基质种类对活性污泥絮体性状的影响

利用葡萄糖、淀粉、乙酸钠和苯酚4种典型基质,分别在4个相同的序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)中培养活性污泥,并研究了基质种类对活性污泥絮体性状的影响.结果表明,以葡萄糖为底物培养的活性污泥胞外多糖含量最少,而苯酚所培养的活性污泥胞外蛋白质最多;从形成的EPS总量来看,苯酚最多,乙酸钠次之,葡萄糖和淀粉较少.不同基质培养的污泥Zeta电位也有一定差别,这是由EPS中多糖和蛋白质的比例不同造成的.红外分析表明,4种基质培养的污泥EPS中的主要基团较为相似,羧基、醇羟基、羧酸、酰胺和多聚糖均是EPS中的主要基团.此外,进水基质对活性污泥絮体的粒度分布及分形结构也有重要影响.     

城市污水厂活性污泥中胞外聚合物与工艺运行及污泥沉降性能的相关性分析

胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)的组分及含量是影响活性污泥性能的重要因素之一.本研究在测定不同城市污水处理厂活性污泥中EPS的基础上,分析水质情况与运行条件对EPS组分的影响.结果表明:蛋白质为EPS的主要组分,约占25%~63%;腐殖酸次之,占21%~50%;DNA和多糖的含量较少.同是A~2O工艺的2个污水厂的污泥沉降性能和粒径分布差异较大.根据Pearson分析结果,在污泥微膨胀和正常状态下,EPS总量与污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)及粒径分布没有明显的相关性,但腐殖酸和DNA均与SVI呈正相关.处理工艺的水力停留时间与EPS总量负相关,但污水中有机物含量对EPS的含量及组分没有影响.EPS中多糖含量与脱氮除磷过程显著相关,多糖可以作为脱氮除磷过程的有机碳源.污泥龄影响EPS中蛋白质与多糖的比值.因此,污水水质、工艺类型及运行条件不同程度的影响EPS的组分及含量,进而影响处理效果.     

营养失衡下的分层分质EPS对异型膨胀污泥及其沉降性差异影响

为探索EPS对膨胀污泥沉降性的影响,通过减少进水P源、N源的方式培养异型膨胀活性污泥,分析不同层、不同组分EPS对异型膨胀污泥沉降性影响.结果表明：异型膨胀（非丝状菌粘性膨胀、丝状菌膨胀）活性污泥EPS多糖组分Total-PS、中层组分（L-PS）含量均高于正常污泥.非丝状菌粘性膨胀污泥EPS各层多糖含量高于丝状菌膨胀污泥,而各层蛋白质（PN）含量均低于丝状菌膨胀污泥.非丝状菌粘性膨胀污泥Total-EPS（（229±94）mg/g MLSS）、PS/PN值不仅显著高于正常活性污泥（（86±16）mg/g MLSS）,也高于丝状菌膨胀污泥（（108±30）mg/g MLSS）.非丝状菌粘性膨胀污泥EPS多糖总量Total-PS、蛋白质总量Total-PN越高,SVI值越大,污泥沉降性越差,越易膨胀,且EPS蛋白质组分对污泥膨胀作用大于多糖;从不同层EPS看,松散外层（S层）EPS对非丝状菌粘性膨胀作用最大（S-PN与SVI值相关性最大,r为0.881,P<0.05）,是主要影响因子.丝状菌膨胀污泥,除了内层紧密型T-PN对SVI值影响较大外,其他各层、各组分EPS含量与SVI均呈微弱负相关.     

活性污泥胞外多聚物提取方法的比较

活性污泥污水处理系统中胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)对污染物的去除及污泥的絮凝、沉降和脱水性能都有着重要作用,影响活性污泥工艺的运行稳定性,然而不同的提取方法可能导致EPS组分、数量有显著差异,直接影响相关实验结果.本文采用离心法提取溶解型和疏松型EPS后,采用文献经常报道的8种物理、化学方法提取紧密型EPS(tightly bound EPS,TB-EPS),研究TB-EPS数量及多糖、蛋白质、核酸等成分含量并进一步分析TB-EPS的基团组成,也分析了TB-EPS中15种元素含量.结果表明,8种方法中,加热法提取TB-EPS组分数量较多,对污泥微生物细胞破坏程度低,且在EPS提取过程不引入外源物质,是一种较为合适的EPS提取方法.阳离子树脂法对TB-EPS中芳香族蛋白质和腐殖酸类物质有较好的提取效果,Na OH法对富里酸类物质提取效果较好.物理法对TB-EPS红外光谱的官能团种类无明显影响,但化学法对TB-EPS官能团种类影响较显著,TB-EPS具有不同的特征吸附峰.总体上,化学法提取的TB-EPS中元素含量高于物理法.研究者应根据实验目的,选取适宜的EPS提取方法;或者建立EPS提取的标准方法,有助于实验结果间的比较.     

