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。     

活性污泥中温与高温絮凝特性

为了揭示中温与高温活性污泥的絮凝特性及其作用机制,本研究采用序批式反应器,分别在35℃及55℃条件下培养了中温与高温活性污泥,考查了2种活性污泥的相互作用能与胞外聚合物的特性。研究结果表明：高温污泥系统出水浊度为（145±22．9）NTU,是中温污泥系统的近50倍。中温污泥的相互作用能曲线存在明显的势垒（313．4×10^-20J）,而高温污泥不存在明显势垒;高温污泥的松散型胞外聚合物与紧致型胞外聚合物的含量分别为中温污泥的12倍及3．5倍,且胞外聚合物中蛋白质、多糖、腐殖酸和DNA的含量均高于中温污泥的含量。这表明,尽管高温污泥相互作用能势垒低,但其胞外聚合物,尤其是松散型胞外聚合物含量过高,是高温污泥絮凝性能低的内在机制,而胞外聚合物组成特征不是中温和高温污泥絮凝性能差异的主要原因。     

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.     

污泥脱水性能的关键影响因素研究

针对目前污泥脱水性能影响因素不明的问题,研究通过对SBR在7种运行工况条件下活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)的提取和测试,并采用SPSS软件分析,探讨MLVSS/MLSS、胞外蛋白质/胞外多糖、胞外蛋白质含量、胞外多糖含量、EPS总含量对污泥脱水性能的影响。研究结果表明,MLVSS/MLSS、胞外蛋白质/胞外多糖是影响污泥脱水性能的关键因素,并建立了脱水污泥含水率和污泥结合水含量的影响因素模型:脱水污泥含水率=0.229×(MLVSS/MLSS)+0.023×(胞外蛋白质/胞外多糖)+0.539、污泥结合水含量=2.876×(MLVSS/MLSS)+0.335×(胞外蛋白质/胞外多糖)-0.012,通过对7个城市污水厂污泥脱水性能测试比较表明,模型对脱水污泥含水率和污泥结合水含量预测值相对误差分别在±1%和±5%以内,对污泥脱水性能预测效果良好。     

胞外多聚物对活性污泥絮凝性能影响的研究进展

活性污泥的絮凝性能直接影响出水SS浓度,而胞外多聚物(EPS)是影响活性污泥絮凝性能的重要因素。从EPS的组分及其化学性质入手,结合现有的活性污泥絮凝机制评价了EPS在活性污泥絮凝性能中的重要作用,系统分析了EPS组分对污泥絮凝性能的影响,以及EPS产量和组分的影响因素,并就近年来的研究热点———松散层EPS、致密层EPS与活性污泥絮凝性能的关系进行了归纳,还对利用EPS提高活性污泥絮凝性能的技术应用进行了总结。最后,对该领域的研究方向进行了展望。     

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。     

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。     

SRT对MBR污泥性质的影响

以浸没式膜-生物反应器(SMBR)处理模拟赖氨酸废水为研究体系,考察SRT在10、20和40 d条件下,SMBR中的胞外聚合物(EPS)组分和含量、污泥沉降性能和污泥相对疏水性等污泥性质的变化及其对膜污染的影响。结果表明,随着SRT的延长,混合液中EPS总量呈递减趋势,TBEPS中蛋白质与多糖的比值呈上升趋势,污泥的沉降性能变差,相对疏水性增强;膜通量下降速率变大,膜污染加重。污泥性质与膜污染的相关性表明,膜污染与蛋白质和多糖的比值、污泥沉降性能和相对疏水性呈正相关关系,而与EPS呈负相关关系。     

