污泥热水解滤液作污水反硝化碳源的脱氮性能

以污泥热水解滤液作为外加碳源,通过对SBR反应器脱氮效果、碳氮平衡及活性污泥EPS的分析,探究了污泥热水解滤液的脱氮性能,并与传统碳源乙酸钠进行了比较.结果表明,污泥热水解滤液和乙酸钠作为碳源可将出水TN从27.64mg/L分别降至12.05mg/L和7.98mg/L,说明两种碳源的投加均能强化反硝化过程;通过碳氮平衡分析可以看出,未加入碳源时污水TN去除率只有47.83%,加入热水解滤液后污水的TN去除率达到了81.30%,且滤液增加的氮负荷远远小于滤液作为外加碳源去除污水中TN的量;加入热水解滤液和乙酸钠时,活性污泥的EPS均有增加,但乙酸钠为碳源时的EPS含量更高,而EPS的增加引起了污泥SVI的增大.     

厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物金属元素特性

为探究厌氧氨氧化颗粒污泥胞外金属元素特性,将厌氧氨氧化颗粒污泥根据粒径筛分为0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm 3组,提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物（EPS）,研究EPS金属元素特性.结果表明,蛋白质（PN）是厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分,占EPS含量的84.2%以上.随着粒径的增大,EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量均增多,且与EPS中蛋白质含量变化一致.EPS中K、Ca、Mg元素的离子形式占比分别为68.6%、56.2%、94.7%.EPS经过阳离子交换树脂（CER）处理后,0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm组EPS Zeta电位分别减小了4.7,7.2,9.1mV,EPS中的金属离子可通过压缩双电层作用促进颗粒污泥的聚集,金属离子对大粒径颗粒污泥EPS Zeta电位的影响幅度更大.     

活性污泥胞外聚合物的组成与结构特点及环境行为

在活性污泥处理系统中,微生物大多以污泥絮体的形式悬浮在水中。胞外聚合物(EPS)作为污泥絮体的重要组成部分,以其独特的聚合结构和化学组成,在污水生物处理系统中起到重要作用。为了更好的描述EPS的环境行为,文章综合了近年来国内外相关的研究成果,首先分析了EPS的来源、化学组成及结构分布,得出EPS中包含蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸、糖醛酸及脂类大分子等化学物质,其中蛋白质和多糖之和占总有机物含量的70%~80%;在结构上,EPS分为SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS,三者与细胞结合的紧密程度递增,其中所含化学成分比例的不同将使其具有不同的理化特性。其次,文章对EPS的理化特征对污水处理系统的影响,如对系统中微生物降解特性的影响、磷和重金属的吸附等进行了讨论,并总结了EPS中相关的官能团对上述环境行为的贡献。同时,文章还论述了EPS中官能团的亲疏水特性及化学成分对污泥絮体的脱水性、絮凝沉降性能的影响。     

ANAMMOX的快速启动及EPS在ANAMMOX颗粒污泥中的空间分布

为探讨厌氧氨氧化反应的快速启动过程及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)在厌氧氨氧化颗粒污泥中的空间分布,采用厌氧序批式反应器(anaerobic sequencing batch reactor,ASBR)接种活性污泥成功启动厌氧氨氧化反应.结果表明稳定运行时,NH_4~+-N、NO_2~--N去除率均达到99%以上,TN去除率为89.87%±0.43%,总氮(TN)去除负荷达到1.7kg·(m~3·d)~(-1).NH_4~+-N与NO_2~--N的消耗量和NO_3~--N生成量之间的比例关系为1∶(1.32±0.08)∶(0.24±0.03).反应器运行中,出水pH和NO_3~--N浓度可作为反应性能的指标,快速判断反应器运行情况.蛋白质为厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要组分,蛋白质(PN)和多糖(PS)的含量分别为(59.61±5.64)mg·g~(-1)、(12.21±2.04)mg·g~(-1),PN/PS为4.88±1.39.β-D-呋喃葡萄糖和死细胞集中分布在颗粒污泥最外层;活细胞、蛋白质、脂类、α-呋喃葡萄糖和α-甘露糖遍布整个颗粒污泥,但主要集中在外侧.蛋白质和脂类构成了厌氧氨氧化颗粒污泥的骨架,厌氧氨氧化菌分布在蛋白质和脂类中间.     

