污水處理最常用的活性污泥和生物膜法中,微生物的胞外聚合物(EPS)的性質(zhì)與污泥性能有著密切的聯(lián)系。了解活性污泥與生物膜之間的EPS的性質(zhì)差異,以及EPS對生物膜量和污泥性能的影響情況,對改善反應器運行具有現(xiàn)實意義。本課題對活性污泥、生物膜以及活性污泥一生物膜共存的三種生物處理系統(tǒng)分別開展了EPS性質(zhì)與污泥性能的比較研究。 為了完整考察EPS不同層面的聚合物對于污泥性質(zhì)的影響,提出了分層提取低速離心粘附物(LSCP)、溶解型EPS(SEPS)和結(jié)合型胞外聚合物(BEPS)的方法,并通過實驗選擇加熱法作為實驗提取BEPS的方法,該方法提取的EPS的量較多,提取的DNA在各組分中所占比重最小。 對BATH用于測定污泥表面相對疏水性的標準條件進行了實驗討論,確定600nm為實驗波長,反應靜置時間為20min,推薦使用辛烷和PUM(phosphate-urea-magnesium)緩沖液分別作為疏水相和水相,采用1／10作為疏水相和水相的體積比H／A的取值,并提出了推薦實驗步驟。 考察了貧有機底物條件下營養(yǎng)條件的變化對活性污泥反應器中污泥性能和EPS的影響,發(fā)現(xiàn)COD／N比例從120／5降至120／24,污泥的沉降性能變好,SVI從164下降到105,但ESS(出水SS)從5mg／L上升到18mg／L,絮凝性能有所下降。EPS中的蛋白質(zhì)成分下降,而多糖和腐殖質(zhì)成分均加倍；COD／P比例從120／1上升到120／0.2,SVI很快上升到200以上,污泥發(fā)生膨脹。EPS中蛋白質(zhì)含量基本不變,腐殖質(zhì)含量加倍,多糖含量下降。分析微生物菌群結(jié)構(gòu)后證實了,適應該種營養(yǎng)條件的絲狀菌成為優(yōu)勢種群。在各工況中,活性污泥的EPS總量中的蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)分別與污泥的沉降和絮凝性能呈負相關性。各層面EPS組分對于污泥沉降、絮凝性能的影響表現(xiàn)在微生物胞外最外層的LSCP中的多糖成分,其對沉降性能有著正面的貢獻,但與絮凝性能負相關。 在貧有機底物水質(zhì)條件下,考察中試規(guī)模實驗裝置中四種材質(zhì)、形狀的填料的EPS性質(zhì)后,發(fā)現(xiàn)斜柱型懸浮填料掛膜最好,其生物膜的EPS總量最大。蛋白質(zhì)為不同填料上生物膜的EPS中差別最大的一種組分。 考察生產(chǎn)規(guī)模條件下的同一個懸浮填料生物反應池內(nèi)兩種懸浮填料的表面性質(zhì)后發(fā)現(xiàn),填料A比填料B表面更具親水性和更高的表面電勢。但填料A上的單位面積膜量不如填料B,同時填料A上的生物膜的EPS大于填料B的。兩種填料EPS總量的差別,主要由BEPS中的蛋白質(zhì)的量的差別引起的。比較反應池中的活性污泥和懸浮填料上的生物膜的EPS后發(fā)現(xiàn),同一池內(nèi)的生物膜EPS的量遠大于活性污泥的EPS的量,從組分含量來看,生物膜中的蛋白質(zhì)含量是活性污泥的1.5倍。污泥的EPS的總量、蛋白質(zhì)以及BEPS中的蛋白質(zhì)和DNA含量與污泥表面相對疏水性呈正相關性,說明了生長在填料上的微生物的粘附能力大于活性污泥中微生物的粘附能力。 即使采用的是相同表面性質(zhì)的組合填料,三個生產(chǎn)規(guī)模的廢水處理站水質(zhì)條件的影響使粘附在填料表面生長的生物膜的EPS存在差異。盡管如此,三種生物膜上的蛋白質(zhì)組分,卻表現(xiàn)出了差不多的含量,均為50mg／g-VSS左右。組合填料上的生物膜的SEPS層面的腐殖質(zhì)和DNA含量也表現(xiàn)出了與生物膜相對疏水性正相關的關系。給水廠彈性立體填料上的生物膜的EPS含量遠小于污水廠生物膜的。
【學位單位】：復旦大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2009
【中圖分類】：X703
【文章目錄】：
摘要
Abstract
簡寫名詞索引
第一章 引言
    1.1 胞外聚合物（EPS）的定義和作用
    1.2 EPS的結(jié)構(gòu)
    1.3 EPS的組成與來源
    1.4 EPS的提取
        1.4.1 提取方法簡介
        1.4.2 提取方法的對比研究
        1.4.3 提取效率
