活性污泥胞外聚合物在污水处理过程中的荧光特性

采用三维荧光光谱法对活性污泥的微生物代谢过程进行了分析。通过分析活性污泥进入内源呼吸过程的EPS中荧光性物质的变化规律,发现疏松结合的胞外聚合物(LB-EPS)荧光光谱的微生物代谢产物峰在内源呼吸前期就开始下降,下降比例为11%,而LB-EPS荧光光谱图中的类蛋白荧光峰和紧密结合的胞外物质(TB-EPS)荧光光谱图的类溶解性微生物代谢产物荧光峰在内源呼吸的后期下降,下降比例分别为18%和14%,在前期分别升高了34%和372%。另外,提出了通过疏松的胞外聚合物(LB-EPS)荧光偏移量来分析污水处理过程特性,得出荧光峰位置的偏移量与污水厂的出水COD、氨氮和污泥内源呼吸比具有很好的相关性,相关系数分别为0.943、0.825和0.941。     

改良型AO法组合工艺中有机物的三维荧光分析

采用三维荧光(EEM)光谱技术,对上海竹园第二污水处理厂改良型AO法组合工艺运行过程中的各种溶解性有机物(DOM)进行分析,并对比研究传统好氧活性污泥法曝气池出水和A/O脱氮工艺硝化池出水DOM的EEM光谱的迁移变化特性.结果表明,各种DOM中主要的荧光物质有类蛋白质(荧光峰A和B)及类腐殖质(荧光峰C),经改良型AO法组合工艺处理后,荧光峰的强度降低了14％～60％,同时类蛋白质和腐殖质的结构也发生了变化;腐殖酸溯源表明DOM中的腐殖酸以微生物代谢产生的带有荧光基团的腐殖酸类为主.     

MBR工艺中溶解性有机物的分子量和EEM解析

采用凝胶过滤色谱(GFC)分子量测定技术和三维荧光(EEM)光谱技术,对平板膜-生物反应器工艺应用于餐饮废水和粪便污水处理的工程实例进行研究,对比分析2套工艺中的调节池水和出水的溶解性有机物(DOM)及污泥胞外聚合物(EPS)的性质变化.研究表明,餐饮废水处理过程的调节池水DOM中大分子(＞100 kDa)物质比例为6...     

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。     

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。     

脉冲曝气活性污泥胞外聚合物的产生特性及其与脱氮效率的关系

为探讨脉冲曝气活性污泥胞外聚合物(EPS)的产生特性及其与脱氮效率的关系,研究了在脉冲曝气装置中曝气时间5 min及停曝时间10 min的条件下,松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)与紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)的变化规律,并分析EPS与脱氮效率之间的关系。结果表明:脉冲曝气活性污泥LB-EPS的含量低于TB-EPS含量,且随着脉冲驯化的进行,EPS的含量持续增长。三维荧光图谱(3D-EEM)分析表明脉冲曝气的LB-EPS的色氨酸荧光峰产生红移,TB-EPS的色氨酸荧光强度增大,说明了脉冲曝气驯化过程导致了活性污泥胞外聚合物中色氨酸蛋白类物质含量呈增加趋势。对比研究表明:脉冲曝气氨氮(NH_4~+-N)去除率在80%左右,与连续曝气相近;而总氮(TN)去除率在50%左右,高于连续曝气20%。脉冲曝气下,EPS对于脱氮有抑制作用,EPS与NH_4~+-N及TN的去除率之间呈负相关的关系,LB-EPS与TN去除率之间负相关;TB-EPS与NH_4~+-N去除率负相关且关系显著。     

SBR-混凝处理渗滤液过程中有机物的变化特征

考察了SBR-混凝组合工艺对垃圾渗滤液中溶解性有机物(DOM)不同分子量区间物质及组分腐殖酸(HA)、富里酸(FA)和亲水性有机物(Hy I)的去除效果,同时利用傅里叶红外光谱及三维荧光光谱对处理过程中DOM各组分变化特性进行了分析。结果表明,组合工艺对表观分子量为2 000~4 000及2 000的DOM去除率分别为89.3%和72.1%;对渗滤液DOM组分HA、FA和Hy I的去除率分别为-52.0%、73.1%和77.1%。红外光谱显示,DOM各组分都含有醇、羧酸、脂等多种有机物,SBR对糖、醇、羧酸等去除效果较好,而混凝对脂肪族及芳香族化合物去除效果较好;三维荧光光谱分析表明,经组合工艺处理,DOM各组分荧光峰强度及复杂化程度明显降低,且SBR工艺对色氨酸等类蛋白物质去除效果较好,混凝工艺对类腐殖酸、类富里酸等大分子物质的去除效果较好。     