胞外聚合物对活性污泥吸附去除全氟辛烷磺酸（PFOS）的影响

采用活性污泥和去除胞外聚合物(EPS)污泥作为吸附剂,探讨污泥吸附PFOS的机制和EPS在吸附过程中的作用.结果表明,活性污泥和去除EPS污泥吸附PFOS均符合准二级动力学方程,平衡吸附量(q_e)分别为0.46 mg·g~(-1)和0.38 mg·g~(-1),化学吸附占主要作用.吸附等温线可以用Freundlich、Langmuir及Temkin方程拟合.Ca~(2+)和Cu~(2+)通过离子架桥作用促进PFOS在污泥上的吸附.活性污泥吸附去除PFOS的效果明显优于去除EPS后的污泥.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电发射光谱(XPS)分析吸附前后的污泥官能团变化,发现去除了EPS的污泥中羟基、羧基和氨基活性基团减少,而这些基团是PFOS吸附过程中参与反应的主要成分.由此可见污泥EPS中蛋白质含有的羧基和氨基活性基团为PFOS提供了吸附反应位点,EPS在吸附过程中起到至关重要的作用.     

进水氨氮浓度对生物除磷颗粒系统的影响

在SBR反应器中接种成熟的生物除磷颗粒,通过分阶段提高进水中氨氮浓度,研究了进水氨氮浓度对生物除磷颗粒系统的影响,确定系统对进水氨氮负荷的承受能力.结果表明,进水氨氮浓度低于45 mg·L~(-1)时,生物除磷颗粒系统具有良好的性能,TP去除率在96%以上,COD去除率在89%以上,出水TP浓度和COD浓度分别在0. 4 mg·L~(-1)和25 mg·L~(-1)以下,颗粒粒径在950μm以上,SVI在45 m L·g~(-1)以下;进水氨氮浓度为60 mg·L~(-1)时,TP去除率在95%以上,出水TP浓度在0. 5mg·L~(-1)以下,颗粒粒径为760μm,SVI为56 m L·g~(-1),系统中生物除磷颗粒出现部分解体,PAOs代谢和生长开始受到抑制.进水氨氮浓度达到70 mg·L~(-1)时,TP去除率为70%,出水TP浓度在3 mg·L~(-1)左右,颗粒粒径为570μm,SVI为75 m L·g~(-1),PN/PS值达到7. 50左右,系统中生物除磷颗粒严重解体,PAOs代谢和生长被严重抑制.随着进水氨氮浓度上升,导致生物除磷颗粒中微生物分泌蛋白质增加和多糖减少,PN/PS值增大,出现生物除磷颗粒解体,颗粒粒径减小和SVI上升,生物除磷颗粒的结构和功能被破坏.     

厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及其对污泥表面特性的影响

取厌氧氨氧化EGSB反应器中颗粒污泥,根据粒径筛分为R1(0. 5～1. 4 mm)、R2(1. 4～2. 8 mm)和R3( 2. 8 mm)这3组.提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS,分析EPS特性及其对厌氧氨氧化聚集体表面特性的影响.随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增加,PS含量介于(10. 69±0. 11)～(12. 28±0. 15) mg·g~(-1)之间,而PN含量从(56. 88±0. 86) mg·g~(-1)增加到(98. 59±2. 10) mg·g~(-1),且PN/PS从5. 32提高到9. 05.不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS官能团及三维荧光组分含量不同.随着颗粒污泥粒径增大,蛋白质二级结构α-螺旋/(β-折叠+无规卷曲)值从0. 60逐渐降低到0. 43,这种变化有利于污泥表面疏水性的表达.随着颗粒污泥粒径的增大,污泥表面疏水性由54. 2%提高到63. 1%,Zeta电位由-41. 2 m V增加到-31. 5 m V,疏水性的增强和表面电荷的增大有利于颗粒污泥的聚集.厌氧氨氧化颗粒污泥EPS可以增强污泥疏水性和提高Zeta电位,EPS中的PN发挥着重要的作用.     

