【摘要】： 在活性污泥處理系統(tǒng)中,固液分離效果是系統(tǒng)運(yùn)行中的關(guān)鍵問題之一,直接影響出水水質(zhì)與回流污泥的濃度。胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances ,簡稱EPS)是活性污泥絮體的重要組分,廣泛分布于絮體的內(nèi)部與外層,對活性污泥的表面性質(zhì)與絮凝沉降性能有重要的影響。然而,EPS對活性污泥絮凝性能與沉降性能影響的確切作用目前尚不清楚。以往的研究者主要從EPS的總數(shù)量、組分以及絮體的表面性質(zhì)方面探討EPS對活性污泥絮凝沉降性能的影響,沒有考慮EPS自身的表面電荷與疏水性對污泥絮凝沉降性能的影響;并且大部分研究者將EPS作為一個(gè)整體進(jìn)行研究,忽略了絮體內(nèi)外層EPS組成與性質(zhì)上的差異。論文以實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的好氧活性污泥為研究對象,采用超聲波法和陽離子交換樹脂法,分別提取同細(xì)菌細(xì)胞疏松結(jié)合的EPS(Loosely bound EPS,簡稱LEPS)與緊密結(jié)合的EPS(Tightly bound EPS,簡稱TEPS),考察不同污泥齡(Sludge retention time,簡稱SRT)下它們組分和表面性質(zhì)的變化,研究了EPS及其表面性質(zhì)對活性污泥絮凝性能與沉降性能的影響;同時(shí),將高SRT(15d)與低SRT(3d)活性污泥的LEPS與TEPS分別絮凝污泥懸浮液,考察LEPS與TEPS的絮凝特性與所形成生物絮體的沉降性能;最后,論文根據(jù)絮體內(nèi)外層LEPS與TEPS表面性質(zhì)的差異,從大分子作用力的角度出發(fā),提出了活性污泥絮體結(jié)構(gòu)模型。論文取得的主要研究成果如下: ①論文采用葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(Glucose-6-phosphate Dehydrogenase,簡稱G6PD)活性衡量細(xì)胞破損,較為系統(tǒng)地考察了超聲波與陽離子交換樹脂提取活性污泥EPS的方法與程序。結(jié)果表明,超聲波提取過程宜采用硼酸玻璃材質(zhì)的容器在冰水浴中進(jìn)行,且不需要外加攪拌作用;同時(shí),21kHz為超聲波提取EPS的最佳作用頻率,綜合考慮提取效率與提取過程產(chǎn)生的細(xì)胞破損兩方面的因素,超聲波的作用時(shí)間不宜大于3min,作用功率適宜范圍為32W～40W。國產(chǎn)凝膠型陽離子交換樹脂001×7適于提取活性污泥中的EPS,在pH值為5.8～7.8的液相環(huán)境中,可獲得比較穩(wěn)定的EPS提取效果。樹脂投加量80g/g VSS,攪拌速率500rmp,提取時(shí)間1h～3h為比較合適的提取程序;該條件下,EPS的提取量能達(dá)到85.2～139.9mg/gVSS,細(xì)菌細(xì)胞的破損率可控制在10%以內(nèi)。在超聲波與陽離子交換樹脂聯(lián)合使用提取活性污泥EPS的組合方式中,超聲波—樹脂法為最優(yōu)的組合方式;該法與加熱法、EDTA法、甲醛—NaOH法相比,具有提取效率高、化學(xué)污染小、細(xì)胞破損量小且操作方便的優(yōu)點(diǎn);對不同來源的污泥,超聲波—樹脂法提取得到的EPS總量可占污泥揮發(fā)份的8%～13%。 ②論文采用超聲波與陽離子交換樹脂分別提取活性污泥絮體中的LEPS與TEPS。結(jié)果表明,SRT對LEPS與TEPS的數(shù)量與表面性質(zhì)有重要的影響。LEPS的數(shù)量隨SRT的變化較大,當(dāng)SRT由3d增加到15d時(shí),其含量由62.7mg/g VSS降至25.6mg/g VSS,而TEPS的數(shù)量隨SRT的變化不大,為80mg/g VSS左右。