    1.5 反應器運行條件對EPS的影響
        1.5.1 運行方式
        1.5.2 廢水成分
        1.5.3 營養(yǎng)物水平
        1.5.4 金屬離子
    1.6 EPS對污泥性能和表面性質(zhì)的影響
        1.6.1 EPS對沉降性能的影響
        1.6.2 EPS對污泥絮凝能力的影響
        1.6.3 EPS組分對污泥表面疏水性的影響
        1.6.4 EPS組分對污泥表面電荷的影響
        1.6.5 EPS對污泥脫水性能的影響
    1.7 EPS對生物膜的作用
    1.8 懸浮填料生物反應器的EPS研究進展
    1.9 城市污水廠面臨的新問題
    1.10 污泥表面疏水性測試方法的研究進展
    1.11 研究目的和意義
    1.12 課題來源
第二章 研究內(nèi)容和方法
    2.1 研究路線
    2.2 研究內(nèi)容
    2.3 實驗方法
        2.3.1 EPS的提取方法
        2.3.2 EPS成分分析
        2.3.3 微生物表面疏水性實驗方法
        2.3.4 廢水常規(guī)監(jiān)測指標
            2.3.4.1 水質(zhì)監(jiān)測指標
            2.3.4.2 污泥絮凝、沉降和脫水性能的表征
        2.3.5 微生物菌群結(jié)構(gòu)分析方法
            2.3.5.1 活性污泥DNA提取
            2.3.5.2 PCR擴增
            2.3.5.3 克隆和測序
            2.3.5.4 系統(tǒng)進化樹分析
第三章 EPS提取方法的選擇
    3.1 實驗材料與方法
        3.1.1 樣品來源
        3.1.2 提取方法
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 不同提取方法得到的EPS的總量比較
        3.2.2 不同提取方法所得到的EPS的組分分析
        3.2.3 提取效率比較
    3.3 小結(jié)
第四章 污泥表面相對疏水性測定方法的確立
    4.1 實驗方法與樣品來源
        4.1.1 樣品來源
        4.1.2 疏水性測試方法
    4.2 結(jié)果與討論
        4.2.1 波長與靜置時間
        4.2.2 疏水相的選擇
        4.2.3 水相和H/A的選擇
    4.3 小結(jié)
第五章 貧有機底物碳氮磷條件變化對活性污泥EPS性質(zhì)和污泥性能的影響研究
    5.1 實驗裝置、材料與分析方法
        5.1.1 實驗裝置
        5.1.2 實驗工況和運行條件設計
        5.1.3 EPS的提取和組分測定
        5.1.4 水質(zhì)指標和污泥表面性質(zhì)的測定
        5.1.5 微生物菌群結(jié)構(gòu)分析
    5.2 結(jié)果與討論
        5.2.1 反應器運行期間的水質(zhì)情況
            5.2.1.1 正常營養(yǎng)工況
            5.2.1.2 高氨氮工況
            5.2.1.3 高氨氮缺磷工況
        5.2.2 反應器運行過程中污泥性質(zhì)變化情況
            5.2.2.1 污泥沉降性能變化
            5.2.2.2 污泥絮凝性能變化
            5.2.2.3 污泥脫水性能變化
        5.2.3 反應器運行過程中活性污泥EPS變化情況
            5.2.3.1 EPS各層面的組分情況
            5.2.3.2 不同COD/N/P比條件下活性污泥EPS的變化情況
        5.2.4 EPS對活性污泥絮凝、沉降和脫水性能的影響
            5.2.4.1 EPS總量和各層面EPS的量與污泥沉降性能的關系
            5.2.4.2 EPS總量和各層面EPS的量與污泥絮凝性能的關系
            5.2.4.3 EPS總量和各層面EPS的量污泥脫水性能的關系
        5.2.5 高氨氮和缺磷工況微生物菌群結(jié)構(gòu)分析
