胞外聚合物、Ca2+及pH值对生物絮凝作用的影响

应用阳离子交换树脂从活性污泥中提取了胞外聚合物(EPS),考察了EPS、Ca2 及pH值对生物絮凝作用的影响.结果表明,当pH≥7.5, EPS≥70mg/L,[Ca2 ]≥300mg/L时,有利于生物絮体的形成.通过正交试验,得出pH值、EPS和[Ca2 ]对生物絮体形成综合影响的回归方程: h浊度= -901.70 97.35pH 1.96[Ca2 ] 9.08EPS-0.11pH[Ca2 ]-0.91pHEPS-0.02[Ca2 ]EPS 0.0021pH[Ca2 ]EPS.回归分析表明,pH值对生物絮体形成影响最显著,其次是EPS和Ca2 .     

A2/O与倒置A2/O工艺低温条件下的氨氮去除能力解析

对相同进水、平行运行的A²/O与倒置A²/O工艺的冬季氨氮（NH₄⁺-N）去除能力进行了全面解析.在运行水温为14℃时,倒置A²/O工艺表现出更低的NH₄⁺-N容积去除负荷［0.13 kg·（m³·d）^-1和0.29 kg·（m³·d）^-1］和氨氧化速率（AOR）［0.07 kg·（kg·d）^-1和0.11 kg·（kg·d）^-1］,而26℃时两个工艺则相差无几.两个平行工艺中的氨氧化菌（AOB）种群定量结果几乎始终相等（倒置A²/O工艺为3.2%±0.24%,A²/O工艺为3.4%±0.31%）.克隆文库分析的结果表明,造成低温时倒置A²/O工艺中具有较低氨氮去除能力的原因是其AOB优势种属为AOR较慢的慢生型（K-生长策略）亚硝化螺菌属（Nitrosospira）,而在A²/O工艺中则为AOR较快的快生型（r-生长策略）亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）;而在26℃环境下两个工艺中的优势种属则均为Nitrosomonas.结合对污染物沿程去除过程的全面分析,发现尽管温度是决定AOB优势种属演替的首要原因,但由于倒置A²/O的工艺结构变化造成其好氧单元具有较高的COD负荷和高NH₄⁺-N浓度等不利于AOB生长的因素,决定了其可以在常规城市污水的条件下出现K-生长策略型的优势AOB种属.因此倒置A²/O针对异养菌（聚磷菌与反硝化菌）的工艺构造变化却通过COD负荷等间接影响到自养型氨氧化菌的种群分布与演替,并最终造成工艺在低温条件下硝化能力的减弱.     

PHB监测A2/O工艺除磷及负荷率耦合关系的研究

以上海市白龙港城市污水厂初沉池污水为进水,培养驯化污泥并构建A²/O试验系统,监测PHB消耗、生成的动态变化,并分析其与除磷和BOD₅负荷率的耦合关系.结果显示,曝气池中PHB的消耗与除磷呈现良好的正相关关系(p<0.05),平均消耗约140 mg左右的PHB可去除1 mg P;厌氧池中PHB的生成与释磷存在着极显著的正相关关系(p<0.01),平均释放1.17 mg的磷可生成约100 mg的PHB;厌氧池中PHB的含量与系统F/M的正相关性显著(p<0.05),负荷为0.176 g/(g·d)较负荷0.413 g/(g·d)下PHB的生成量平均减少约4　mg/g(以MLSS计);PHB的合成与厌氧池中BOD₅的去除量的相关性较差(p>0.05),但与温度呈极为显著的正相关关系(p<0.01),温度的升高有助于微生物合成PHB,最高温度(33.2℃)比最低温度(17.1℃)活性污泥中PHB含量约增加5　mg/g(以MLSS计),占总量的20%左右.     