活性污泥胞外聚合物提取方法研究

考察4种方法(蒸气法、EDTA法、NaOH法和搅拌法)对3种活性污泥(可乐厌氧活性污泥、可乐好氧活性污泥和市政污水污泥)胞外聚合物的提取效率,对比分析了各提取方法对不同样品提取所得胞外聚合物的组成影响,结果表明,EDTA法提取多糖的效率最高,提取市政污水污泥、可乐好氧活性污泥和可乐厌氧活性污泥胞外聚合物糖分别在8.3、16.7和9.7 mg/g VSS左右;NaOH提取蛋白质的效率最高,提取市政污水污泥、可乐好氧活性污泥和可乐厌氧活性污泥胞外聚合物蛋白质分别为:3.15、0.55和5.57 mg/g VSS.对于3种不同种类污泥,EDTA法提取EPS总量效率最高,分别为市政污水污泥10.7 mg/g VSS、可乐好氧活性污泥16.8 mg/g VSS和可乐厌氧活性污泥9.97 mg/g VSS,分别比效率最低的搅拌法高出5倍、5倍和3倍.     

不同曝气强度下活性污泥中松散束缚型胞外聚合物组分含量及其对污泥沉降性能的影响

为了探求曝气强度对活性污泥沉降性能的影响规律和机制,在实验室条件下利用序批式活性污泥法(SBR)装置研究了活性污泥好氧阶段曝气强度对活性污泥沉降性能、松散束缚型胞外聚合物(LB-EPS)含量及其组分的影响。结果表明:(1)随着曝气强度增加,活性污泥中LB-EPS含量逐渐升高。(2)活性污泥LB-EPS中,蛋白质为其最主要成分,其次为多糖,腐殖酸所占比例最小,多糖含量及比例均随曝气强度的上升而增大,蛋白质和腐殖酸含量受曝气强度影响不大。(3)曝气强度为40、80、120L/h,污泥体积指数(SVI)分别为(65.00±0.98)、(83.00±1.45)、(103.00±2.00)mL/g。曝气强度增加引起活性污泥沉降性能的恶化的原因主要在于曝气强度的增加会使LB-EPS中的多糖含量上升。     

造纸工业园区污水处理厂溶解性有机物迁移转化规律

在对某造纸工业园区污水处理厂污染物变化规律分析的基础上,采用UV-vis光谱、凝胶色谱和三维荧光等指纹图谱手段对溶解性有机物(DOM)特性进行表征。结果表明,该工业园区污水处理厂能够有效去除以造纸废水为主的混合污水中的有机污染物。UV-vis光谱和凝胶色谱分析表明:水解酸化可将大分子有机物分解成小分子,腐殖化程度降低;高级氧化深度处理后小分子物质所占比例明显增加。三维荧光光谱结果表明,DOM中主要的荧光物质包括色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质、类腐殖酸、类富里酸物质和酪氨酸类蛋白质。水解酸化可以提高芳香族类蛋白质、类腐殖酸和类富里酸的含量。高级氧化则能有效降低类蛋白质和类腐殖酸物质的含量。     

Fe~0/Fe_3C@CS激发PMS调理对活性污泥脱水性能的影响

为研究Fe~0/Fe_3C@CS激发过一硫酸盐(PMS)调理对活性污泥脱水性的影响,采用单因子实验法确定了调理的最佳投药量以及该投药量下调理前后污泥胞外聚合物(EPS)中有机物含量及分布变化。结果表明:当Fe~0/Fe_3C@CS与PMS投加量分别为35.9 mg·g~(-1)(以TSS计)和0.43 g·g~(-1)(以TSS计)时,污泥的抽滤含水率下降至69.45%;调理过程对污泥紧密附着(TB-EPS)与松散附着层(LB-EPS)有破解作用,部分多糖和蛋白质迁移至黏液层,使得黏液层多糖和蛋白质的含量分别从0.12 g·g~(-1)、2.9 mg·g~(-1)升高至0.15 g·g~(-1)、7.75 mg·g~(-1)。腐殖酸从细胞相被释放至TB-EPS和LB-EPS中,其中TB-EPS腐殖酸含量由1.51 mg·g~(-1)升高至3.09 mg·g~(-1)。此外,调理后LBEPS和TB-EPS中的酪氨酸和微生物副产物被降解或迁移至黏液层,污泥EPS中总荧光强度由调理前的760.26×10~7 AU·nm~2降低至调理后的38.43×10~7 AU·nm~2,其中,LB-EPS的总荧光强度降至0.344 2×10~7 AU·nm~2,有利于污泥脱水性能的提高。调理后各典型有机物的荧光强度占比变化不同,其中酪氨酸的占比增加,而微生物副产物的占比下降。Fe~0/Fe_3C@CS激发PMS调理可有效提高活性污泥的脱水性能。     

