炭材料调理改善活性污泥脱水性能的影响机制

活性污泥中的胞外聚合物EPS含黏性蛋白类物质并高度亲水,调控污泥中溶解性EPS和溶解性蛋白类物质是改善污泥脱水的有效途径。通过使用不同炭材料调理污泥的方法来观察污泥脱水性能的变化,深入解析污泥絮体及EPS含量和组分的变化特征。结果表明:炭材料调理污泥可以改善其脱水性,且炭材料吸附容量越大对污泥脱水性改善效果越好;不同炭材料对污泥絮体影响效果不同,经过未改性活性炭(AC-0)、HNO3改性活性炭(AC-1)和石墨调理的污泥絮体粒径变大,经酸碱交替改性活性炭(AC-5)调理的污泥絮体粒径变小;炭材料调理后EPS中蛋白类的荧光峰A、B和腐殖酸、富里酸的荧光峰C、D都得到有效降低,且其对腐殖酸和富里酸的吸附效果比蛋白类物质要好,对低分子质量物质和中分子质量物质的吸附效果要好于对大分子质量物质的吸附效果。     

高铁酸钾预处理对活性污泥脱水性能的影响

通过投入不同剂量的高铁酸钾于剩余活性污泥中,研究其对污泥絮体性质和脱水性能的影响作用。污泥絮体性质的研究包括絮体粒径的变化以及污泥EPS含量的变化。脱水性能的研究包括过滤脱水性能(以CST表征)以及脱水程度(离心泥饼含固率)。实验结果表明,高铁酸钾的强氧化性可以破坏污泥絮体结构,提高污泥的机械脱水程度;但同时污泥EPS含量增加,对污泥过滤脱水性能有负面影响。高铁酸钾氧化分解生成的Fe(OH)3具有絮凝能力,可以使污泥颗粒重新絮凝;而其混凝作用可以破坏污泥细胞的稳定性,提高污泥的沉降性能。     

溶气气浮过程动力学模型的分形观

凝聚/絮凝过程中形成的絮体通常具有分形几何结构,导致絮体的密度、渗透性发生了变化,从而对于固液分离过程(沉淀、气浮和过滤)带来很大的影响。本文基于前人对于絮体分形的研究成果,建立了絮体与微气泡之间接触碰撞的动力学方程、絮体/微气泡聚集体在水中上升的分形速率方程。絮体与微气泡间的相对尺度和流态的不同会有不同的碰撞机制,相应的动力学方程式与絮体的分形维数也有不同的关系。     

溶气气浮过程动力学模型的分形观

凝聚／絮凝过程中形成的絮体通常具有分形几何结构，导致絮体的密度、渗透性发生了变化，从而对于固液分离过程(沉淀、气浮和过滤)带来很大的影响。本文基于前人对于絮体分形的研究成果，建立了絮体与微气泡之间接触碰撞的动力学方程、絮体／微气泡聚集体在水中上升的分形速率方程。絮体与微气泡间的相对尺度和流态的不同会有不同的碰撞机制，相应的动力学方程式与絮体的分形维数也有不同的关系。     

pH对活性污泥表面特性和形态结构的影响

采用4个平行的序批式反应器,研究了不同pH下活性污泥絮体表面特性和形态结构的变化.结果表明:酸性条件下(pH=4.0,5.5)污泥产生的胞外聚合物总量较多,其中多糖和蛋白质的含量远大于中性(pH=7.0)和偏碱性条件(pH=9.0).污泥表面Zeta电位随pH的升岛而降低;pH对污泥相对疏水性的影响规律并不明显,EPS组成比例较EPS总量本身更易影响污泥表面相对疏水性;此外,在酸性条件下,丝状菌大量生长,导致污泥絮体的平均粒径增大,并且呈现双峰粒径分布,絮体分形维数较低,结构松散;在中性条件下,无明显丝状菌牛长,絮体平均粒径减小,分形维数较高,结构致密;偏碱性条件下,虽然没有出现大量丝状菌,但絮体平均粒径较中性条件略有增大,分形维数相应减小.     