生物污泥对染料的吸附及胞外聚合物的作用

对比研究了4种生物污泥（包括活性污泥、厌氧污泥、干活性污泥、干厌氧污泥）对染料酸性湖蓝A的吸附,并考察了胞外聚合物（EPS）以及外层溶解性胞外聚合物（SEPS）和内层固着性胞外聚合物（BEPS）在此过程中所起的作用．结果表明,4种污泥吸附量与染料平衡浓度之间均既符合Freundlich模型（R²为0.921～0.995）,又符合Langmuir模型（R²为0.958～0.993）,但不符合BET模型（R²为0.07～0.863）．干厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附性能最好,干活性污泥的吸附性能最差．从Langmuir等温方程来看,干厌氧污泥的最大吸附量最高,为104 mg/g,其次为厌氧污泥的吸附（86 mg/g）、活性污泥（65 mg/g）,干活性污泥的最大吸附量最低,仅为20 mg/g．EPS的吸附量占整个活性污泥和厌氧污泥的吸附量的比例均大于50%,活性污泥和厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附主要是EPS的吸附所贡献. 厌氧污泥吸附染料酸性湖蓝A时, BEPS起主要作用; 而活性污泥吸附时,SEPS起主要作用.对2种污泥而言,SEPS的单位质量吸附量均远大于BEPS的单位质量吸附量, 活性污泥平均为52倍, 厌氧污泥为10倍. 厌氧污泥BEPS的吸附用Langmuir模型拟合,效果最好（R²为0.998 6）．     

水力停留时间对MFC-A2/O工艺处理生活污水的影响

在10 L的A~2/O反应器中构建微生物燃料电池(MFC)系统,以厌氧段作为阳极室去除有机物,缺氧段作为阴极室去除硝酸盐.结果发现,30 d左右可以达到最大输出电流.系统启动后进入稳定期对水力停留时间(HRT)进行优化,结果表明,当HRT=16 h时可以获得最佳出水效果,此时MFC的出水COD、总氮浓度分别比对照A~2/O反应器低14.6%和10.1%,在100Ω外阻下的输出功率密度为612 m W·m~(-3);当HRT=12 h时,产电效果最好,最大输出功率密度可以达到808 m W·m~(-3).     

填料型A2/O工艺污水处理及反硝化除磷效能

填料型A~2/O工艺是在A~2/O工艺的基础上通过向厌氧池、缺氧池、好氧池中投加醛化纤维式组合填料,将传统活性污泥法与生物膜法相结合组成一套脱氮除磷的新系统,文章对填料型A~2/O工艺与传统A~2/O工艺处理生活污水的效果进行了对比研究,以及对该复合式工艺在不同硝化液回流比下反硝化除磷能力进行了分析.研究结果表明,相同条件下,填料型A~2/O工艺对生活污水的处理效果要优于传统A~2/O工艺,分别使COD和氨氮的去除率达到92.5%和93.1%.试验通过增加硝化液回流比的措施使得反硝化聚磷菌在填料上富集程度增大,当硝化液回流比为300%时,缺氧池的NO-3-N浓度为3.03 mg·L~(-1),吸磷量最大为26.28 mg·L~(-1),胞内聚合物PHB代谢活性最好,利用率最高为1.32 g·g~(-1)·L~(-1).体现了填料型A~2/O工艺具有显著的反硝化除磷效果.     

A2O-MBR工艺中生物泡沫现象原因及其影响研究

以实际规模A²O-MBR污水厂为研究对象,主要考察好氧池生物泡沫现象及其基本特征（质/量特征和生物特征）,探究引发生物泡沫的潜在原因,并分析生物泡沫对污染物去除效果及膜污染的影响.结果表明试验期间,好氧池生物泡沫现象日趋严重,泡沫质/量特征值（泡沫量-Scum index,SI^*和泡沫潜能/稳定性-Foam power,FP）随运行时间延长呈上升趋势,且SI^*和FP与总胞外聚合物（extracellular polymeric substance,EPS）和结合型EPS浓度显著相关.生物泡沫中丝状菌丰度、微生物活性均高于污泥混合液.经分析生物泡沫的产生及稳定可能是由EPS作用和丝状菌（主要是微丝菌和0092型菌）作用引起的.生物泡沫持续存在期间,A²O-MBR系统对污染物去除效果（COD、NH₄⁺-N、TN、TP和浊度）稳定,并未受到负面影响.泡沫对膜污染具有一定的影响.     

一体式膜生物反应器中胞外聚合物的提取方法比较及其对膜污染的影响

本文对一体式膜生物反应器中胞外聚合物(EPS)的提取方法及其对膜污染的影响进行了试验研究,结果表明:胞外聚合物提取方法中,物理方法中的热提法较为简便易行,适当的振荡频率可以提高提取效率,超声波法(30 W-6 min)是可行的提取方法,硫酸法、EDTA法和甲醛-NaOH法联用可以用于活性污泥提取EPS,其中甲醛-NaO...     

