胞外聚合物对活性污泥沉降和絮凝性能的影响研究

胞外聚合物 (EPS)对污泥沉降和絮凝性能具有重要影响 ,它由松散附着 (LB)和紧密粘附 (TB)的两部分组成。笔者考察了不同运行方式和不同泥龄培养的污泥LB和TB的含量及其成分对污泥沉降和絮凝性能的影响 ,研究结果表明 :虽然LB只占总EPS的 0 .6 %～ 13.5 % ,但它对污泥的沉降和絮凝性能起着决定作用 ,LB含量越多 ,污泥的沉降和絮凝性能越差 ;而TB的影响很小。因此 ,选择合适的运行方式 ,延长污泥泥龄 ,可减少LB含量 ,有利于活性污泥工艺运行安全、稳定、高效。     

除铬优势菌胞外聚合物的提取过程优化

采用阳离子交换树脂法对除铬(Ⅵ)优势菌(Brevibacillussp.)株的胞外聚合物(EPS)的提取过程进行优化,以得到EPS的最佳提取条件。综合考察树脂量、振摇频率、提取时间3个主要因素对优势菌胞外聚合物的影响。结合阳离子交换树脂对EPS的交换吸附机理,对3个提取条件下,EPS及其成分的提取量的变化趋势进行分析。结果表明,菌株经28℃、150 r/min、24 h培养后,确定阳离子交换树脂法提取优势菌EPS的最佳条件为树脂量30 g,振摇频率140 r/min,提取时间9 h,此条件下的EPS提取量为40.84μg/mL。     

好氧污泥胞外聚合物提取方法比较及其对染色剂玫瑰红B的吸附

分别采用热提法与蒸汽法对好氧污泥胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)进行了提取,对两种方法提取效果进行比较,并探讨了EPS投加量、吸附时间、温度、pH值等对吸附的影响。结果表明:采用热提法提取的EPS中蛋白质、多糖与核酸质量浓度分别为2.111 g/L、0.235 3 g/L、0.111 0 mg/L,蛋白质与多糖质量浓度比值为8.971;而采用蒸汽法提取的EPS中蛋白质、多糖与核酸质量浓度分别为2.828 g/L、0.744 4 g/L、0.247 9 mg/L,蛋白质与多糖质量浓度比值为3.800。pH值对染色剂玫瑰红B的吸附过程影响显著,适宜pH=6。随温度增加,吸附量增大,在50℃时达到最大。染色剂玫瑰红B在EPS上的吸附量随吸附时间增加而增大,初始进行得很快,在720min时达到吸附平衡。当EPS初始质量浓度为800 mg/L时,其饱和吸附量为12.61 mg/g。准二级动力方程很好地拟合了各温度的吸附动力学数据且R20.987。分别采用Langmuir与Freundlich等温吸附模型进行热力学拟合,Langmuir等温模型在各温度下的模拟方程决定系数均在0.7以下;而Freundlich等温模型各温度的模拟方程决定系数在0.81~0.98,相关性明显好于Langmuir吸附等温模型,因此吸附较符合Freundlich等温模型。     

Pb~(2+)对生物膜胞外聚合物(EPS)的影响研究

采用胁迫培养的方式,结合扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外分析(FTIR)研究了Pb2+对生物膜胞外聚合物(EPS)的影响,包括Pb2+对蛋白质和多糖产生量及比值(PN/PS)的影响、对EPS中Pb2+质量比的影响、对EPS基团和微观形态的影响。结果表明,Pb2+质量浓度为10 mg/L时,对蛋白质和多糖的产生有抑制作用;Pb2+质量浓度大于等于20 mg/L时,对蛋白质和多糖的产生有促进作用。PN/PS随Pb2+质量浓度升高而增大,在Pb2+质量浓度为40 mg/L时略有下降,说明Pb2+更有利于促进蛋白质的产生。生物膜中Pb2+质量比随Pb2+质量浓度升高而增加,证明Pb2+通过与蛋白质和多糖结合在生物膜上积累。FTIR分析表明,Pb2+的加入会导致羧基基团的振动减弱,羟基出现变形振动、伸缩振动等;SEM图像显示,加入Pb2+后,出现含Pb的白色沉淀物,阻塞了传质通道,使EPS孔洞和通道数目减少。     