磺胺和四环素类抗生素对活性污泥性能的影响简

废水处理工艺中抗生素类污染物的存在可能会对生物处理过程产生长期而深远的影响,为探明此类污染物对废水生物处理主体活性污泥性能等方面的影响,采用间歇培养法研究了活性污泥法处理污水时,抗生素类污染物的存在对活性污泥性能如胞外聚合物（EPS）、污染物处理能力、脱氢酶活性和群落结构的影响。结果表明,抗生素的存在会导致活性污泥的胞外聚合物总量及其主要组分蛋白质和多糖增加,以产生保护屏障;且由于污泥絮体解体,细胞破裂导致EPS中DNA和色氨酸含量增加。同时,由于蛋白质大量增加引起的表面负电荷的增加,使污泥疏水性增强,絮凝性能恶化;污泥絮体解体导致污泥颗粒变小,SVI也随之下降;在活性污泥脱氢酶活性急剧下降的同时,出水TOC迅速升高。此外,抗生素类污染物在抑制活性污泥中大部分细菌的同时,对部分菌群也有刺激生长作用,最终导致活性污泥生物群落结构的改变。四环素类抗生素对活性污泥的EPS和絮凝沉降性能的影响大于磺胺类,而对污水处理能力和群落结构的影响则不如磺胺类。抗生素类污染物的长期存在会对活性污泥沉降性能、絮凝性能、脱氢酶活性以及活性污泥群落结构等产生一系列负面影响,进而影响污染物去除效果,导致出水水质恶化。     

磺胺和四环素类抗生素对活性污泥性能的影响

废水处理工艺中抗生素类污染物的存在可能会对生物处理过程产生长期而深远的影响,为探明此类污染物对废水生物处理主体活性污泥性能等方面的影响,采用间歇培养法研究了活性污泥法处理污水时,抗生素类污染物的存在对活性污泥性能如胞外聚合物（EPS）、污染物处理能力、脱氢酶活性和群落结构的影响。结果表明,抗生素的存在会导致活性污泥的胞外聚合物总量及其主要组分蛋白质和多糖增加,以产生保护屏障;且由于污泥絮体解体,细胞破裂导致EPS中DNA和色氨酸含量增加。同时,由于蛋白质大量增加引起的表面负电荷的增加,使污泥疏水性增强,絮凝性能恶化;污泥絮体解体导致污泥颗粒变小,SVI也随之下降;在活性污泥脱氢酶活性急剧下降的同时,出水TOC迅速升高。此外,抗生素类污染物在抑制活性污泥中大部分细菌的同时,对部分菌群也有刺激生长作用,最终导致活性污泥生物群落结构的改变。四环素类抗生素对活性污泥的EPS和絮凝沉降性能的影响大于磺胺类,而对污水处理能力和群落结构的影响则不如磺胺类。抗生素类污染物的长期存在会对活性污泥沉降性能、絮凝性能、脱氢酶活性以及活性污泥群落结构等产生一系列负面影响,进而影响污染物去除效果,导致出水水质恶化。     

氧化-铁盐絮凝联合对调理改善污泥脱水性能的影响

实验对比考察了活性氯预氧化与铁盐(Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ))混凝改善市政污泥脱水性能。结果表明:预氧化可改善污泥脱水效果,氯投量为200 mg·g~(-1)时污泥比阻(specific resistance to filtration,SRF)由5.3×109m·kg~(-1)降低至2.0×109m·kg~(-1),进一增加氯投量,SRF反而升高;单独三价铁盐可明显改善污泥脱水性能,但二价铁效果有限;预氧化之后再投加Fe(Ⅲ)与Fe(Ⅱ),SRF较单独铁盐条件下分别降低40.3%和78.3%。进一步研究证实,预氧化可破坏污泥的胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS),并导致胞内蛋白质和多糖的释放,且蛋白质和多糖含量与污泥脱水性能呈明显正相关性。活性氯预氧化与铁盐混凝联合调理可明显改善污泥脱水性能,且氧化与混凝的协同作用是其主要机制。     

污泥转移SBR工艺污泥膨胀及恢复过程中EPS的动态变化

采用新型脱氮除磷工艺-污泥转移SBR处理生活污水,主反应器因长时间处于低污泥负荷0.09~0.15 kg·(kg·d)~(-1),引起了丝状菌污泥膨胀;通过采取提高进水负荷及静态进水等方式,提高主反应器内的污泥负荷0.21~0.39kg·(kg·d)~(-1)使其污泥膨胀得以控制及恢复。考察在此过程中,EPS的变化对活性污泥沉降性能的影响。结果表明在污泥膨胀及恢复过程中PS/PN与SVI值呈明显正相关性,R~2分别为0.886 7、0.867 3;在污泥膨胀时EPS总量与SVI值呈正相关性;在恢复过程中,EPS总量与SVI值之间线性相关性不强。影响活性污泥沉降性能的关键因素是EPS中多糖与蛋白质的相对含量。     