Aeromonas veronii N8不同类型胞外聚合物的性质及其Zn2+吸附特征

以Aeromonas veronii N8为研究对象,对其松散型胞外聚合物(LB-EPS)和紧密型胞外聚合物(TB-EPS)的性质及其吸Zn~(2+)特征进行了研究.结果表明,LB-EPS和TB-EPS具有不同的多糖及蛋白组成比例;与TB-EPS相比,LB-EPS的分子量分布范围较窄,但其平均分子量较大,TBEPS中含有一些LB-EPS不具有的富含芳香族氨基酸的蛋白质,而LB-EPS则含有少量TB-EPS不具有的腐殖酸类物质;1H NMR与XPS分析发现,两种EPS具有相似的结构与元素组成,但各元素在两者中的组成比例并不相同;LB-EPS和TB-EPS具有相似的Zn~(2+)吸附规律,经90 min后二者均能达到吸附平衡,但LB-EPS的吸附率一直大于TB-EPS,二者的吸附率则随着EPS浓度的增加而变大,并随着Zn~(2+)浓度的增加而变小;对比Zn~(2+)吸附前后,两种EPS中属于核酸、多糖与蛋白质在内的一些特征官能团的强度或位置则发生了一定的变化,表明这些特征峰在吸附过程具有不同的功能作用;而LB-EPS和TB-EPS的Zn~(2+)吸附过程则可分别采用Freundlich和Temkin模型进行描述.     

缓冲液盐度对热提取活性污泥胞外聚合物的影响

采用热提取法提取污泥中微生物细胞外的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance,EPS),分析了不同提取时间、提取温度、缓冲液盐度对污泥中EPS提取效果的影响,并采用平行因子模型(PARAFAC模型)分析了不同缓冲液盐度下EPS的荧光组分及特性,探究了缓冲液盐度对热提取污泥EPS的影响.结果表明,缓冲液盐度对热提取EPS的组分和荧光物质的强度均产生影响,0.50%的氯化钠缓冲液盐度条件下松散型EPS(loosely bound EPS,LB-EPS)组分含量及荧光物质最佳,0.05%氯化钠缓冲液盐度条件下紧密型EPS(tightly bound EPS,TB-EPS)的提取效果最佳;当提取时间为40 min,提取温度为70℃时,总EPS含量达(93.26±2.07)mg·g~(-1)(以VSS计);三维荧光结果显示,不同缓冲液盐度条件下污泥中EPS均包含类蛋白质(C1:λ_(Ex)/λ_(Em)=290 nm,302/350 nm)、类色氨酸(C2:λ_(Ex)/λ_(Em)=278 nm,340 nm)、类胡敏酸(C3:λ_(Ex)/λ_(Em)=310 nm,410 nm)和类腐殖酸(C4:λ_(Ex)/λ_(Em)=380/420 nm,474/514 nm)4类荧光组分峰,在溶解性EPS(SMP)和LB-EPS中类色氨酸的荧光强度最高,TB-EPS中类蛋白质荧光强度最高.因此,合适的热提取缓冲液盐度,有利于污泥EPS中各组分的高效提取.     

聚合铝铁对A2/O系统 EPS及生物絮凝性能的影响

通过向实验室构建的A2/O模型好氧池末端投加聚合铝铁(PAFC)来强化系统的生物除磷,使得出水总磷达到《城市污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002》中的一级A标准,并重点分析投加的PAFC对A2/O系统中活性污泥胞外聚合物(EPS)和活性污泥生物絮凝性能的影响.结果表明,随着PAFC投药量的增加,A2/O系统活性污泥EPS总量变化不大,但EPS组分中蛋白/多糖含量的比值逐渐降低,由投药前的3.30降低至投药后的2.30;EPS中金属离子含量逐渐增加,在厌氧-缺氧-好氧的运行周期内,各处理单元污泥的EPS中金属铝离子含量增加.投加PAFC后,活性污泥颗粒变大,二沉池出水的Zeta电位明显降低,由投药前-15.83 mV降低至-21.20 mV,污泥产量增加.因此,适量投加PAFC后,生物絮凝性能得到改善,出水中悬浊颗粒减少,出水水质变好.     