电渗透-过硫酸盐氧化对污泥胞外聚合物的影响

利用电渗透-高级氧化协同的方法,采用自制装置对市政污水厂的脱水污泥进行了深度脱水研究,系统研究了恒定电压和恒定电流对污泥脱水效果的影响,并分析了电渗透-高级氧化协同对污泥中胞外聚合物(EPS)的影响规律。结果表明,电压和电流的变化对于污泥脱水的影响显著,电渗透-高级氧化协同对污泥中的胞外聚合物有明显的破坏作用,其中电渗透作用对松散附着型EPS(LB-EPS)和黏液层EPS(S-EPS)的破坏明显,而高级氧化作用对于紧密黏附型EPS(TB-EPS)的破坏更为显著。     

胞外聚合物蓄磷能力及与生物除磷的关系

为探明胞外聚合物(EPS)在生物除磷过程中的作用,采用人工模拟城市污水,对不同污泥龄(SRT)下厌氧/好氧(A/O)交替运行的SBR生物除磷系统的除磷效果进行监测,并对单位质量的活性污泥中所包含的总磷质量、EPS中吸附的总磷质量以及细胞吸收的总磷质量进行测定.结果表明,当SRT小于48 d时,A/O-SBR城市污水生物除磷系统均能取得良好的除磷效果,连续监测出水总磷质量浓度均小于0.5 mg/L,达到《城镇污水处理厂排放标准》的一级标准.EPS具有一定的蓄磷能力,单位质量的活性污泥中EPS含磷量(简称EPS含磷量)不超过10 mgP/gVSS,而同质量的活性污泥中的细胞含磷量(简称细胞含磷量)最高可达38 mgP/gVSS.EPS含磷量不随SRT发生变化,SRT在12～48 d时,EPS含磷量约为10 mgP/gVSS;而细胞含磷量会随SRT发生变化,SRT在12～48 d时,细胞含磷量在20～38 mgP/gVSS之间变化.城市污水处理厂的活性污泥中细胞含磷量始终大于EPS含磷量,水中的磷酸盐主要以聚磷颗粒的形式储存于细胞内.在一个厌氧/好氧交替的反应周期内,EPS含磷量并不是一直保持在10mgP/gVSS,而是出现波浪形变化趋势,有时甚至可高达20 mgP/gVSS.这种波动能够调节聚磷菌(PAO)胞外磷酸盐浓度,有利手聚磷菌抵抗高磷酸盐负荷.但在反应结束时EPS含磷量又会恢复到反应开始前的水平.因此,EPS在生物除磷过程中主要起缓冲作用,是胞内聚磷合成的中转站.     

酸去除剩余活性污泥重金属效果及农用安全性

污水处理厂剩余污泥中的重金属是污泥农用的潜在危害之一,因此如何有效去除污泥中的重金属以保证其农用安全性是当前迫切需要解决的问题。采集污水处理厂二沉池的活性污泥,比较不同物质的量比的盐酸和硝酸(1∶2、1∶1、2∶1)浸取污泥中重金属Pb、Zn、Cd、Cu和Mn的效果,采用Tessier连续提取方法定时检测污泥重金属相态分布,分析混合酸对污泥EPS结构和质量比的影响,并检验了处理后污泥对菠菜生长及重金属富集的影响。结果表明:1)盐酸/硝酸物质的量比为2∶1时效果最佳,重金属浸出率从高到低依次为Pb、Zn、Cd、Mn、Cu;2) Pb的可交换态和碳酸盐结合态比例最高,Cu的残渣态比例最大,可交换态、碳酸盐结合态和FeMn氧化物结合态比例越大,重金属的浸出率越高;3)酸浸试验期间EPS总量减少,黏液层和LB-EPS层易脱落;最后盆栽试验表明处理后污泥中重金属的潜在迁移性风险大大减弱,且污泥对菠菜生长有明显的促进作用。因此混合酸处理后污泥可以安全用于农业种植,且污泥与土壤干重比为1∶1时效果最佳。     