活性污泥胞外聚合物提取方法研究

考察4种方法（蒸气法、EDTA法、NaOH法和搅拌法）对3种活性污泥（可乐厌氧活性污泥、可乐好氧活性污泥和市政污水污泥）胞外聚合物的提取效率,对比分析了各提取方法对不同样品提取所得胞外聚合物的组成影响,结果表明,EDTA法提取多糖的效率最高,提取市政污水污泥、可乐好氧活性污泥和可乐厌氧活性污泥胞外聚合物糖分别在8.3、16.7和9.7 mg/g VSS左右;NaOH提取蛋白质的效率最高,提取市政污水污泥、可乐好氧活性污泥和可乐厌氧活性污泥胞外聚合物蛋白质分别为：3.15、0.55和5.57 mg/g VSS.对于3种不同种类污泥,EDTA法提取EPS总量效率最高,分别为市政污水污泥10.7 mg/g VSS、可乐好氧活性污泥16.8 mg/g VSS和可乐厌氧活性污泥9.97 mg/g VSS,分别比效率最低的搅拌法高出5倍、5倍和3倍.     

酸热处理提剩余污泥胞外聚合物的条件优化

以蛋白质浓度、多糖浓度和DNA浓度为表征,对酸热法提取剩余活性污泥中的胞外聚合物进行了条件优化,考察了pH值、温度和提取时间对破解剩余污泥细胞提胞外聚合物(EPS)效率影响的最优条件,并对EPS提取液进行FT-IR分析。结果表明,影响提取效率大小为pH值>温度>提取时间,酸热处理提胞外聚合物的最佳条件为pH=1.25,T=100℃,t=4 h。     

三维荧光光谱技术对污水处理中溶解性有机物转化过程的分析

采用三维荧光光谱技术研究合肥市某污水处理厂污水处理过程中溶解性有机物(DOM)变化过程及荧光强度与COD浓度的关系。三维荧光光谱结果显示,原水中DOM主要由低激发波长色氨酸、高激发波长色氨酸和可见光区类腐殖酸组成;经过厌氧处理后,高激发波长色氨酸、低激发波长色氨酸荧光强度明显降低,分别从759.5、849.3降到388.6、387.4,同时在厌氧处理阶段有可见光区类富里酸生成,荧光强度为459.8。后续缺氧—好氧—沉淀—过滤—消毒处理中,低激发波长色氨酸、高激发波长色氨酸荧光强度基本都呈现降低趋势,最终出水的荧光强度分别为201.9、164.3。低激发波长色氨酸荧光强度、高激发波长色氨酸荧光强度、色氨酸荧光强度之和与COD浓度的相关系数(R2)分别为0.973 2、0.938 4、0.957 6。研究表明,利用三维荧光光谱技术可以阐明污水处理过程中DOM的变化过程及快速准确测量COD浓度。     

好氧污泥强化造粒过程中EPS的分布及变化规律

通过在好氧颗粒污泥生长前期投加混凝剂的方式,考察混凝剂的投加对颗粒生长的影响,用三维荧光光谱法分析胞外多聚物(EPS)在颗粒生长过程中的变化规律及其与污泥特性的相关性。结果表明,强化造粒条件下的污泥完全颗粒化的时间比对照组提前12 d,其强度和比重也分别比对照组高出2.05%和0.032。对各形态EPS三维荧光光谱分析,发现生长期松散型胞外多聚物(LB-EPS)的峰点为溶解性微生物代谢产物,及少量的芳香蛋白类物质和腐殖酸类物质,颗粒成熟后溶解性微生物代谢产物和蛋白类物质的荧光强度均减小,腐殖酸类物质消失,而溶解型胞外多聚物(S-EPS)和紧密型胞外多聚物(TB-EPS)的峰点及强度在两阶段无明显变化。在颗粒生长过程中,LB-EPS中的蛋白质含量随颗粒生长逐渐升高,颗粒成熟后逐渐降低至稳定,而多糖含量基本保持在1~5 mg/g MLSS。与S-EPS、TB-EPS相比较,LB-EPS和污泥颗粒化有密切关系,且与SVI呈正相关性(相关系数r=0.812),与相对疏水性呈负相关性(相关系数r=-0.973)。     