好氧活性污泥胞外聚合物的影响因素研究

研究了4种活性污泥处理工艺和两种污泥培养基质对好氧活性污泥胞外聚合物(EPS)的影响,包括对EPS总量和组分的影响。EPS的提取总量以TOC来表示,并以DNA的浓度来衡量提取过程中细胞裂解的程度。结果发现,处理工艺不同,导致EPS的含量和组成不相同,主要体现在蛋白质和多糖含量比的不同;淀粉基质培养的污泥的EPS总量平均值比葡萄糖基质培养的污泥的EPS总量平均值略高一些,它们都比实际污水处理厂污泥的EPS含量高。     

不同组成活性污泥胞外聚合物吸附Cd2+、Zn2+特征

以蛋白质和糖含量比分别为2.5∶1、7∶1和9∶1的3种活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)EPS1、EPS2、EPS3作为吸附剂,研究其对水中Cd²⁺、Zn²⁺的吸附效能.结果表明,EPS对Cd²⁺和Zn²⁺的吸附与其组成有关,EPS1、EPS2和EPS3对Cd²⁺和Zn²⁺吸附量分别约为19.5、　27、　17　mg/g和40.5、 47.5、 37　mg/g. 3种胞外聚合物对Cd²⁺、Zn²⁺吸附过程可在1 h内快速平衡.动力学拟合结果表明,EPS1对2种重金属的吸附速率最快,而EPS2对Cd²⁺、Zn²⁺的平衡吸附容量最高.Freundlich和Langmuir方程均可描述3种EPS对Cd²⁺、Zn²⁺的吸附过程,方程参数拟合结果表明2种金属同EPS之间存在多种作用方式.3种EPS的吸附热力学方程拟合系数均表明EPS对Zn²⁺的吸附稳定性、吸附能力和亲和力均比对Cd²⁺的吸附强;当EPS中糖所占比例增加时,其对重金属的吸附能力也提高,表明糖在吸附过程中起着重要作用.     

活性污泥胞外聚合物提取方法的研究

对两种不同来源的活性污泥中EPS的提取效率进行了研究,采用的提取方法有NaOH法,阳离子交换树脂法（CER法）,加热法和离心法。结果表明,CER法是两种污泥EPS提取中最有效的方法。经过16h的提取,EPS中DNA的含量分别为0．73％和1．61％,这表明EPS的提取没有受到胞内物质的污染。两种污泥EPS的提取量分别为74mg／gVSS和80mg／gVSS,其中多糖和蛋白质是EPS的主要成分。在研究中,CER法最佳提取时间为8h,高搅拌强度和CER投加量都有利于EPS提取量的增加。     

交替好氧/缺氧运行模式对生物脱氮效能及活性污泥胞外聚合物的影响

以实际生活废水为处理对象,考察了SBR工艺好氧/缺氧(O/A)和缺氧/好氧(A/O)运行模式对生物脱氮性能、胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)及其组分(蛋白质PN、多糖PS和核酸DNA)的影响.结果表明,O/A和A/O运行模式下,SBR工艺均获得了高效稳定的NH_4~+-N去除,去除率分别为97.5%和98.0%,且硝化速率与NH_4~+-N负荷呈现较好正相关性.交替缺氧/好氧运行模式对于EPS影响,A/O模式下EPS产量略高于O/A模式下,且运行模式对TB-EPS及其组分(PN、PS和DNA)产量无显著影响,但A/O模式下LB-EPS及其组分(PN和PS)产量均高于O/A模式下,倍数介于1.38~1.56之间.2种模式条件下,PS是TB-EPS和EPS的主要组分,而PN是LB-EPS的主要成分.EPS含量与污泥沉降性能具有良好的线性正相关.     

膜生物反应器中排泥方式对污泥胞外聚合物的影响

研究了膜生物反应器(MBR)中间歇排泥以及连续排泥条件下污泥停留时间(SRT)与污泥胞外聚合物(EPS)变化的关系。试验结果表明:在间歇排泥方式下的污泥EPS都明显高于连续排泥方式下的。随着SRT的增加,附着型EPS浓度先是稍有减少,之后快速增加,溶解性EPS则增加。     

厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及其对污泥表面特性的影响

取厌氧氨氧化EGSB反应器中颗粒污泥,根据粒径筛分为R1(0. 5～1. 4 mm)、R2(1. 4～2. 8 mm)和R3( 2. 8 mm)这3组.提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS,分析EPS特性及其对厌氧氨氧化聚集体表面特性的影响.随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增加,PS含量介于(10. 69±0. 11)～(12. 28±0. 15) mg·g~(-1)之间,而PN含量从(56. 88±0. 86) mg·g~(-1)增加到(98. 59±2. 10) mg·g~(-1),且PN/PS从5. 32提高到9. 05.不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS官能团及三维荧光组分含量不同.随着颗粒污泥粒径增大,蛋白质二级结构α-螺旋/(β-折叠+无规卷曲)值从0. 60逐渐降低到0. 43,这种变化有利于污泥表面疏水性的表达.随着颗粒污泥粒径的增大,污泥表面疏水性由54. 2%提高到63. 1%,Zeta电位由-41. 2 m V增加到-31. 5 m V,疏水性的增强和表面电荷的增大有利于颗粒污泥的聚集.厌氧氨氧化颗粒污泥EPS可以增强污泥疏水性和提高Zeta电位,EPS中的PN发挥着重要的作用.     

