铁负载污泥炭的表征及其促进PAM调理高级厌氧消化污泥的效能研究

本研究首先分析了铁负载污泥炭的物理化学性质,评估了铁负载污泥炭与有机高分子（聚丙烯酰胺,PAM）联合调理改善高级厌氧消化污泥脱水性的效能,研究了联合调理过程中污泥絮体特性与胞外聚合物（EPS）的变化特征.结果表明,单独投加污泥炭可以通过铁的电中和作用降低污泥颗粒间的静电排斥力,同时充当骨架材料改善污泥的脱水性能.此外,铁负载污泥炭可以有效去除污泥体系中大分子溶解性有机物,从而改善污泥的过滤性能.污泥炭和有机絮凝剂在污泥调理过程中表现出明显的协同作用,污泥碳和PAM的最佳投加量分别为250 mg·g^-1（以TSS计）和8 mg·g^-1（以TSS计）.激光共聚焦显微镜分析表明,PAM主要与污泥絮体中的蛋白质分子作用,从而促使污泥颗粒凝聚.     

芬顿试剂氧化对污泥脱水性能的影响

利用芬顿试剂调理污泥,以W_C(污泥滤饼含水率)和CST(毛细吸水时间)作为评价污泥脱水性能的指标,通过分析污泥中各层ρ(EPS)(EPS为胞外聚合物)和上清液中小分子有机物质量浓度来阐明污泥脱水性能的变化. 结果表明:芬顿试剂调理可促进EPS氧化分解,TB-EPS(紧密结合的胞外聚合物)破解转化为LB-EPS(松散结合的胞外聚合物)和S-EPS(上清液层胞外聚合物),大幅降低W_C和CST. 试验中当pH为4,w(H₂O₂)和 w(Fe2+)均为40 mg/g时,ρ(EPS)降低了33.04%,W_C和CST分别降至63.36%和28.7 s. Pearson相关性分析表明,ρ(TB-EPS)与W_C和CST均存在显著的正相关性(P＜0.01),是影响污泥脱水性能的重要因素,而ρ(LB-EPS)和ρ(S-EPS)与污泥脱水性能的相关性较低. 液相色谱分析表明,随着芬顿试剂投加量的增大,EPS等有机物分解程度增大,污泥上清液中小分子有机物种类明显增多,其质量浓度显著升高,ρ(甲酸)和ρ(乙酸)分别由原污泥的52.72、15.99 mg/L升至446.05、522.36 mg/L.      

间歇梯度曝气下首段延时厌氧强化好氧颗粒污泥脱氮除磷

本研究采用SBR反应器,以实际低C/N比生活污水为进水基质,采用间歇梯度曝气（各曝气段溶解氧浓度递减）充分利用内碳源,探讨不同首段厌氧时间下好氧颗粒污泥脱氮除磷效果.结果表明,间歇梯度曝气的初始厌氧段从50 min增加至90 min,使颗粒污泥内碳源的储量增加,这一延时厌氧的改进条件导致颗粒污泥脱氮除磷效果提升,当延时至70和90 min时,COD、TN和TP的去除效率分别可达84.74%、70.05%和89.7%以及86.65%、78.81%和85.5%.但随后首段厌氧时间增至110 min后,由于部分细胞解体,污泥流失较严重,使内碳源储量约降低13.6%,进而污染物去除效率下降.在首段厌氧时间从50 min延长至90 min的过程中,LB-EPS中PS含量变化较小,随后延时至110 min后PS含量增加至约7.18 mg·g^-1,PN含量增加至约5.56mg·g^-1.TB-EPS中PN和PS含量均较稳定,进而表明内碳源储量对LB-EPS的影响较TB-EPS大,同时污泥沉降性能下降与LB-EPS中PS含量增加密切相关.颗粒污泥中DPAOs占比随首段厌氧时间的适当增加而升高,其中首段厌氧时间为70 min时DPAOs占比达到51.5%.     

