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 < LB-EPS < TB-EPS,由此,可以推测出减少粘液和LB-EPS含量可有效降低膜污染,同时对污泥絮体结构影响较小。     

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-EPS)中的蛋白质含量对污泥脱水性能的影响最为显著(r=0.704, P<0.05)。三维荧光和平行因子分析显示,溶解性EPS分为色氨酸类蛋白质(TPN)和腐殖酸(HA) 2类荧光组分,而疏松结合型EPS和紧密结合型EPS中含有TPN和富里酸(FA) 2类荧光组分。本研究结果可以为污泥调理脱水提供参考。     

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（NH4+-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NH4+-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NH4+-N去除率负相关且关系显著。     

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面的双重效能。本研究结果可为电化学预处理改善污泥脱水提供参考。     

大分子有机物作用下胞外聚合物对除磷污泥颗粒化的影响

平行运行3组等工作体积推流式进水的序批式反应器,分别采用100% NaAc(R1)、60% NaAc+40%胰蛋白胨(R2)、60%可溶性淀粉+40%胰蛋白胨(R3)为碳源模拟生活污水,考察了大分子有机物作用下胞外聚合物(EPS)对除磷污泥颗粒化的影响。三维荧光光谱分析结果表明,大分子碳源使污泥疏松型EPS(LB-EPS)的组分更加丰富,R1系统污泥LB-EPS中含有芳香类蛋白物质Ⅱ、色氨酸类蛋白质和其他蛋白质类物质,R2、R3系统污泥LB-EPS中还增加了类腐殖酸物质。碳源的差异未对紧密型EPS(TB-EPS)的组分造成影响。随着大分子有机物含量的增加,LB-EPS和TB-EPS中多糖(PS)、LB-EPS中蛋白质(PN)含量依次减少,不利于污泥的聚集和颗粒化;TB-EPS中PN含量与污泥颗粒化间无显著相关性。随着大分子有机物占比的增加,TB-EPS Zeta电位的中位数依次降低,分别为−9.27、−12.32、−14.06 mV,大分子有机物使污泥聚集体内部斥力增大,导致污泥颗粒密实度降低。与之相反,LB-EPS Zeta电位的中位数依次升高,分别为−14.57、−12.57、−10.61 mV,大分子有机物使各污泥聚集体之间的斥力减弱,多个小聚集体相互融合,从而形成结构疏松并有多个核心的除磷颗粒污泥。此外,提出了大分子有机物作用下基于EPS的除磷污泥颗粒化模型。     

微波耦合氯化铁调理对活性污泥脱水性能及热值的影响

为实现活性污泥高效脱水和资源化利用,研究了微波耦合氯化铁调理活性污泥。主要考察微波耦合氯化铁对活性污泥脱水性能和热值的影响。微波辐射能够改善活性污泥的脱水性能,优化参数为功率700 W、时间100 s。微波耦合氯化铁调理进一步增强了活性污泥的脱水性能,先投加氯化铁后微波辐射的调理（氯化铁+微波）效果优于先微波辐射后投加氯化铁的调理（微波+氯化铁）效果,脱水效果的改善得益于活性污泥絮体的增大以及EPS的减少。微波调理后的活性污泥（干基）热值随着微波辐射时间的增长逐渐降低,而微波耦合氯化铁调理后的活性污泥（干基）热值随着氯化铁投加量的增加先增加后减少。     

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。     

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。     

剩余污泥发酵液对黏性膨胀污泥特性的影响

为了解决剩余污泥碱性发酵液作为低碳氮比生活污水外加碳源时引发的黏性污泥膨胀问题,采用序批式反应器(SBR),以剩余污泥碱性发酵液为进水碳源,对黏性膨胀污泥的沉降性能及其影响因素之间的相关性进行了系统研究。结果表明：当进水COD值为300~350 mg·L⁻¹时,随着运行时间的推移,污泥容积指数(SVI)逐渐升高,最终达到540 mL·g⁻¹,此时发生污泥黏性膨胀现象;黏性膨胀污泥表面负电荷由0.62 mV累积到29.49 mV,相对疏水性(RH)从44%下降至19%,污泥容积指数(SVI)与Zeta电位、相对疏水性(RH)呈负相关(R²分别为0.837 71和0.678 54),与污泥粒径不相关;胞外聚合物总量从31 mg·g⁻¹提高至39 mg·g⁻¹,但LB-EPS/TB-EPS的比例从0.92增加至2.92;与TB-EPS相比较,LB-EPS与污泥容积指数(SVI)、Zeta电位、相对疏水性(RH)具有显著相关性(R²分别为0.892 88、0.885 29和0.776 68)。以上结果揭示了以发酵液为碳源引发的黏性膨胀污泥特性的变化规律,可为实际工程中以发酵液为碳源的黏性污泥膨胀问题提供借鉴。     