Cu2+对活性污泥代谢及群落结构的影响

为探究微量Cu2+对微生物代谢产物及群落结构的影响,采用序批式反应器(SBR),以含Cu2+原水作用下活性污泥为研究对象,分析不同质量浓度Cu2对胞外聚合物(EPS)和溶解性代谢产物(SMP)的影响,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析总细菌在不同质量浓度微量Cu2+驯化前后的群落结构.结果表明,活性污泥的EPS质量浓度受Cu2+的影响呈波动下降趋势,反应中后期趋于稳定,稳定区间与Cu2+质量浓度成反比.Cu2+加入反应体系后会造成SMP质量浓度短暂下降,随后微生物释放SMP来缓解环境压力,SMP质量浓度有所回升;中后期由于Cu2+积累导致细胞自溶、释放SMP,SMP质量浓度突增,增长幅度与Cu2+质量浓度成正比.不同质量浓度Cu2+会造成特定菌群的消亡,还会促进耐受力强的微生物成为优势菌种.含Cu2+原水会使微生物量和群落多样性降低,当Cu2+质量浓度为3.5 mg/L时SDI由1.92下降至1.23,而由于新优势菌种的产生,Cu2+质量浓度为5.0 mg/L时SDI有所回升.     

胞外生物高分子絮凝剂结构组成与絮凝机理研究

通过研究胞外生物高分子絮凝剂(BF SVI-SD)的成分与结构,探讨了微生物絮凝剂的絮凝机理.首先采用双缩脲反应、茚三酮反应、蒽酮比色法、Molisch反应、紫外吸收光谱、红外吸收光谱和扫描电镜等方法研究了胞外生物高分子絮凝剂BF SVI-SD的成分与结构.发现絮凝剂BF SVI-SD的主要成分为多糖,结构中含有大量羟基和羧基.高分子链以聚集态形式存在,呈现较疏松的纤维状结构.同时,分析了微生物絮凝剂对淀粉废水和生活污水处理及毒性试验结果,提出了絮凝机理.由于该絮凝剂是一种极性大分子,与水中有机物颗粒之间存在范德华力,和质点之间以离子键、氢键形式结合,通过吸附架桥作用形成絮凝体.     

超声预处理对污泥电脱水特性的改进

探讨超声波预处理对污泥电脱水性能的影响,并找到超声波预处理能够对电脱水产生促进作用的最佳工况。以天津市纪庄子污水处理厂的污泥为研究对象,采用自制的超声预处理电渗透污泥脱水装置进行试验,考察超声波声强和作用时间等因素对污泥电脱水效果的影响。试验开始前对污泥在0.1 MPa压力下进行机械预压0.5min,使污泥挤压密实,以保证电流和超声波在污泥介质中能够均匀平稳地流通。在整个脱水过程中机械压力恒定在0.1 MPa,总作用时间为5.5 min;电脱水过程中电压控制在60 V(泥饼厚度为2 cm),总作用时间为5 min。结果表明,在固定频率20 k Hz、相同电场和压力场作用下,适当的超声波声强和预处理时间能够对电渗透脱水产生积极作用,且超声预处理的最佳作用工况为声强0.510 W/cm2(功率40 W),超声预处理3.5 min。在最佳作用工况下,污泥脱水率达到24.35%,同时减缓了电流的衰减速率,增强了电脱水的效果。     

软/硬质悬浮填料对MBR中EPS的影响

以聚丙烯无纺布为膜组件,向浸渍式膜生物反应器(MBR)中分别投加硬/软质悬浮填料处理人工废水.分析测定EPS、SVI、膜污染阻力及跨膜压力的变化,采用统计分析方法研究了软/硬质悬浮填料对MBR中EPS及SVI的影响;通过扫描电镜(SEM)分析,表征添加软/硬质悬浮填料膜表面的污染状况.结果表明,添加软/硬质悬浮填料膜组件表面滤饼中的溶解性EPSS和结合性EPSB与膜污染阻力的皮尔逊相关系数(rp)分别为0.929～ 0.984和0.798～0.853,EPSS与膜污染阻力之间表现出更强的相关性,EPSS对膜污染阻力的贡献大于EPSB.添加软/硬质悬浮填料MBR污泥混合液的EPS与SVI的皮尔逊系数(rp)分别为0.895和0.798,呈现明显的正相关性.SEM分析也表明,添加软质填料的膜表面污泥覆盖程度大于硬质填料的膜表面,但膜内部的污泥沉积量明显低于硬质填料.与软质悬浮填料相比,硬质悬浮填料能导致MBR污泥混合液的SVI和EPS含量增大,增加膜污染速率和不可逆膜污染阻力,软质悬浮填料具有更好的控制膜不可逆污染的效能.     