活性污泥胞外聚合物提取方法的研究

对两种不同来源的活性污泥中EPS的提取效率进行了研究,采用的提取方法有NaOH法,阳离子交换树脂法（CER法）,加热法和离心法。结果表明,CER法是两种污泥EPS提取中最有效的方法。经过16h的提取,EPS中DNA的含量分别为0．73％和1．61％,这表明EPS的提取没有受到胞内物质的污染。两种污泥EPS的提取量分别为74mg／gVSS和80mg／gVSS,其中多糖和蛋白质是EPS的主要成分。在研究中,CER法最佳提取时间为8h,高搅拌强度和CER投加量都有利于EPS提取量的增加。     

基于二价阳离子去除的胞外聚合物提取方法特性比较

胞外聚合物（EPS）在决定活性污泥机械稳定性及理化性质方面发挥着重要作用,对EPS的深入研究和理解有利于更好地认识活性污泥絮体的结构、功能和性质.对EPS高效低损的提取是EPS异位研究的重要前提,而基于二价阳离子去除的EPS提取方法是重要途径之一.本研究分别以实际污水厂和实验室生物反应器活性污泥为EPS提取对象,对阳离子交换树脂（CER）法、乙二胺四乙酸（EDTA）法和柠檬酸钠（SC）法的EPS提取特性进行比较,从而系统梳理基于二价阳离子去除的EPS提取法的不同特点.结果表明,SC法具有最高的EPS提取效率,其EPS提取总量是CER法的1.36~1.53倍,是EDTA法的1.98~2.39倍;蛋白质仍然是3种提取法所得EPS的主要组分,但CER法具有最高的蛋白/多糖比,SC法次之,而EDTA法最低,且高的EPS提取量伴随着高的DNA含量;CER法对EPS组分的扰动最小,可以最大限度地保持EPS组分的 原有特性,而EDTA法和SC法会破坏EPS中大分子组分及芳香族蛋白质的分子结构,从而显著改变EPS分子量分布和荧光特性;EPS提取过程中外源提取剂的投加将显著影响EPS分子结构中的官能团分布特性,EDTA法和SC法显著增加了EPS分子结构中C=O（或O=C）的含量, 且EDTA法还增加了EPS分子结构中质子化N的含量.本研究的开展将有助于深入理解基于二价阳离子去除的EPS提取效应,为相关方法的应用提供更广泛的理论和技术支持.     

活性污泥与消化污泥的脱水特性及粒径分布

对活性污泥和消化污泥的脱水特性和粒径分布进行了研究,分析了2种污泥胞外聚合物（EPS）含量的差异以及生物相的变化特征和机理.结果表明,表征脱水性能好坏的毛细吸收时间（CST）,新鲜活性污泥为9.84 s,消化污泥增加到607.5 s,消化污泥固体颗粒从悬浮液分离所需的时间变长,脱水性能变差.其原因一方面是消化过程使EPS中蛋白质和多糖降解,另一方面是大大降低了消化污泥中原生动物数量,减少了促进微生物凝聚的EPS物质向污泥中的释放.消化污泥EPS含量为123 mg/g（以干污泥计,下同）,比EPS含量为540 mg/g的活性污泥减少了77%.EPS的降解使较大的污泥颗粒分解成较小的污泥颗粒,活性污泥占体积最大的颗粒粒径是133 μm,消化污泥下降到44.6 μm,活性污泥的平均粒径是132.6 μm,消化污泥仅为70.48 μm,结果导致消化污泥脱水性能变差.     