碳氮比对好氧颗粒污泥稳定性的影响

针对好氧颗粒污泥运行过程中稳定性较差的问题,在3个C/N比条件下,通过气升式内循环反应器对好氧颗粒污泥进行培养,分析了不同时期好氧颗粒污泥的沉降性能、粒径变化、进出水水质中有机物、胞外聚合物组分及含量变化,探讨了C/N比对好氧颗粒污泥稳定性的影响。结果表明,在C/N比分别为10、15和25的条件下,均能培养出好氧颗粒污泥,C/N比为15时,好氧颗粒污泥稳定性最优,此时好氧颗粒26 d内成熟,其SVI值为16.98 mL·g−1,颗粒粒径主要分布在0.2~0.6 mm,对COD、$ {\rm{N}}{{\rm{H}}_4^ +}$-N和TP的去除率可达93%、75%和91%,松散型EPS和紧密型EPS的含量最高分别为44.97 mg·g−1和54.20 mg·g−1。在采用不同C/N比对好氧颗粒污泥的培养过程中,C/N比对好氧颗粒污泥稳定性有较大影响,其中松散型EPS与好氧颗粒污泥的稳定性呈正相关关系。     

Fe2+联合NaClO强化污泥脱水性能与作用机理

为了强化污泥脱水性能,采用亚铁离子 (Fe²⁺) 活化次氯酸钠 (NaClO) 氧化工艺改善其脱水效果,考察了Fe²⁺/NaClO体系中Fe²⁺和NaClO投加量、初始pH对污泥脱水性能的影响,并探究强化污泥深度脱水的作用机制。研究表明,初始pH为5.0、Fe²⁺和NaClO投加量 (以总悬浮固体计) 分别为48.61和39.04 mg·g⁻¹时,污泥的脱水性能最佳,污泥含水率和比阻分别由91.32%和11.81×10¹² m·kg⁻¹降低至71.74%和1.71×10¹² m·kg⁻¹。Fe²⁺/NaClO氧化体系使胞外聚合物 (EPS) 降解和部分细胞裂解,反应生成的强氧化性的·OH会降解松散附着型EPS (LB-EPS) 和紧密黏附型EPS (TB-EPS) 中的蛋白质和多糖,改变蛋白质二级结构,导致蛋白质结构松散,暴露了更多的疏水位点,同时减少污泥表面的亲水性官能团,释放EPS结合水。Fe³⁺使污泥絮体颗粒在絮凝形成松散、多孔的絮体结构,有利于胞内结合水的排出,从而改善污泥脱水性能。本研究结果可为有效去除污泥中的结合水和提高污泥的脱水性能提供参考。     

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。     

Novel insights into enhanced dewatering of waste activated sludge based on the durable and efficacious radical generating

This study aims to develop a high-efficiency radical oxidation process for enhancing the dewaterability of waste activated sludge (WAS). Radical scavenging studies combined with electron paramagnetic resonance (EPR) were carried out for the direct radical identification and effectiveness evaluation of radical oxidation. The results indicated that Fe(II)-activated CaO₂ can pose a superior effect on dewatering WAS due to its distinctive capacity of stable ?OH production and the high reaction efficiency of regulated-released ?OH with water-holding organics. The mechanism for the enhanced dewatering performance was also explored. The rupture of sludge colloidal flocs and the reduction of hydrophilic functional groups in loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS) were found to be mainly responsible for the release of interstitial water and improved dewaterability, respectively. In addition, an inference about the relationship between interfacial water and zeta potential of different EPS fractions was established by the simultaneous measurement of the binding affinities of Ca²⁺ and Fe²⁺/Fe³⁺ for EPS and bound water content. All these results provide the direct evidence that Fe(II)-activated CaO₂ is a promising pretreatment reagent for sludge disposal.