制革废水处理过程中微生物代谢产物特征及铬分布的解析

制革废水生化处理后的出水仍残留低浓度的铬,为揭示微量铬在活性污泥胞外聚合物(EPS)中的分布及胞外聚合物在生物处理过程中的转化,通过改良热提取法提取生物处理过程中EPS和SMP,测定各组分中多糖、蛋白质、总铬等含量,分析制革废水生物处理中EPS组分的特征、金属铬的分布和EPS各组分含量。结果表明:一级生物处理中EPS的蛋白质和多糖含量均逐渐降低,二级生物处理中EPS含量增加,活性污泥SMP与邻近沉淀池出水组分及溶解性有机物含量具有较强的相似性;铬在不同来源污泥EPS中的分布存在差异,污泥表面吸附及EPS对铬的络合富集、EPS的水解及代谢组分外排的行为均影响铬的迁移;通常,水体中铬首先被S-EPS吸收,经LB-EPS运输渗透至TB-EPS中储存。根据Pearson分析结果,总铬的分布与胞外聚合物中PS/PN及PS含量呈显著正相关(P0.01)。以上研究结果可为制革废水铬排放总量控制和深度处理提供参考。     

CAS和MBR工艺污泥微生物在贫营养环境中代谢产物的研究

在恶劣环境下不同污泥的微生物代谢产物组分是具有差异的。这种差异将导致活性污泥对环境的适应能力有所不同。MBR工艺和传统活性污泥法(CAS)工艺的污泥在贫营养的恶劣条件下适应能力也有所不同。由于MBR污泥在环境适应的初期便能大量的利用可生物降解的EPS作为碳源,并迅速产出SMP维持细胞两侧压力,使得其污泥活性降低速度较为缓慢。而CAS工艺污泥则经过一段时间的适应后,才能将EPS中可生物降解的部分作为营养物质进行代谢。CAS污泥对EPS降解能力低于MBR污泥,污泥中残存的EPS高于MBR污泥。当污泥中微生物大量死亡时,由于EPS的保护作用,污泥絮体得到较大的保存,胞内物质不能大量扩散至污泥上清液中。两者EPS中蛋白质和多糖呈下降趋势,而SMP的蛋白质和多糖呈上升趋势,且微生物对多糖的利用能力高于蛋白质。     

好氧颗粒污泥胞外多聚物的提取及成分分析

EPS是微生物聚集体的重要组成部分,提取和分析好氧颗粒污泥的EPS利于深入研究这一新兴微生物聚集体.采用加热、超声、高速离心和加碱等5种方法提取好氧颗粒污泥的EPS,并分析其主要成分.结果表明,匀浆预处理是提取颗粒污泥EPS首要步骤,超声和加热分别适合EPS定性与定量分析,在35 w、超声4 min的条件下,活性污泥与好氧颗粒污泥EPS提取液中TOC产量分别为105.3 mg/g VSS和96.5 mg/g VSS;加热法(80℃,60 min)提取的EPS产量略高于超声法,对于活性污泥和好氧颗粒污泥,TOC含量分别为142.6 mg/g VSS和153.2 mg/g VSS;蛋白质是活性污泥和好氧颗粒污泥EPS中比例最大的成分,且蛋白与多糖在好氧颗粒污泥与其在絮状活性污泥中的比值范围分别为3.22～5.80和1.68～2.63.     