O_3-脱硫灰-FeCl_3联合调理对污泥脱水性能的影响

以毛细吸水时间(CST)和滤饼含水率(Wc)为指标,探究O_3-脱硫灰-FeCl3联合调理对污泥脱水性能的影响。通过测定污泥各层胞外聚合物(EPS)含量、可溶性化学需氧量(SCOD)、Zeta电位以及红外光谱(FTIR),探讨了O_3、脱硫灰和FeCl_3调理污泥的作用机理。结果表明:O3-脱硫灰-FeCl_3联合调理污泥的效果明显好于O_3单独调理。SCOD和FTIR分析表明:部分EPS氧化分解为氨基酸、脂肪酸等小分子有机物或无机物,释放了部分表面吸附水和内部结合水。O_3能促进紧密粘附的胞外聚合物(TB-EPS)剥落;剥落的TB-EPS,部分转化为溶解性胞外聚合物(S-EPS)和松散粘附层胞外聚合物(LB-EPS),部分被Fe(OH)_3吸附。当O_3、脱硫灰和FeCl3投加量分别为85.72mg/g(DS)、400mg/g(DS)和60mg/g(DS)时,CST和Wc分别由1239.5s和83.69%降至204.3s和70.70%,脱水速度提高83.52%,脱水程度提高15.41%。     

二价铁活化过氧化钙提高剩余活性污泥的脱水性能

采用Fe²⁺活化过氧化钙（Fe²⁺/CaO₂）提高剩余污泥的脱水性能,考察初始pH值、Fe²⁺和CaO₂投加量对污泥脱水性能的影响,并进一步探究了实现污泥深度脱水的内在机制.结果表明,初始pH值为中性,Fe²⁺和CaO₂投加量（以VSS计）分别为3.31 mmol·g^-1和3.68 mmol·g^-1时,污泥的脱水效果最好,污泥比阻（SRF）和含水率（W_C）分别由20.99×10¹² m·kg^-1和86.61%降低至3.91×10¹² m·kg^-1和76.15%.Fe²⁺/CaO₂的氧化使污泥微生物细胞裂解,胞内有机物释放,胞外聚合物（EPS）降解;同时,Fe³⁺促使污泥颗粒再絮凝形成致密、多孔的絮体结构,有利于EPS结合水释放,实现污泥深度脱水.从技术和经济角度来看,Fe²⁺/CaO₂工艺经济实用,在提高剩余污泥脱水能力方面具有一定的应用前景.     

热活化过一硫酸盐调理强化厌氧消化污泥脱水的研究

为了解热活化过一硫酸盐（PMS）调理对厌氧消化污泥脱水性能的影响,本文以毛细吸水时间（CST）、污泥比阻（SRF）和泥饼含水率（WC）为评价指标,通过比较不同温度条件下（25~80℃）热活化PMS调理过程中PMS分解速率、自由基产生、胞外聚合物（EPS）含量和组成,以及污泥形貌特征和粒径分布等变化规律,探讨作用效果及机理.结果表明,热活化PMS调理能显著改善厌氧消化污泥的脱水性能,且温度的升高可增强脱水改善的程度.在温度80℃、PMS投加量4 mmol·g^-1 DS（干物质）和处理5 min的条件下,厌氧消化污泥CST、SRF和WC分别从原始污泥的141 s、2.31×10¹³ m·kg^-1、85%降至35 s、1.95×10¹² m·kg^-1和63%.热活化PMS调理过程中产生的SO₄^-·和·OH破坏了污泥絮体结构,大幅消减了TB-EPS中的蛋白质（尤其是芳香类蛋白和色氨酸类蛋白）,同时污泥粒径的增大（100 μm→1000 μm）可能是厌氧消化污泥脱水性能提高的主要原因.该结果可为热活化过硫酸盐调理技术应用于厌氧消化污泥的高效脱水提供参考.     

酸碱-微波耦合预处理对污泥胞外聚合物溶裂与产甲烷行为的影响

对酸碱-微波耦合预处理后不同EPS组分在污泥厌氧消化行为中扮演的角色进行研究，通过产甲烷潜能实验评价其甲烷转化性能。结果表明:酸碱-微波耦合预处理通过溶出胞内有机物和改变EPS的分布来影响污泥产甲烷行为。甲烷累积产量最优预处理条件为pH=10，微波500 W，预处理时间120 s。此时，预处理后溶解型胞外聚合物（S-EPS）中的溶解性化学需氧量（SCOD）浓度达到11460 mg/L，是对照组浓度的184.5%，累积甲烷产量为89.08 mL/g，较对照组增加59.9%。碱处理（pH=10和12）时，S-EPS对累积甲烷产量的贡献率分别达到了16.6%和30.4%，远高于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）。在48 d的厌氧消化过程中，S-EPS对产甲烷的贡献率在1~4 d内快速升高，随后缓慢持续下降。因此，酸碱-微波耦合预处理通过强化污泥S-EPS中的多糖、蛋白质等有机质的溶出，促进污泥甲烷化。     