Implications: Fe(II)-activated CaO₂ was first proposed to be highly effective in enhancing the dewaterability of waste activated sludge. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy provided the direct evidence for the specific advantages of CaO₂, especially the capacity of durable and efficacious ?OH production leading to the excellent conditioning performance.     

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0.21~0.39 kg·（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,R2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。     

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。     

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(P<0.01)。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。     

荧光光谱与OUR联用表征内源呼吸过程

采用荧光光谱与耗氧速率（OUR）相结合的方法,探究了内源呼吸过程中微生物代谢状态变化的典型特征。结果表明,OUR变化率曲线中的拐点可以将内源呼吸划分为3个阶段。通过荧光光谱监测发现,在2~4 d时胞外聚合物（EPS）出现了突然增多的现象,疏松结合的胞外聚合物（LB-EPS）中峰A（Ex/Em=230 nm/（334~338）nm）、峰B（Ex/Em=（280~285）nm/（334~344）nm）的荧光强度分别升高了447%、128%,紧密结合的胞外聚合物（TB-EPS）中峰A、峰B的荧光强度分别升高了471%和128%,且COD的去除率在第4天达到最大为91.7%,表明位于此区域的微生物活性高、代谢状态好且污染物去除率高。LB-EPS和TB-EPS的荧光特性及OUR变化率可以指示内源呼吸3个不同阶段的变化,但TB-EPS对内源呼吸过程的划分更为准确,而OUR变化率在实际操作中更具有意义。     

生物沥滤过程中城市污泥Zn、Cu的形态转化

利用80 L SBR进行了生物沥滤城市污泥实验,探讨了污泥胞外聚合物中重金属的含量变化,并对重金属Zn、Cu各化学形态之间的转化情况进行了分析。结果表明,整个生物沥滤过程中,污泥胞外聚合物中Zn和Cu含量先上升后下降,反应结束后,分布于胞外聚合物结合态中的Zn和Cu占其污泥胞外聚合物内总量的比例最高可达39.95%、58.77%。污泥胞外聚合物中松散结合态对Zn、Cu的吸附能力均强于紧密结合态;原污泥中Zn、Cu分别主要以铁锰氧化物结合态和硫化物及有机结合态存在,沥滤结束后,污泥中Zn和Cu均以残渣态存在。     

混合碳源的好氧颗粒污泥培养及其除污效果分析

以葡萄糖和乙酸钠为混合碳源,采用调控耗氧有机污染物浓度(以COD计)、表面上升气速和污泥沉降时间的方法培养好氧颗粒污泥,对污泥颗粒化过程中的污泥特性变化和污染物去除效果进行研究.结果 表明:第110天,好氧颗粒污泥培养成功,颗粒粒径主要分布在1.43～2.26 mm,污泥容积指数(SVI30)为28 mL·g-1,沉降...     

ANAMMOX-UASB反应器启动过程中的生物特性

以絮状厌氧消化污泥为接种污泥,经过250 d运行后成功启动了ANAMMOX-UASB反应器。结果表明：在启动过程中,絮体污泥逐渐颗粒化并以不规则状的红色颗粒污泥和褐色絮状污泥为主;脱氢酶活性由启动前的3 909.51 μg·(h·g)⁻¹最终降至72.13 μg·(h·g)⁻¹;EPS含量在启动过程中先降后升,EPS组成中主要为TB-EPS,占比由54.4%升至75.7%;启动过程中LB-EPS和TB-EPS中均以PN为主,且PN占比逐步增大,分别由初始的88.7%和89.5%增至99.6%和94.7%;启动过程中EPS的结构与组成均发生变化。ANAMMOX-UASB启动过程中微生物Chao1、ACE、Shannon和Simpson指数均先升后降,启动成功后微生物多样性和丰富度均降低。污泥中微生物的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)。浮霉菌门中Candidatus Anammoximicrobium丰度逐渐降低直至消失,而Candidatus Brocadia丰度最终增至12.15%。