有机物特性对AAO系统污泥沉降性能的影响

研究了不同进水混合型有机物组成下AAO系统中活性污泥菌群结构演替规律以及微生物胞内、胞外聚合物的变化对污泥沉降性能的影响.结果表明,当进水中有机物全部为溶解态时,污泥沉降性能最佳,污泥体积指数(sludge volume index,SVI)为70 m L·g-1,且优于进水有机物以溶解态为主(SVI=120 m L·g-1)和以颗粒态为主(SVI=280 m L·g-1)的系统.根据菌群结构分析可知Thiothrix、Chryseolinea和Trichococcus这3种菌属对污泥沉降性能的影响至关重要.其中颗粒态有机物可促进Trichococcus的生长,而溶解态有机物可促进Thiothrix和Chryseolinea的生长.此外,菌群结构的改变也对胞内及胞外聚合物的变化有重要影响,从而加剧污泥沉降性能改善或恶化的进程.较高的溶解态有机物含量可提高胞内聚合物贮存能力,并改善污泥沉降性能.同时,污泥沉降性能也与松散附着胞外聚合物(loosely bound extracellular polymeric substances,LB-EPS)中多糖、蛋白质和Zeta电位呈显著负相关关系.     

胞外聚合物与溶解性微生物产物的关系

通过活性污泥内源呼吸试验,发现胞外聚合物与溶解性微生物产物之间存在相互转化、吸附与被吸附的关系。内源呼吸初期(0~19h),bound EPS水解生成BAP,细胞自溶过程也释放部分SMP。19~43h,微生物利用SMP中易降解部分生成bound EPS和UAP,大分子量的SMP被bound EPS吸附,并存在一定程度的细胞水解。43~162h为SMP分泌、溶出阶段,内源呼吸加强,微生物脱氢酶活性几乎丧失,细胞水解、自溶。bound EPS表面出现SMP解吸-吸附的交替过程。162~210h期间bound EPS水解及细胞自溶为主要过程。并且产出的SMP可生物降解性较差,对微生物表现出毒性作用,抑制其脱氢酶活性,而在毒性环境下,微生物又产出更多的SMP。     

胞外多聚物在好氧颗粒污泥形成中的作用机制

在SBR反应器活性污泥好氧颗粒化过程中,分析不同时期污泥EPS主要成分的变化、污泥表面特性的变化及二者相关关系.不同时期污泥样品胞外蛋白的SDS-PAGE表明,蛋白分子量条带主要分布在（31.0～97.4）×10³,与种泥相比,颗粒污泥在形成过程中增加了一些新蛋白条带,且条带颜色逐渐变深,定性表明蛋白种类及含量的增加.定量测定也表明,胞外蛋白分泌量随颗粒污泥的形成逐渐从49.4 mg·g^-1增至148.3 mg·g^-1,多糖则无明显变化,蛋白/多糖值也从2.3逐渐增至4.9.颗粒污泥表面疏水性比种泥约增加1倍,疏水性的变化与蛋白/多糖值正相关,相关系数为0.969.测得种泥与颗粒污泥表面Zeta电位平均值分别为-28.5 mV和-13.2　mV,颗粒污泥表面的电负性明显降低.由蛋白质自身特性,可推测其通过增加污泥表面相对疏水性和降低污泥表面电负性而促进好氧颗粒污泥形成的作用机制.