叶酸对厌氧氨氧化细菌脱氮性能的影响研究

考察了叶酸对厌氧氨氧化细菌对污水脱氮性能的影响,并从胞外聚合物（EPS）、血红素及细胞合成等方面进行了机理分析.结果表明,在叶酸添加量分别为0.5、1.0和1.5 mg·L^-1时,均可提高厌氧氨氧化细菌的污水脱氮性能,且当叶酸浓度为1.5 mg·L^-1时,脱氮性能最好.与对照组相比,在1.5 mg·L^-1的叶酸添加量时,总氮去除率（TNRR）提高到45.3 mg·g^-1·d^-1,增加了32.1%;总EPS提高到175.9 mg·g^-1,增加了66.6%;血红素含量提高到2.35 mg·g^-1,增加了26.4%;厌氧氨氧化细菌功能基因总拷贝数提高到（2.87×10⁸±1.79×10⁷）copies·g^-1,增加了11.1%.经叶酸刺激培养后,污泥系统中的浮霉菌门相对丰度增加了3.5%,系统中占主导地位的厌氧氨氧化细菌为Candidatus Brocadia.     

碳氮比对活性污泥胞外聚合物的长期影响

以人工模拟废水为研究对象,采用4组SBR反应器（R₀,R₅,R₁₀和R₁₅）,重点考察了碳氮比（C/N）对胞外聚合物（EPS）含量及其组分（蛋白质（PN）、多糖（PS）和核酸（DNA））的影响.试验结果表明：C/N对EPS及其组分具有显著影响.随着C/N由0升高至15,EPS和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）含量逐渐升高,而松散型胞外聚合物（LB-EPS）含量逐渐降低,EPS以TB-EPS为主（占77.4%~93.6%）.EPS和TB-EPS中的PN、PS和DNA含量随着C/N值升高而升高,LB-EPS中的PN、PS和DNA含量随C/N升高而降低.此外,随着C/N的增大,毛细吸水时间（CST）和污泥比阻（SRF）值显著增大,污泥的脱水性能变差.     

基于EPS分析的污泥龄对HMBR中膜污染的影响与作用机理

采用复合式膜生物反应器处理生活污水,基于胞外聚合物(EPS)的分析,研究不同污泥(SRT)对膜污染的影响与作用机理。结果表明:溶解性EPS(S-EPS)和松散附着性EPS(LB-EPS)均随SRT的延长逐渐减少,并在SRT为30 d时到达最低点;继续延长SRT,S-EPS保持稳定而LB-EPS则迅速增高。S-EPS的减少能够降低膜孔阻力(R_p)和滤饼层阻力(R_c);LB-EPS的减少能够改善污泥的絮凝与沉淀性能,进而降低R_c。当SRT由10 d延长到30 d时,R_c和R_p分别降低了19.7%和8.5%,膜组件运行周期延长了23.2%。     

盐度变化对厌氧污泥胞外聚合物的影响

为探讨盐度变化对厌氧污泥胞外聚合物的影响,采用三维荧光(3D-EEM)和傅里叶变换红外(FTIR)技术,研究了不同盐度下升流式厌氧污泥流化床(UASB)中污泥的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,并分析了LB-EPS和TB-EPS与污泥沉降性间的关系.结果表明,进水盐度由0逐渐增加至8%,厌氧污泥LB-EPS和TB-EPS含量分别由4.94和12.25 mg·g~(-1)(以VSS计)增加至41.47和43.04 mg·g~(-1)(以VSS计);LB-EPS和TB-EPS中蛋白(PN)和多糖(PS)含量的比值分别由3.2和3.8降低至1.8和2.3;污泥容积指数(SVI)与LB-EPS、TB-EPS均正相关;3D-EEM光谱显示,色氨酸蛋白和芳环蛋白荧光峰存在于不同盐度下LB-EPS和TB-EPS中,类胡敏酸荧光峰仅存在于盐度高于4%的TB-EPS中;FTIR分析表明,进水盐度的增加导致LB-EPS和TB-EPS中PS的C—O组分相对含量增加.     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