热水解厌氧消化工艺中污泥胞外聚合物对流变和脱水的影响

为阐明热水解厌氧消化工艺中污泥胞外聚合物对脱水和流变的影响,选取北京市某再生水厂中热水解厌氧消化工艺的污泥为对象,通过测量污泥粒径、三维荧光及各层EPS含量研究了EPS去除对污泥流变和含固率的影响。结果表明,经过热水解预处理后的污泥,粒径相较混合污泥下降66.79%;混合污泥荧光波峰集中出现在酪氨酸类蛋白质区和色氨酸类蛋白质区,经过热水解后可溶性微生物代谢产物的荧光响应值升高,再经过厌氧消化后提升了腐殖酸区域荧光响应值;EPS的去除对于污泥流动性有重要影响。热水解污泥和热水解厌氧消化污泥去除EPS后表观黏度下降幅度较大;此外,不同的脱水方法对污泥含固率的影响也不同。混合污泥和热水解厌氧消化污泥去除S-EPS层后含固率提升366.67%和148.92%,而热水解污泥去除S-EPS层后提升效果不明显。研究结果从污泥组分和流变学角度为污泥脱水提供思路和依据。     

蚯蚓与微生物协同处理对剩余污泥腐殖化特征的影响

对污水生物处理产生的剩余污泥分别采用碱提取法和Adani法(有机溶剂加酸水解)提取腐殖酸,通过元素分析、红外光谱和三维荧光光谱比较,确定Adani法提取的腐殖酸非腐殖质成分含量较低,可以较好地表征剩余污泥中腐殖酸特性。进而采用Adani法提取蚯蚓生物滤池处理剩余污泥的原泥和出泥中的腐殖酸,研究蚯蚓与微生物协同处理对剩余污泥腐殖化特征的影响。元素分析、E4/E6及三维荧光光谱分析结果表明:与原泥腐殖酸相比,出泥腐殖酸中蛋白质等有机物得到有效降解,腐殖物质明显增多,其腐殖酸分子量、芳香化和缩聚程度均较高;蚯蚓生物滤池出泥腐殖化程度明显提高。     

猪场沼液处理过程中溶解性有机质的光谱学特征

猪场沼液无序排放会导致严重的水环境问题,探索猪场沼液处理过程中有机物变化的检测方法,可以为养殖废水处理和排放管控提供技术支撑。利用三维荧光光谱法和紫外—可见分光光度法对猪场沼液处理过程中溶解性有机物(DOM)的光学参数进行分析。结果表明:猪场沼液DOM的三维荧光图谱显示其主要存在类腐殖质、类色氨酸和类酪氨酸3类物质,以类腐殖质物质为主;经AO处理后猪场沼液中的类色氨酸物质部分转化为类酪氨酸物质;经序批式生物膜反应器(SBBR,由SBBR1和SBBR2组成)工艺处理后,类色氨物质全部被分解转化。猪场沼液经SBBR2和氧化塘处理后,DOM浓度和各荧光组分含量有所升高,需要进一步调试优化。DOM在254nm处的光吸收系数(A254)、各特征荧光峰强度以及特征荧光峰总强度与TN、溶解性有机碳(DOC)均具有显著正相关性,因此利用猪场沼液DOM的光谱学特征,不仅可以指示废水中DOM成分的转化状况,也可作为判断工艺流程处理效果的依据,还能较好地表征TN和DOC,具有广泛的应用前景。     

压力环境下活性污泥的耐盐驯化过程

通过逐步提高盐浓度的梯度盐度方法驯化耐盐活性污泥,采用加压-常压对比实验,探讨活性污泥耐盐驯化过程中,0.3 MPa的压力环境对有机物降解规律、污泥脱氢酶活性及胞外聚合物(EPS)含量的影响。结果表明,经耐盐驯化的活性污泥在5%的高盐度环境下仍可达到75%以上的有机物去除率;当驯化盐度达3.5%及以上,加压耐盐活性污泥有机物去除率及污泥脱氢酶活性均高于常压,其优势更为突出。耐盐驯化过程中活性污泥胞外聚合物(EPS)含量较稳定,加压系统EPS含量低于常压,这可能是加压活性污泥法可以实现原位污泥减量的重要原因之一。     

非规范堆放剩余污泥的脱水性能改善试验研究

以无锡市某生活垃圾卫生填埋场自然堆积的污泥为研究对象,探讨了Fenton试剂-聚合氯化铝(PAC)复配调理剂对污泥脱水性能改善的潜力。通过响应面法(RSM)和中心复合设计法(CCD)确定了调理剂投加量(以每克绝干污泥中的量计)的最优配比:Fe~(2+)为85mg/g,H_2O_2为70mg/g,PAC为68mg/g。借助Malvern MS3000激光粒度仪、三维荧光光谱(3D-EEM)、扫描电子显微镜(SEM)及傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等分析技术揭示Fenton试剂-PAC复配调理剂的污泥脱水机制。结果表明,Fenton试剂-PAC复配调理剂促使污泥中胞外聚合物(EPS)氧化分解,污泥中溶解性胞外聚合物(S-EPS)、松散附着型胞外聚合物(LB-EPS)和紧密附着型胞外聚合物(TB-EPS)含量均大幅降低。按最优配比的调理剂投加时,抽滤后污泥含水率由90.57%降至77.31%。