响应面法优化超声吹脱处理香兰素生产废水中的氨氮工艺研究

为了提高废水中氨氮处理效率,采用响应面分析法对超声吹脱处理香兰素生产废水中的氨氮工艺条件进行优化,建立了吹脱时间、pH值、超声波功率及气液比4个关键因素与氨氮去除率之间的回归模型。结果表明,各影响因素对氨氮去除率影响程度由大到小依次为超声波功率、气液比、pH值、吹脱时间。确定对氨氮去除的最佳工艺条件为在超声功率90 W,超声吹脱时间90 min,pH值12、气液比600∶1的条件下,氨氮的去除率达到91.60%,与预测值接近,表明拟合度好。试验模型可以用来指导超声吹脱法处理废水中的氨氮。     

剩余污泥制备活性炭吸附剂及其应用研究

以城市污水厂剩余污泥为原料,采用不同活化方法制备活性炭吸附剂,同时对比不同活化剂活化效果,并对影响活化产物吸附性能的因素进行了研究.结果表明,化学活化法制备的活性炭吸附剂性能较好,最佳活化剂为ZnCl2与H2S04复配试剂.其最佳制备条件为:活化剂ZnCl2与H2SO4浓度均为5 mol·L-1(ZnCl2与H2SO4复配比例为2:1),活化温度550℃,固液比1:2.5,活化时间2 h.制备的活性炭吸附剂碘吸附值为488.02 mg·g-1,得率为86.6%.活性炭吸附剂比表面积为144.47m2·g-1,孔体积为0.05 mL·g-1,微孔体积为0.02 mL·g,平均孔径为38.51 nm.热分析干污泥在244.62℃失重(约为34 19%),失重成分主要是污泥中的有机物挥发组分.采用制备的活性炭吸附剂处理城市污水,COD去除率较高,污水色度也有了较大改善.     

活性污泥缓冲性能研究

探索一种新的参数,使之能够较为全面地反映活性污泥的性质,简化活性污泥评价系统.通过测定不同活性污泥的pH值和ORP(氧化还原电位)缓冲容量,研究污泥缓冲能力及与污泥性质的关系,探索它成为评价活性污泥系统参数的可行性.结果表明,活性污泥对酸、碱、氧化剂和还原剂有一定的缓冲能力,其缓冲容量与污泥性质有相关性,且缓冲容量高的污泥的沉降性、脱水性和絮凝性好,即活性污泥水处理和后期污泥处理容易进行,因此,可将污泥pH值和ORP缓冲性能作为评价污泥系统的参数.研究表明,污泥pH值和ORP符合能斯特方程的线性关系.     

贫营养条件下MBR与IAMBR脱氮效果分析

以膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor,MBR)工艺和间歇曝气式膜生物反应器(Intermittent Aeration Membrane Bio-Reactor,IAMBR)工艺进行对比运行试验,探求贫营养条件下系统的运行和脱氮特性。定期测量各项氮指标及混合液污泥浓度等数据,结果表明:IAMBR系统整个周期内的氨氮去除率(平均值为81%)基本高于MBR(平均值为76%);IAMBR的总氮去除率虽然有限,但基本维持了理论上的出水总氮质量浓度小于进水总氮质量浓度,优于MBR的总氮去除率负值状态;试验末期,MBR的污泥质量浓度迅速下降至3 650 mg/L以下,而间歇曝气式IAMBR的污泥质量浓度仍旧保持在4 530 mg/L。因此,整体来看IAMBR系统比MBR更能经受贫营养环境的冲击。     