胞外聚合物对活性污泥吸附生活污水碳源的影响

为探索活性污泥中不同层胞外聚合物(SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS)对污泥吸附性能的影响,以培养污泥、污水厂污泥为研究对象,采用加热法分层提取EPS,研究不同层EPS对生活污水中COD的吸附特征,并采用Lagergern单层吸附动力学模型、Ritchie双层吸附模型和颗粒内扩散模型方程进行动力学数据分析.结果表明:两种污泥的原污泥、-SB污泥和培养-LB污泥与Lagergern单层吸附模型和Ritchie双层吸附模型的拟合效果均比较好,说明污泥吸附过程既存在单层的物理吸附过程,又存在多层的物理化学吸附过程.污泥从外层到内层,EPS含量逐步增加,蛋白质与多糖比值均为外层小于内层,但培养污泥LB-EPS中蛋白质与多糖比值大于TB-EPS.两种污泥单位SB-EPS的吸附量分别为0.650 mg·mg~(-1)、3.37 mg·mg~(-1),吸附速率比原污泥分别增加了0.0997 min-1、0.0390 min-1,因此,SB-EPS可吸附有机污染物,但吸附速率较小.两种污泥单位TB-EPS的吸附量分别为1.06 mg·mg~(-1)、0.443 mg·mg~(-1),吸附速率比原污泥分别增加了10.7 min-1、0.183 min-1,因此,TB-EPS结构紧密,导致吸附速率减慢,但其能很好地将吸附上的污染物保存在菌体细胞壁外而不被释放.而LB-EPS对污染物没有储存能力,只有快速传递污染物的能力.     

硝化污泥胞外聚合物分层组分提取方法的比较

采用温和加热法、超声法、超声+振荡法和离心法4种方法提取硝化污泥松散结合型胞外聚合物(LB-EPS),及乙二胺四乙酸(EDTA)法、甲醛+NaOH法、甲醛+超声、阳离子树脂法(CER)和加热法提取硝化污泥紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS),通过化学分析结合三维荧光(3DEEM)光谱对各提取方法进行比较.结果表明,LB-EPS和TB-EPS的最优提取方法分别为温和加热法和甲醛+Na OH法,TOC提取量分别为16.82、58.43 mg·g~(-1).三维荧光光谱显示温和加热法能有效提取LB-EPS中的类色氨酸和类腐殖酸;甲醛+NaOH法、CER和加热法提取的TBEPS中物质最为全面,主要包括类色氨酸、类腐殖酸和类酪氨酸.TB-EPS三维荧光浓度效应分析表明荧光峰位置与EPS浓度变化无关;类腐殖酸和类酪氨酸荧光峰强度随EPS浓度降低而减小,分别呈二项式和对数关系.     

Effects of acid,acid-ZVI/PMS,Fe(Ⅱ)/PMS and ZVI/PMS conditioning on the wastewater activated sludge(WAS)dewaterability and extracellular polymeric substances(EPS)

The effects of four conditioning approaches:Acid,Acid-zero-valent iron(ZVI)/peroxydisulfate(PMS),Fe(Ⅱ)/PMS and ZVI/PMS,on wastewater activated sludge(WAS) dewatering and organics distribution in supernatant and extracellular polymeric substances(EPS) layers were investigated.The highest reduction in bound water and the most WAS destruction was achieved by Acid-ZVI/PMS,and the optimum conditions were pH 3,ZVI dosage 0.15 g/g dry solid(DS),oxone dosage 0.07 g/g DS and reaction time 10.6 min with the reductions in capillary suction time(CST) and water content(Wc) as 19.67% and 8.49%,respectively.Four conditioning approaches could result in TOC increase in EPS layers and supernatant,and protein(PN) content in tightly bound EPS(TB-EPS).After conditioning,organics in EPS layers could migrate to supernatant.Polysaccharide(PS) was easier to migrate to supernatant than PN.In addition,Acid,Acid-ZVI/PMS or Fe(Ⅱ)/PMS conditioning promoted the release of some polysaccharides containing ring vibrations v P=O,v C-O-C,v C-O-P functional groups from TB-EPS.ESR spectra proved that both radicals of SO_4~-· and·OH contributed to dewatering and organics transformation and migration.CST value of WAS positively correlated with the ratios of PN/PS in LB-EPS and total EPS,while it negatively correlated with TOC,PN content and PS content in TB-EPS,as well as PS content in supernatant and LB-EPS.BWC negatively correlated to zeta potential and TOC value,PN content,and HA content in supernatant.     

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.     

Enhanced dewaterability of waste activated sludge by UV assisted ZVI-PDS oxidation

Ultraviolet（UV） assisted zero-valent iron（ZVI）-activated sodium persulfate（PDS） oxidation（UV-ZVI-PDS） was used to treat waste activated sludge（WAS） in this study.The dewaterability performance and mechanism of WAS dewatering were analyzed.The results showed that UV-ZVI-PDS can obtain better sludge dewatering performance in a wide pH range（2.0-8.0）.When the molar ratio of ZVI/PDS was 0.6,UV was 254 nm,PDS dosage was 200 mg/g TS（total solid）,pH was 6.54,reaction time was 20 min,the CST（capillary s...