Ca(Ⅱ)在活性污泥生物絮凝中的作用研究

采用4个平行的序批式反应器(SBR),研究了进水Ca2+浓度对活性污泥絮体表而特性和结构稳定性的影响,并由此来确定Ca2+在生物絮凝中的作用.结果表明:随着进水Ca2+浓度的增加,污泥中的Ca含量逐渐增大.进水中Ca2+的加入,增大了污泥絮体的粒径和密度,进南改善了污泥的沉降性能;Ca2+的加入,使可供结合的蛋白质数量最高增至近1倍,污泥表面疏水性也相应增强;污泥絮凝性能的改善,主要和可供Ca2+结合的蛋白质含量增加有关,而非多糖;EDTA通过络合污泥絮体中的Ca2+,破坏了山Ca2+架桥形成的污泥絮体结构,这说明Ca2+可通过和胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中的负电官能团架桥来促进污泥絮体的形成并维持絮体结构的稳定性.     

膜生物反应器中EPS对污泥絮体形成的影响及其膜污染特性研究

为了给减缓膜生物反应器(MBR)膜污染提供新思路,对MBR中EPS各组分对污泥聚集性能的影响及其膜污染特性进行研究。通过分析MBR中污泥的聚集性,发现原始污泥的聚集速率常数为0.0151,提取EPS后污泥的聚集速率常数为0.00181,由此可以看出EPS在污泥聚集的过程中起重要作用。为了进一步明确EPS各组分对MBR中污泥聚集性能的影响,利用扩展的DLVO理论研究MBR中EPS及其各组分对污泥聚集性能的影响,发现MBR中EPS里粘液的二级能量最小值大约为-0.94 KT,松散型EPS(LB-EPS)为-2.98 KT,紧密型EPS(TB-EPS)为-3.87 KT,说明TB-EPS在污泥聚集的过程中起重要作用。进一步通过三维荧光光谱及EPS浓度分析,发现EPS各组分浓度及结构的不同导致EPS各组分对污泥聚集性起不同的作用。通过吸附实验、原子力显微镜观察发现EPS各组分的膜污染速率为:上清液<粘液相似文献   

絮凝形态学研究及进展

从水体中原始颗粒、絮凝剂和絮体 3个方面综述了絮凝形态学的研究进展 ,尤其是分形理论在絮凝理论与工程中的应用。絮体是具有自相似或自仿射和标度不变的分形结构 ,其分形维数是描述絮凝过程的重要因素。絮体分形结构导致了絮体碰撞的作用半径、有效密度等变化 ,从而对颗粒物分离过程有重要的影响。     

絮凝形态学研究及进展

从水体中原始颗粒、絮凝剂和絮体3个方面综述了絮凝形态学的研究进展，尤其是分形理论在絮凝理论与工程中的应用。絮体是具有自相似或自仿射和标度不变的分形结构，其分形维数是描述絮凝过程的重要因素。絮体分形结构导致了絮体碰撞的作用半径、有效密度等变化，从而对颗粒物分离过程有重要的影响。     

我国不同地区市政污泥理化性质及其对脱水性能的影响

选取我国南北方地区各5处典型污水处理厂,对其污泥的絮体特性、胞外聚合物(EPS)、脱水性能进行了对比研究.Pearson相关性分析结果表明,不同地区污水处理厂污泥的理化性质和脱水性能方面具有明显差异;污泥絮体粒径与污泥有机质含量呈显著正相关.相比多糖,污泥EPS中蛋白质对污泥脱水性能的影响更大,尤其溶解性胞外聚合物(S...     

基于粒度分布的活性污泥胞外聚合物提取及凝聚特性分析

胞外聚合物(EPS)在活性污泥的凝聚及结构方面起着重要的作用。现有研究一般根据分离难易程度及空间分布,将EPS分为溶解型EPS(SEPS),松散结合型EPS(LB-EPS)和紧密结合型EPS(TB-EPS)。本研究提出了根据EPS功能进行分类的概念,将EPS分为絮体EPS(extra-microcolony polymeric substances,EMPS)和菌胶团EPS(extra-cellular polymeric substances,ECPS)。以活性污泥粒度分布的演变为基础,采用阳离子交换树脂法作为一次提取法,甲醛加碱法和超声-高速离心法2种方法分别作为二次提取法,对EMPS和ECPS进行分离提取,并对其功能及凝聚特性进行分析。结果显示,阳离子交换树脂法可有效提取EMPS,而超声-高速离心法可有效提取ECPS。ECPS比EMPS含有更多的蛋白质和多糖,且ECPS比EMPS具有更强的疏水性。此外,EMPS和ECPS都表现出较强的带负电特性。结果表明,活性污泥絮体层级和菌胶团层级的聚合力不同,絮体层级的絮凝主要由二价阳离子的桥联作用引起,而菌胶团层级的凝聚则是由疏水作用等其他作用力引起。     