好氧颗粒污泥胞外聚合物（EPS）的生化性研究

将人工培养的好氧颗粒污泥进行饥饿试验,研究EPS的可生化性.结果表明,好氧颗粒污泥EPS是由40%可生物降解EPS和60%不可生物降解EPS组成的,其中可生物降解EPS可作为颗粒污泥自身的能源,而不可生物降解EPS则不行,但其对颗粒污泥的立体结构有巨大作用.将从新鲜好氧颗粒污泥中提取的EPS投加到好氧颗粒污泥和活性污泥中,提取的EPS均可被两者作为碳源利用,且活性污泥对EPS的利用速率是好氧颗粒污泥的1.5倍;而从饥饿好氧颗粒中提取的EPS作为两者碳源时,均没有明显的利用效果,说明不可生物降解的EPS不能作为两者的能源.     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

pH值对活性污泥胞外聚合物分子结构和表面特征影响研究

为明确胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）对污水污泥性质的影响机制,通过改变pH值,考察了市政废水和饮料废水2种活性污泥胞外聚合物组分变化,采用红外光谱对比分析了pH值对EPS分子结构的影响,并通过胶体滴定测定其表面电荷,最终结合活性污泥提取EPS前后扫描电子显微镜观察,从宏观上佐证了表面特性和分子结构分析.结果表明,强酸条件下（pH 3）,可提取EPS比中性条件下时下降50%,其中多糖下降约30%,蛋白质下降约65%～70%;在强碱条件下（pH 11）,可提取EPS比pH 7时升高20%～30%,其中多糖升高约15%,蛋白质升高20%～50%.红外光谱分析表明,羟基在强酸强碱条件下均发生了变化,羧酸、多聚糖、酚类和蛋白质肽键在强酸条件下（pH 3）消失;胶体滴定结果表明,2种污泥提取EPS表面负电荷随pH上升而下降;扫描电镜分析表明,相对于碱性条件下,酸性条件使活性污泥中微生物细胞更易于破碎.pH值可改变活性污泥EPS组分、浓度以及其中基团组成,从而改变EPS表面特性,最终导致污泥状态改变.     

胞外聚合物结合磷效能的研究

以实验SBR反应器的活性污泥为研究对象,探讨了超声波-树脂法提取EPS的方法与程序;以5种不同来源的活性污泥为研究对象,考察了EPS结合磷的效能.结果表明,超声波-树脂法分离EPS和细菌细胞的较优程序为：采用21kHz、40W超声波作用60mL污泥2min（VSS约为8000mg·L-1）;然后,投加80g·g-1（以...     

基于流体分离污泥的异质性:微生物活性和群落结构

生物流化床处理系统中的剩余污泥如果能够被识别为老化的污泥和高活性的污泥,并通过某一种物理方法加以原位分离,则有可能提高生物处理的效率.本文以构造流体力场实现基于比重分布不同污泥组分的分离,得到聚结型污泥与离散型污泥,考察了两种污泥在胞外聚合物、微生物活性和微生物群落结构方面的差异,并与降解活性相关联,以证明异质性的存在.研究发现:活性污泥这种异质性的存在归因于离散型污泥中的胞外聚合物含量高,亲水性更强,比重更小;聚结型污泥在基质利用效率、比耗氧速率方面优于离散型污泥;在废水生物处理系统的污泥中,聚结型污泥较离散型污泥具有微生物群落结构分布上的优势,种群丰度更高.研究结果证明了聚结型污泥和离散型污泥内部菌胶团存在着功能上的差异,前者是应该被保留的活性组分,后者应该作为剩余污泥加以分离排出.     

受四环素影响的活性污泥胞内外聚合物特征

利用离心加超声的方法对处理四环素抗生素废水的活性污泥胞外聚合物(EPS)和胞内聚合物(IPS)进行提取,将其分为-溶解型胞外聚合物(slime)、松散附着型胞外聚合物(LB)、紧密附着型胞外聚合物(TB)、胞内聚合物(IPS).用BCA法和蒽酮-硫酸法测定了各层EPS和IPS溶液中的蛋白质和多糖含量,同时用三维荧光光谱扫描(EEM)和同步荧光光谱扫描(SFS)对其中的溶解性有机物(DOM)进行定性和定量分析,结果表明在EPS中的蛋白质和多糖的含量高于IPS,且蛋白质含量均比多糖含量高,而在slime和IPS中的蛋白质和多糖的含量高于LB和TB;低激发波长类色氨酸和高激发波长类色氨酸是EPS和IPS溶液的主要成分,且溶液中的溶解性代谢产物和芳香蛋白类物质相对含量在slime、LB、TB和IPS逐渐增加,而难降解有机物-腐殖酸类物质的相对含量逐渐降低;进水四环素浓度与污泥各层EPS和IPS溶液中DOM也具有较好的相关性;三维荧光法检测溶液中的DOM与化学分析测试出的蛋白质含量具有较好的相关性.     