SRT由3d增大到20d,LEPS表面負(fù)電荷的數(shù)值先降低后略微升高,由"#-1.59meq/g EPS"#降低到"#-0.77meq/g EPS"#,SRT為15d時(shí),LEPS有最低的表面電荷與最強(qiáng)的疏水性;而TEPS表面負(fù)電荷的數(shù)值隨SRT的增大而變化的幅度較小,從"#-1.26meq/g EPS"#降低到"#-0.98meq/g EPS"#。對于不同SRT的活性污泥絮體,TEPS均較LEPS表現(xiàn)出更強(qiáng)的疏水性。 ③論文從EPS表面性質(zhì)的角度探討EPS對活性污泥的表面性質(zhì)、絮凝性能與沉降性能的影響。結(jié)果表明,污泥的表面電荷主要受絮體外層LEPS的影響,LEPS的數(shù)量與表面負(fù)電荷的增大導(dǎo)致污泥表面負(fù)電荷增加;TEPS的疏水性較LEPS的疏水性與污泥的疏水性有更強(qiáng)的相關(guān)性,但其數(shù)量與污泥的疏水性關(guān)系不大。LEPS的數(shù)量與表面負(fù)電荷的增加會導(dǎo)致出水懸浮固體(簡稱ESS)升高,而TEPS的數(shù)量和表面負(fù)電荷與活性污泥絮凝性能關(guān)系不大;兩種EPS疏水性的增大均有利于生物絮凝,促進(jìn)絮體中顆粒物的凝聚,對應(yīng)著低的ESS與高的重新絮凝能力(簡稱FA)。LEPS的數(shù)量及其表面性質(zhì)是影響活性污泥沉降性能的重要因素,LEPS的數(shù)量與表面負(fù)電荷的增加及其疏水性的降低,對應(yīng)著污泥指數(shù)(簡稱SVI)的升高與區(qū)域沉降速率(簡稱ZSV)的降低。TEPS的數(shù)量同SVI與ZSV關(guān)系不大,而其疏水性同SVI與ZSV有強(qiáng)的相關(guān)性,疏水性的增大對應(yīng)著低的SVI與高的ZSV。 ④論文采用高SRT(15d)與低SRT(3d)活性污泥的LEPS與TEPS分別絮凝污泥懸浮液,探討LEPS與TEPS的絮凝特性,考察LEPS或TEPS絮凝污泥懸浮液所形成生物絮體的沉降性能。結(jié)果表明,TEPS與LEPS在生物絮凝過程中表現(xiàn)出不同的絮凝特性,TEPS促進(jìn)顆粒物之間的聚集,LEPS不利于生物絮凝;四種EPS所形成生物絮體的SVI值隨EPS投加量的增大而增大的趨勢由小至大排序依次為:15dTEPS3dTEPS15dLEPS3dLEPS;同時(shí),驗(yàn)證了在LEPS與TEPS的數(shù)量與表面性質(zhì)對活性污泥絮凝沉降性能的影響研究中得到的大部分結(jié)論。 ⑤論文根據(jù)活性污泥絮體以及LEPS與TEPS分別絮凝污泥顆粒形成的生物絮體的結(jié)構(gòu)圖片,從大分子作用力的角度出發(fā),提出了活性污泥絮體結(jié)構(gòu)模型。模型認(rèn)為高價(jià)陽離子,特別是三價(jià)陽離子(如Al3+、Fe3+),是活性污泥絮體形成的關(guān)鍵物質(zhì);LEPS和TEPS的數(shù)量與表面性質(zhì)的變化是引起活性污泥絮體結(jié)構(gòu)改變的重要因素。
【圖文】：

237861圖 2.1 SBR 反應(yīng)器示意圖Fig. 2.1 Sketch-map of SBR reactor1.反應(yīng)容器 2.氣泵 3.時(shí)間繼電器 4.液位繼電器5.攪拌電機(jī) 6.加熱棒 7.溫控儀 8.取樣口

非酶反應(yīng) A0。計(jì)算公式：）稀釋倍數(shù)樣總×××+ =Δ× VVd10G6PD6GPD(molminmlA611εμ1010156.210110A36×××××= Δ×式中，，△ A=（A1—A0）/5minε：產(chǎn)物在 340nm 處的的摩爾吸光系數(shù)，為 6.2×103mol-1·cm-1d：比色皿半徑(cm)V總：測定總體積(mL)V樣：所用樣品體積(mL)2.2 超聲波提取活性污泥胞外聚合物的研究2.2.1 超聲波作用機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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3 郭寧;不同COD負(fù)荷對好氧顆粒污泥性狀以及N_2O釋放影響的研究[D];山東大學(xué);2014年

本文編號：2683542