纳米氧化钨对序批式反应器活性污泥脱氮性能和胞外聚合物的影响

采用序批式反应器(SBR),研究了不同浓度氧化钨(WO₃)纳米颗粒(NPs)对SBR中活性污泥脱氮性能以及胞外聚合物(EPS)的影响。结果表明,10 mg/L WO₃ NPs(WO10)对SBR脱氮性能没有影响,而100 mg/L的WO₃ NPs(WO100)降低了比硝酸盐和比亚硝酸盐还原速率,最终导致出水硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的积累。WO10对EPS含量和组成无显著影响,但是WO100显著增加了松散结合型EPS(LB-EPS)和EPS中多糖的含量。傅立叶红外光谱(FTIR)结果显示,WO10仅对LB-EPS中官能团有影响,而WO100对LB-EPS和紧密结合型EPS(TB-EPS)的官能团都产生了不同程度的影响。—OH、C=O以及C—O—C等官能团参与EPS和WO₃ NPs之间的相互作用。进一步分析也发现,WO₃ NPs改变了EPS中蛋白质的二级结构组成,进而影响了活性污泥的絮凝能力。     

胞外聚合物对活性污泥吸附及再生的影响研究

通过研究胞外聚合物 (EPS)对活性污泥吸附及再生的影响 ,探讨吸附、再生机理。吸附试验表明 ,EPS与污泥吸附能力显著相关 ,随着污泥负荷的降低 ,EPS增加 ,污泥的吸附能力提高 ;并且有机物种类对污泥的吸附性能有显著影响 ,研究表明吸附机理主要是生物絮凝作用。此外 ,再生试验结果表明 ,再生能增加中负荷 (Ns) =0 3～ 0 5kgBOD5/kgMLSS·d污泥的吸附能力 ,但不能改变高负荷 (Ns) =2～ 3kgBOD5/kgMLSS·d污泥的吸附能力。其作用机理是再生过程可迫使中负荷污泥进入内源代谢期 ,使污泥中的EPS增加 ,絮凝活性增加 ,吸附能力提高 ,而高负荷污泥再生后EPS则无变化。同时 ,再生过程将使污泥的脱氢酶、OUR降低 ,代谢活性降低。对于高负荷污泥的再生是无效的。     

废水生物处理领域中胞外聚合物的研究进展

胞外聚合物(EPS)是活性污泥的主要组成部分,可影响污泥的表面特性(污泥混合液疏水性和Zeta电位等)、生物絮凝、沉降及脱水等性能.就近年来国内外对EPS空间结构、组成成分、物理化学性质等方面的研究进行了归纳,并结合相关学者的研究成果,综述了EPS在生物膜形成、污泥颗粒化、重金属吸附、生物除磷、膜污染等废水生物处理领域中的研究进展.     

Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐改善污泥脱水性能

针对污水处理厂剩余污泥脱水困难的问题,采用Fe~(2+)活化过硫酸钾高级氧化法提高剩余污泥脱水性能,使用污泥含水率和污泥比阻对调理前后污泥脱水效果进行分析;研究了过硫酸钾投加量、Fe~(2+)投加量、pH和反应时间对污泥调理效果的影响;探究了过硫酸盐调理污泥过程中溶解性有机物质和胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的变化特性。结果表明:过硫酸钾调理的最佳反应条件为pH=7.5,反应时间为20 min,过硫酸钾和Fe~(2+)的最佳投加量分别为15 mmol·L~(-1)和18 mmol·L~(-1),在此条件下,污泥含水率和污泥比阻值分别可达78.89%和0.3×10~(12) m·kg~(-1);污泥含水率和比阻的变化可能与污泥调理后絮体结构形态变化有关;调理污泥后,上清液中溶解性有机物质含量与过硫酸钾投加量呈显著正相关关系,而EPS不同组分中蛋白质和多糖含量在Fe~(2+)投加后均减少,表明Fe~(2+)的投加可以破坏污泥絮体,分解胞内物质;利用Fe~(2+)激活过硫酸钾所生成的硫酸根自由基可极大改善污泥的脱水性能。     

膜生物反应器中运行参数对污泥胞外聚合物的影响

研究了膜生物反应器(MBR)中曝气强度、有机负荷和污泥停留时间(SRT)与污泥胞外聚合物(EPS)变化的关系。实验结果表明,随着气水比由20增加至40,污泥EPS逐渐下降。当气水比＞35之后,EPS趋于稳定。随着有机负荷由0.129 kg COD/kg VSS·d减小至0.016 kg COD/kg VSS·d,附着型...