电絮凝耦合DSA或过氧化氢强化污泥脱水性能的比较与机理分析

为解决电絮凝法调理污泥期间电场无法有效破解污泥絮体、改善污泥脱水问题,分别将电絮凝与尺寸稳定阳极(DSA,Dimensionally-stable anodes)电极、H₂O₂进行耦合,比较和分析2种耦合工艺对污泥过滤性能、絮体破解程度、胞外聚合物(EPS)组分改变和污泥脱水性能的差异。结果表明,电絮凝耦合H₂O₂形成的间接氧化体系中,由于电致·OH在非均相体系中能无选择性地破坏污泥絮体、破解污泥细胞并降解胞外聚合物(EPS),从而促使阳极释放的铁离子通过吸附架桥、网捕等作用与絮体碎片和EPS片段重聚并沉淀,使15 min内污泥毛细吸水时间(CST)和污泥含水率(MC)分别下降了73.9%和31.4%;然而电絮凝耦合DSA直接氧化法同期的污泥CST和MC仅分别下降了64.9%和26.4%。此外,间接氧化法可以同时降解松散结合层(LB-EPS)和紧密结合层(TB-EPS),破坏EPS蛋白质亲水基团与水的作用力,并改善传统电化学法主要降解LB-EPS的不足,实现了提高电化学方法在同步污泥破解与沉降脱水方...     

Ca(II)在活性污泥生物絮凝中的作用研究

采用4个平行的序批式反应器(SBR),研究了进水Ca²⁺浓度对活性污泥絮体表面特性和结构稳定性的影响,并由此来确定Ca²⁺在生物絮凝中的作用。结果表明：随着进水Ca²⁺浓度的增加,污泥中的Ca含量逐渐增大。进水中Ca²⁺的加入,增大了污泥絮体的粒径和密度,进而改善了污泥的沉降性能;Ca²⁺的加入,使可供结合的蛋白质数量最高增至近1倍,污泥表面疏水性也相应增强;污泥絮凝性能的改善,主要和可供Ca²⁺结合的蛋白质含量增加有关,而非多糖;EDTA通过络合污泥絮体中的Ca²⁺,破坏了由Ca²⁺架桥形成的污泥絮体结构,这说明Ca²⁺可通过和胞外聚合物（extracellular polymeric substances, EPS）中的负电官能团架桥来促进污泥絮体的形成并维持絮体结构的稳定性。     

不同泥龄对活性污泥絮凝特性的影响

为了揭示不同污泥龄活性污泥的絮凝特性及作用机制,采用序批式反应器,考察污泥龄(solid retention time,SRT)对絮体EPS(extra-micro colony polymeric substances,EMPS)和菌胶团EPS(extra-cellular polymeric substances,ECPS)2种EPS组分的影响,通过扩展的DLVO理论和EPS组分解析不同污泥龄的絮凝性能。研究结果表明,随着SRT的增大,活性污泥的相互作用能曲线存在明显的势垒和势垒值逐渐减少,EMPS和ECPS含量逐渐减少,且相对于ECPS的变化,EMPS含量随泥龄的变化更加明显,其中蛋白质与腐殖质含量逐渐降低,污泥絮凝性能变好。这表明,较高的污泥相互作用能势垒和EMPS组分含量是污泥絮凝性能低的内在机制,且EMPS中蛋白质和腐殖质含量的变化是不同污泥龄污泥絮凝性能差异的主要原因。     

典型化学条件对Fe~(2+)促进消化污泥凝聚性能的影响

以消化污泥为研究对象,研究了Fe~(2+)浓度、pH和离子强度等因素对Fe~(2+)促进消化污泥凝聚性能的影响,采用扩展的DLVO理论(EDLVO)探讨了污泥絮体凝聚过程中结合能的变化特征,并对典型条件下各层胞外聚合物(EPS)的三维荧光谱图(EEM)进行了分析。结果表明:Fe~(2+)促进消化污泥凝聚的最佳化学条件为Fe~(2+)浓度50 mmol·L~(-1),pH=7.57(原始值),离子强度0.01 mol·L~(-1)。在最佳Fe~(2+)浓度或pH下,Fe~(2+)促进污泥凝聚的主要作用为:增大Zeta电位、提高絮体粒径和密实程度、增强疏水性和降低污泥絮体间的能垒;在最佳离子强度下,提高絮体粒径和密实程度是促进污泥凝聚的主要作用;离子强度的增加并未降低污泥位能曲线的能垒。EEM证明,Fe~(2+)主要与污泥EPS中slime层结合以促进污泥凝聚,主要结合物为蛋白质A、可见富里酸和紫外富里酸。     