磷酸钙盐法回收剩余污泥超声波处理上清液中磷的研究

在污泥减量化处理中,细胞微生物中的碳氮磷等会释放到上清液中。为了对上清液中的磷进行有效回收,在前期研究的基础上,以生物厌氧好氧除磷(An/O)工艺的剩余污泥超声波处理上清液为研究对象,考察了磷酸钙盐(HAP)法的磷回收效果。结果表明:HAP法反应较快,5 min时反应基本完成;初始pH值在8.5～10.0时,回收率均可保持在较高水平;最佳钙磷比(Ca2+/PO34--P)为3.87。在以上最佳工艺条件下,总磷(TP)、正磷酸盐(PO34--P)的回收率分别达到88.4%、94.0%,同时对上清液中的有机物、氮也有一定的去除。     

活性污泥吸附预处理腈纶废水的机理研究

以活性污泥作为吸附材料,研究了其对腈纶废水COD的吸附特征。结果表明,活性污泥可吸附腈纶废水中的COD,吸附量可达135 mg/g。伪二级动力学方程能很好地描述活性污泥对腈纶废水中的COD的吸附过程,模型计算出的二级吸附速率常数(k2)为2.3×10-4g/(mg·min);Langmuir方程最适合描述该吸附过程,决定系数在0.96以上。从活性污泥吸附前后腈纶废水中的有机物相对分子质量分级结果可以看出,活性污泥对大分子(30 k Da)有机物有较好的去除,污泥的电镜照片也证明了该点。研究表明,活性污泥吸附可去除腈纶废水中的悬浮物和胶体物,是有效的腈纶废水预处理方法。     

EPS外保温材料火灾蔓延速率的数值模拟与试验研究

根据火灾动力学理论,建立了热塑性外保温材料火蔓延速率模型。该模型对实际燃烧过程做了一定的假设简化,主要考虑了材料厚度和火源位置对材料燃烧发展过程的影响。并提出无量纲参数"耦合燃烧度",用来表征热塑性材料的燃烧壁面与高温熔滴形成的油池火之间相互作用的程度。基于ISO9705全尺寸热释放速率实验室,采用20×20×10 cm3正庚烷油槽火源为火源样式,设计了4种不同的燃烧工况研究EPS外保温材料的火蔓延规律和影响因素。结果表明:其火蔓延速率随时间变化呈指数增长,EPS的火蔓延速率的回归方程通式为Vp(t)=Aexp(Bt),与理论推导方程Vp(t)=φ1exp(φ2t)有较好的相关性。当EPS的厚度为50 mm时,火蔓延速率增幅最小;"耦合燃烧度"越大,火蔓延速率增长越快;"耦合燃烧度"随材料厚度的增加而增大;不同火源位置下,"耦合燃烧度"从大到小为中火、底火、顶火、边角火。理论模型与试验结果有较好的一致性,可以有效预测热塑性外保温材料的火蔓延速率。     

球形磁性活性炭制备及对土壤重金属Pb的吸附研究

以废旧汽车轮胎橡胶与城市污水处理厂污泥为原料,采用ZnCl2与H_2SO_4复配活化法,添加黏结剂和Fe_3O_4粉末,在真空管式气氛炉中炭化制备球形磁性活性炭,并测定其物理化学性能。研究球形磁性活性炭添加量、土壤pH值和含水率对球形磁性活性炭吸附重金属Pb的影响。采用火焰法-原子吸收分光光度计测定球形磁性活性炭对Pb的吸附量。结果表明:球形磁性活性炭的比表面积及亚甲基蓝吸附量相比商品活性炭要小,但其抗压强度高,不容易松散,便于回收,酸性官能团总量高,有助于提高球形磁性活性炭的吸附性能和对重金属的亲和力,因此球形磁性活性炭的综合理化性能优于干污泥活性炭和商品活性炭,适合用于土壤中重金属Pb的吸附;随添加量增加,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量也增加,当球形磁性活性炭添加质量分数为6%时,达到最优吸附效果;随土壤pH值增加,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量也增加,但当pH值超过5时,其吸附量开始下降;当吸附时间达到35 d后,其吸附量基本处于饱和状态;土壤含水率为20%时,吸附达到平衡。在最优工艺参数下,球形磁性活性炭对土壤中Pb的吸附量达到最大,为3.55 mg/g。球形磁性活性炭对土壤中重金属Pb的吸附过程可以用准二级动力学方程较好地解释,而且球形磁性活性炭经过1次再生后用于吸附土壤中Pb时,其吸附量达到2.56 mg/g,再生效率达72.11%,吸附效果良好。