破損細(xì)胞比例幾乎與空白組(不含MP或MQ，即為DDBAC為0 mg/g的組)相同。然而，隨著游離態(tài)DDBAC濃度上升，破損細(xì)胞比例由初始的14.4%增大至38.7%，當(dāng)DDBAC質(zhì)量濃度低于2.00 mg/g時(shí)，破損細(xì)胞比例低于22%。而隨著DDBAC質(zhì)量濃度增大至5.00 mg/g，破損細(xì)胞比例增大至近40%。有研究表明QAC分子可通過(guò)滲透擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞膜而使細(xì)胞受到破壞[34]，QAC對(duì)于細(xì)菌細(xì)胞壁具有裂解作用[35]。本實(shí)驗(yàn)表明厭氧微生物與QAC/PVDF膜的短暫接觸(2 h)并不會(huì)對(duì)微生物細(xì)胞造成明顯破損，但游離態(tài)DDBAC可引起厭氧微生物細(xì)胞的破損，其濃度越高對(duì)細(xì)胞完整性的破壞越強(qiáng)。

圖6(b)表明與MQ接觸2 h后，厭氧微生物的中性蛋白酶活性與空白組接近，未發(fā)生明顯變化。當(dāng)DDBAC質(zhì)量濃度增大至2.00 mg/g時(shí)，中性蛋白酶活性降至低至空白組的約50%，DDBAC進(jìn)一步增加至3.00 mg/g，中性蛋白酶活性驟降至接近零，即高于3.00 mg/g的DDBAC會(huì)使中性蛋白酶失活；而MQ的存在并不會(huì)明顯影響厭氧微生物的中性蛋白酶活力，中性蛋白酶參與蛋白質(zhì)的水解[36-37]，游離態(tài)QAC濃度上升可引起細(xì)胞蛋白質(zhì)水解功能下降，而MQ對(duì)其幾乎無(wú)影響。

注：橫坐標(biāo)中MP、MQ是指分別加入MP、MQ膜，其余數(shù)值為各組中分別加入的游離態(tài)DDBAC質(zhì)量濃度，圖7同。圖6 不同DDBAC質(zhì)量濃度下的細(xì)胞破損比例及酶活性Fig.6 Ratio of broken cells and activities of enzymes under various DDBAC concentrations

DHA活性變化如圖6(c)所示，與MQ接觸后厭氧微生物DHA活性與空白組接近。但0.50 mg/g的DDBAC即可引起DHA活性減小，約為空白的80%，1.00 mg/g時(shí)DHA與0.50 mg/g時(shí)相近，但隨著DDBAC濃度繼續(xù)升高，DHA活性下降至原來(lái)的60%以下，在5.00 mg/g時(shí)DHA活性僅為空白的24.7%。在較低質(zhì)量濃度(1.00 mg/g以下)下，DHA活性相對(duì)較高，但質(zhì)量濃度高于1.00 mg/g時(shí)，DHA活性下降較為劇烈。類似地，MQ的存在并不會(huì)明顯影響微生物的DHA活性。

ATP是微生物代謝重要的能量物質(zhì)，圖6(d)表明ATP隨著DDBAC濃度增大而下降，在1.00 mg/g以下時(shí)的ATP可達(dá)空白的80%以上，但當(dāng)質(zhì)量濃度高于1.00 mg/g時(shí)，ATP明顯呈下降趨勢(shì)，在5.00 mg/g時(shí)僅為空白的27%。同樣，MQ的存在并不會(huì)影響微生物ATP的產(chǎn)生，然而游離態(tài)QAC濃度的升高可引起厭氧微生物代謝活性下降。

2.4 QAC/PVDF膜對(duì)厭氧微生物產(chǎn)甲烷性能的影響

進(jìn)一步考察了MQ暴露條件下的SMA和BMP的變化情況，如圖7所示，DDBAC質(zhì)量濃度在0.25 mg/g以下時(shí)，SMA和BMP幾乎沒(méi)有減小，隨著DDBAC質(zhì)量濃度上升至2.00 mg/g，厭氧污泥的SMA和BMP呈線性下降趨勢(shì)，分別由(53.42±3.13) mL/(g·d)和(265.33±3.85) mL/g下降為(2.52±0.79) mL/(g·d)和(15.86±3.93) mL/g。BMP與SMA變化趨勢(shì)較為一致，而厭氧微生物破損細(xì)胞比例(見(jiàn)圖6(a))隨DDBAC濃度增大而呈增大趨勢(shì)，SMA和BMP下降及破損細(xì)胞比增高共同表明，隨著DDBAC濃度增大，DDBAC對(duì)厭氧微生物細(xì)胞活性的破壞越來(lái)越強(qiáng)，濃度的增大可引起細(xì)胞失活。此外，與MP和MQ接觸的厭氧微生物的SMA和BMP與空白組接近，說(shuō)明雖然游離態(tài)QAC會(huì)因濃度不同而對(duì)微生物產(chǎn)甲烷能力產(chǎn)生不程度的負(fù)面影響，但QAC/PVDF膜并不會(huì)對(duì)厭氧微生物產(chǎn)甲烷能力產(chǎn)生明顯不利影響。

圖7 不同DDBAC質(zhì)量濃度下的SMA和BMPFig.7 SMA and BMP under various DDBAC mass concentrations

3 結(jié) 論

(1) 將MP和MQ運(yùn)用于AnMBR，對(duì)比發(fā)現(xiàn)QAC/PVDF膜的平均清洗周期較未改性的空白膜長(zhǎng) 53%，可以延緩AnMBR膜污染的形成。

(2) 通過(guò)對(duì)連續(xù)流膜面污染物分析，發(fā)現(xiàn)QAC/PVDF膜膜面有機(jī)物含量和活細(xì)菌含量較低，即在AnMBR運(yùn)行時(shí)，QAC/PVDF膜可提高AnMBR運(yùn)行時(shí)膜對(duì)有機(jī)物和微生物粘附的抵抗性能。

(3) 將厭氧微生物與MQ接觸并沒(méi)有對(duì)細(xì)胞完整性、DHA活性和ATP等產(chǎn)生明顯影響，說(shuō)明QAC/PVDF膜并無(wú)明顯生物毒性；而游離態(tài)QAC會(huì)對(duì)細(xì)胞完整性、DHA和ATP產(chǎn)生不利影響。

(4) 厭氧微生物與MQ 接觸后，厭氧微生物破損細(xì)胞比例、中性蛋白酶活性、DHA活性及產(chǎn)甲烷能力(SMA和BMP)與空白組相近，表明QAC/PVDF膜并不會(huì)對(duì)厭氧微生物細(xì)胞活性及產(chǎn)甲烷能力產(chǎn)生明顯不利影響；而游離態(tài)QAC會(huì)對(duì)SMA和BMP產(chǎn)生不利影響。