    5.3 小結(jié)
第六章 中試生物反應器中不同填料上的生物膜和活性污泥的EPS的比較研究
    6.1 實驗樣品來源與分析方法
        6.1.1 實驗樣品的環(huán)境條件
        6.1.2 填料
        6.1.3 樣品來源
        6.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取
        6.1.5 分析方法
    6.2 結(jié)果與討論
        6.2.1 反應器運行情況
        6.2.2 填料掛膜情況
        6.2.3 四種填料的生物膜EPS的提取總量比較
        6.2.4 四種填料不同層面EPS的提取情況不同
        6.2.5 懸浮生長的活性污泥與生物膜EPS的比較
    6.3 小結(jié)
第七章 生產(chǎn)規(guī)模條件下懸浮填料生物反應器中的活性污泥和生物膜EPS和表面性質(zhì)的比較研究
    7.1 實驗樣品來源與分析方法
        7.1.1 樣品環(huán)境介紹
        7.1.2 填料
        7.1.3 樣品說明
        7.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取和組分測定
        7.1.5 微生物表面相對疏水性
        7.1.6 填料表面性質(zhì)測定
        7.1.6 微生物菌群結(jié)構(gòu)分析
    7.2 結(jié)果與討論
        7.2.1 污水廠的運行情況
        7.2.2 好氧2號池內(nèi)兩種填料上的生物膜量
        7.2.3 兩種填料的表面性質(zhì)
            7.2.3.1 填料表面的粗糙度
            7.2.3.2 填料表面的接觸角
            7.2.3.3 填料表面的表面勢
        7.2.4 2號池內(nèi)兩種填料的EPS的比較以及與填料膜量的關系
        7.2.5 好氧2號和4號池中活性污泥和生物膜的EPS比較
        7.2.6 EPS與污泥表面性質(zhì)的關系
        7.2.7 活性污泥和填料上生物膜的微生物菌群結(jié)構(gòu)分析
    7.3 小結(jié)
第八章 不同水質(zhì)條件下相同填料上的生物膜的EPS的比較研究
    8.1 實驗樣品來源與分析方法
        8.1.1 樣品來源
        8.1.2 實驗樣品的環(huán)境條件
            8.1.2.1 通用電氣（GE）水質(zhì)凈化站
            8.1.2.2 通用汽車（GM）水質(zhì)凈化站
            8.1.2.3 申一毛條廢水處理站
            8.1.2.4 航頭水廠
        8.1.3 填料
        8.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取
        8.1.5 污泥表面相對疏水性
        8.1.6 分析方法
    8.2 結(jié)果與討論
        8.2.1 同種組合填料在不同水質(zhì)條件下的生物膜的EPS比較
            8.2.1.1 廢水處理站的運行情況
            8.2.1.2 填料上的生物膜EPS比較
            8.2.1.3 生物膜EPS與相對疏水性的關系
        8.2.2 廢水處理和給水處理中的彈性立體填料上的生物膜比較
    8.3 小結(jié)
第九章 結(jié)論
    9.1 結(jié)論
    9.2 創(chuàng)新點
    9.3 不足之處及對今后工作的建議
參考文獻
致謝

【引證文獻】

相關碩士學位論文 前3條

1 謝麗清;序批式生物膜反應器處理味精廢水強化脫氮的試驗研究[D];鄭州大學;2011年

2 延崇建;MBR+蠕蟲床耦合系統(tǒng)內(nèi)SMP及EPS特性的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

3 袁卓雅;IBR內(nèi)不同工況的EPS特性與污泥性狀分析研究[D];華中科技大學;2011年

本文編號：2865980