预曝气及提取方法对活性污泥胞外聚合物的影响

为了获得更高的胞外聚合物质（EPS）得率及其对污染物的去除效果,比较了活性污泥预曝气时间及2种提取方法（超声法和甲醛+NaOH法）对提取EPS的影响,分析了EPS的荧光组分以及与污染物去除有关的基团差异.结果表明,污泥经过4h预曝气,EPS得率最高;甲醛+NaOH法提取的EPS是超声法的1.5~1.7倍;其中蛋白质、多糖、DNA含量分别是后者的1.4~1.7、0.8~2和2.3~2.7倍.甲醛+NaOH提取法获得的EPS对高岭土的絮凝率和对Cr³⁺的去除率分别高出超声法16%和33%,絮凝率和去除率分别达到了65%和63%.三维荧光光谱分析结果表明,甲醛+NaOH法提取的EPS中芳香蛋白和溶解性微生物代谢产物含量分别是超声法的1.4~1.9倍和1.8~2.4倍;胡敏酸类物质仅大量存在于甲醛+NaOH法提取的EPS中,且腐殖质与Cr³⁺去除率呈显著相关（P<0.01,R²=0.920）.红外光谱分析表明,甲醛+NaOH法提取的EPS中有区别于超声法的特殊基团,其中-OH、-COOH、-NH₂等基团与Cr³⁺发生了配位络合作用.     

Mn2+、Mo6+和Zn2+对活性污泥内胞外聚合物组分的影响

通过测定不同浓度的金属离子对活性污泥比耗氧率的影响, 确定了Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度, 并研究了在各自促进浓度范围内3种金属离子对活性污泥内胞外聚合物(EPS)组分(蛋白质、糖类和核酸)含量变化的影响.结果发现, Mn²⁺、Mo⁶⁺和Zn²⁺的最佳促进浓度均为1mg·L^-1. Mn²⁺和Zn²⁺对EPS各组分的影响较大, 而Mo⁶⁺基本没有产生影响. 试验同时发现, 经低温贮存的污泥, 其EPS含量下降, 其中多糖含量下降最为明显.     

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

微气泡及其产生方式对活性污泥混合液性质的影响

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;同时,微气泡及其产生方式可能对污泥混合液性质产生影响.本研究采用SPG膜微气泡发生系统研究了微气泡及其产生方式对污泥混合液性质的影响.结果表明,微气泡曝气中,微气泡附着于污泥絮体导致污泥上浮聚集,从而造成反应器中污泥浓度(MLSS)下降,以及污泥沉降性能变差.微气泡产生过程中,液体循环泵(离心型)产生的强水力剪切力作用于污泥混合液,造成污泥絮体破碎、污泥粒径减小以及污泥絮体EPS释放,进而使得上清液浊度和有机碳(特别是胶体有机碳)浓度升高,污泥絮体的再絮凝能力丧失.微气泡产生过程中,污泥破碎导致的污泥有机物的释放使得污泥混合液的黏度增加,但混合液表面张力保持不变.     

基于代谢产物调控的活性污泥沉淀性能控制原理研究

通过对不同沉降性能活性污泥的胞外聚合物(EPS)进行荧光特性分析,探讨了荧光强度峰值、荧光区域积分等参数与污泥沉降性能的关系.研究表明,典型波长下荧光强度峰值与污泥沉降性能之间有很好关联性,据此,建立了微生物典型代谢产物与沉淀性能的调控曲线即活性污泥的安全操作线与微生物代谢状态曲线,确立了活性污泥沉淀性能调控区域即高代谢产物区可获得良好的固液分离效果.研究成果从微生物代谢的角度揭示了絮体结构的调控方法,具有重要的理论意义.