臭氧气浮工艺絮体尺度与界面理化特性调控

针对臭氧气浮工艺对有机物脱色和去除性能的限制,通过阴、阳离子型聚丙烯酰胺(ployacrylamide,PAM)对以腐殖酸为代表的天然有机物絮体的尺度调控,采用气载絮体尺度、二维分形维数及絮体与微气泡间的接触角对PAM浓度梯度下形成的气载絮体进行了表征;研究了阴阳离子型PAM浓度梯度对腐殖酸的降解效果和气载絮体尺度;并探讨了阴阳离子型PAM、絮体与微气泡间的结合机理。结果表明:PAM的投加提高了臭氧气浮工艺中腐殖酸的去除性能,且气载絮体尺寸、分形维数和接触角均有所增大;在不同类型PAM中均存在最佳PAM剂量,在此剂量下,体系内去除效果、气载絮体大小和接触角最大、分形维数最小;在最佳PAM剂量下,与阴离子型PAM相比,阳离子型PAM形成气载絮体的大小和接触角较大,分形维数较小,且去除效果较好。在臭氧气浮体系中,通过改善PAM、絮体与微气泡结合静电作用力的强弱形成了利于气浮的气载絮体尺度,提高了对腐殖酸的去除效果。     

密集生长条件下丝状菌结构分析

从丝状菌结构入手,控制条件使丝状菌致密生长是控制丝状菌污泥膨胀的一种新思路。提出了"节点密度"的概念,以表征菌丝体之间的缠绕特征。研究发现,丝状菌菌丝体的节点密度及其网眼的椭圆度与SVI分别呈正相关和负相关性。另外,实验过程中丝状菌密集生长形成质量较大的丝状菌絮体,该絮体具有良好的泥水分离效果和较低的SVI值。但丝状菌大絮体会造成反应器中局部溶氧不均,降低传质效率,进而导致大絮体解体,且氨氮去除率不高。关于丝状菌大絮体如何形成且长时间稳定存在的问题,还有待于进一步研究。     

剪切应力对活性污泥絮体特征的影响

采用具有自动控制系统可周期性改变搅拌速度的生物反应器处理生活污水,研究了剪切应力周期变化对活性污泥絮体特征及功能菌群分布的影响。结果表明,在相同的运行条件下,运行初期的污泥形态不规则,结构疏松,其内部各功能菌群丰度差异较大,污泥絮体粒径受剪切应力影响较大,最大和最小剪切应力下污泥平均粒径相差30μm;随着反应器运行时间的延长,活性污泥絮体的粒径减小;到达运行稳定期,污泥粒径较小,但结构紧实,最大和最小剪切应力下污泥平均粒径相差仅为6μm,说明剪切应力对污泥粒径的影响减弱,其主要作用在于维持污泥絮体相对稳定的三维结构及相对平衡的功能菌群分布。此外,处理效果研究也表明,稳定的污泥结构有助于污染物去除效率的提高。     

混凝-气浮控制三卤甲烷生成势的研究

研究了混凝一气浮工艺对不同分子量区间三卤甲烷生成势（trihalomethanes formation potential,THMFP）的去除效果及絮体形态对THMFP去除效果的影响。结果表明,混凝一气浮工艺以去除大分子量区间THMFP为主,对小分子量区间THMFP的去除效果较差。UV254值与THMFP值的线性相关系数为0．9449,UV254值可以较好地反映THMFP的含量。絮体的分形维数为1．17～1．2时,孔隙率较大,可增加絮体对THMFP的活性吸附空间,且絮体相对密度较小,可增强同向絮凝作用,增加絮体和THMFP的接触概率,有利于气浮对THMFP的去除。     

混凝一气浮控制三卤甲烷生成势的研究

研究了混凝一气浮工艺对不同分子量区间三卤甲烷生成势（trihalomethanes formation potential,THMFP）的去除效果及絮体形态对THMFP去除效果的影响。结果表明,混凝一气浮工艺以去除大分子量区间THMFP为主,对小分子量区间THMFP的去除效果较差。UV254值与THMFP值的线性相关系数为0．9449,UV254值可以较好地反映THMFP的含量。絮体的分形维数为1．17～1．2时,孔隙率较大,可增加絮体对THMFP的活性吸附空间,且絮体相对密度较小,可增强同向絮凝作用,增加絮体和THMFP的接触概率,有利于气浮对THMFP的去除。