pH值对活性污泥胞外聚合物分子结构和表面特征影响研究

为明确胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）对污水污泥性质的影响机制,通过改变pH值,考察了市政废水和饮料废水2种活性污泥胞外聚合物组分变化,采用红外光谱对比分析了pH值对EPS分子结构的影响,并通过胶体滴定测定其表面电荷,最终结合活性污泥提取EPS前后扫描电子显微镜观察,从宏观上佐证了表面特性和分子结构分析.结果表明,强酸条件下（pH 3）,可提取EPS比中性条件下时下降50%,其中多糖下降约30%,蛋白质下降约65%～70%;在强碱条件下（pH 11）,可提取EPS比pH 7时升高20%～30%,其中多糖升高约15%,蛋白质升高20%～50%.红外光谱分析表明,羟基在强酸强碱条件下均发生了变化,羧酸、多聚糖、酚类和蛋白质肽键在强酸条件下（pH 3）消失;胶体滴定结果表明,2种污泥提取EPS表面负电荷随pH上升而下降;扫描电镜分析表明,相对于碱性条件下,酸性条件使活性污泥中微生物细胞更易于破碎.pH值可改变活性污泥EPS组分、浓度以及其中基团组成,从而改变EPS表面特性,最终导致污泥状态改变.     

胞外多聚物在好氧颗粒污泥形成中的作用机制

在SBR反应器活性污泥好氧颗粒化过程中,分析不同时期污泥EPS主要成分的变化、污泥表面特性的变化及二者相关关系.不同时期污泥样品胞外蛋白的SDS-PAGE表明,蛋白分子量条带主要分布在（31.0～97.4）×10³,与种泥相比,颗粒污泥在形成过程中增加了一些新蛋白条带,且条带颜色逐渐变深,定性表明蛋白种类及含量的增加.定量测定也表明,胞外蛋白分泌量随颗粒污泥的形成逐渐从49.4 mg·g^-1增至148.3 mg·g^-1,多糖则无明显变化,蛋白/多糖值也从2.3逐渐增至4.9.颗粒污泥表面疏水性比种泥约增加1倍,疏水性的变化与蛋白/多糖值正相关,相关系数为0.969.测得种泥与颗粒污泥表面Zeta电位平均值分别为-28.5 mV和-13.2　mV,颗粒污泥表面的电负性明显降低.由蛋白质自身特性,可推测其通过增加污泥表面相对疏水性和降低污泥表面电负性而促进好氧颗粒污泥形成的作用机制.     

活性污泥胞外多聚物提取方法的比较

活性污泥污水处理系统中胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)对污染物的去除及污泥的絮凝、沉降和脱水性能都有着重要作用,影响活性污泥工艺的运行稳定性,然而不同的提取方法可能导致EPS组分、数量有显著差异,直接影响相关实验结果.本文采用离心法提取溶解型和疏松型EPS后,采用文献经常报道的8种物理、化学方法提取紧密型EPS(tightly bound EPS,TB-EPS),研究TB-EPS数量及多糖、蛋白质、核酸等成分含量并进一步分析TB-EPS的基团组成,也分析了TB-EPS中15种元素含量.结果表明,8种方法中,加热法提取TB-EPS组分数量较多,对污泥微生物细胞破坏程度低,且在EPS提取过程不引入外源物质,是一种较为合适的EPS提取方法.阳离子树脂法对TB-EPS中芳香族蛋白质和腐殖酸类物质有较好的提取效果,Na OH法对富里酸类物质提取效果较好.物理法对TB-EPS红外光谱的官能团种类无明显影响,但化学法对TB-EPS官能团种类影响较显著,TB-EPS具有不同的特征吸附峰.总体上,化学法提取的TB-EPS中元素含量高于物理法.研究者应根据实验目的,选取适宜的EPS提取方法;或者建立EPS提取的标准方法,有助于实验结果间的比较.