活性污泥胞外聚合物的组成与结构特点及环境行为

在活性污泥处理系统中,微生物大多以污泥絮体的形式悬浮在水中。胞外聚合物(EPS)作为污泥絮体的重要组成部分,以其独特的聚合结构和化学组成,在污水生物处理系统中起到重要作用。为了更好的描述EPS的环境行为,文章综合了近年来国内外相关的研究成果,首先分析了EPS的来源、化学组成及结构分布,得出EPS中包含蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸、糖醛酸及脂类大分子等化学物质,其中蛋白质和多糖之和占总有机物含量的70%~80%;在结构上,EPS分为SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS,三者与细胞结合的紧密程度递增,其中所含化学成分比例的不同将使其具有不同的理化特性。其次,文章对EPS的理化特征对污水处理系统的影响,如对系统中微生物降解特性的影响、磷和重金属的吸附等进行了讨论,并总结了EPS中相关的官能团对上述环境行为的贡献。同时,文章还论述了EPS中官能团的亲疏水特性及化学成分对污泥絮体的脱水性、絮凝沉降性能的影响。     

污泥流变特性及其变化规律的研究进展

随着我国污水处理厂污泥产量的急剧增加,污泥处理处置的效率亟待提高。传质是影响污泥处理效果最重要的因素之一,而污泥的流变特性对传质效果有决定性的作用,因此污泥的流变特性是污泥处理处置单元设计和运行的重要参数。通过分析不同的流体类型,明确了作为非牛顿流体的污泥既是假塑性流体又是触变性流体。在此基础上,对三种常用的非牛顿流体流变模型,即Ostwald de Vaele模型、Herschel-Bulkley模型和Bingham模型进行比较分析,并系统阐述了污泥流变特性及其变化规律性的国内外研究进展。     

生物炭对活性污泥中SMP和EPS的组成及脱氮除磷的影响

采用SBR工艺,研究不同生物质原料制成的生物炭粉末对活性污泥中的溶解性微生物产物（SMP）、胞外聚合物（EPS）的组成[蛋白质（PN）、多糖（PS）]及其含量的影响;分析活性污泥MLVSS/MLSS的变化以及污水氮、磷的含量。结果表明:添加的生物炭起到连接污泥絮体的作用,菌胶团尺寸增大,污泥中微生物量明显增多。添加生物炭的活性污泥溶解性微生物产物（SMP）中蛋白质的含量减少了62.3%~76.6%。胞外聚合物（EPS）中蛋白质的含量增加了17.8%~32.8%,含有更多的氨基酸或蛋白质中的色氨酸、酪氨酸以及苯丙氨酸。猪粪生物炭（PMB）对活性污泥影响最大,污泥EPS的冻干物中含有更多的芳香族化合物及核酸类物质。添加生物炭后,活性污泥对氮的转化效率提高,氨氮更快地转化为亚硝态氮并使其达到较高的浓度,并且对磷也有更好的去除效果。     

污泥热处理及其强化污泥厌氧消化的研究进展

污水生物处理的广泛应用产生了大量剩余污泥,剩余污泥的处理与处置已成为污水处理厂面临的一个重大挑战.厌氧消化是一种常用的污泥处理方法,传统的污泥厌氧消化处理方式存在许多不足,而污泥热处理却能使之改善.本文综述了近几年来污泥热处理的研究进展,从污泥热处理的机理出发,总结了热处理对污泥的作用过程及其对污泥特性的影响,分析了污泥热处理的影响因素.在阐述热处理对污泥厌氧消化的强化作用及其强化机理的基础上,深入分析了影响热处理强化污泥厌氧消化的主要因素.同时,对污泥热处理及其强化污泥厌氧消化存在的不足及其今后的发展方向作了简要的分析和展望.     

化学生物絮凝工艺污泥回流对污染物的絮凝效果研究

采用化学生物絮凝(CBF)工艺处理上海市城市污水,通过停止加药试验、不同污泥回流比模拟试验、污泥胞外聚合物组分及含量的分析测定,研究分析污泥回流对污染物去除效果的影响.结果表明,CBF的回流污泥具有较强的污染物去除能力,其携带的化学药剂可以增强系统抗磷酸盐冲击负荷能力,停止PAFC药剂投加期间,其COD去除率基本维持在50%以上, PO3-4、TP去除率呈现逐渐缓慢下降的趋势.化学药剂投加是CBF实现良好泥水分离效果的重要因素.CEPT工艺剩余污泥VSS中的EPS含量仅为17.24 mg/g,而CBF工艺VSS中的EPS含量高达145.89 mg/g,其微生物活性较高,生物絮凝能力较强.化学强化一级工艺(CEPT)剩余污泥中药剂的絮凝性能较差,其对TP和COD的去除能力随污泥回流比提高而显著降低,而由于存在生物絮凝作用,CBF系统的污泥具有较强的絮凝性能.化学生物絮凝工艺是一种化学与生物协同作用的污水强化一级处理工艺.     

城市污水厂活性污泥中胞外聚合物与工艺运行及污泥沉降性能的相关性分析

胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)的组分及含量是影响活性污泥性能的重要因素之一.本研究在测定不同城市污水处理厂活性污泥中EPS的基础上,分析水质情况与运行条件对EPS组分的影响.结果表明:蛋白质为EPS的主要组分,约占25%~63%;腐殖酸次之,占21%~50%;DNA和多糖的含量较少.同是A~2O工艺的2个污水厂的污泥沉降性能和粒径分布差异较大.根据Pearson分析结果,在污泥微膨胀和正常状态下,EPS总量与污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)及粒径分布没有明显的相关性,但腐殖酸和DNA均与SVI呈正相关.处理工艺的水力停留时间与EPS总量负相关,但污水中有机物含量对EPS的含量及组分没有影响.EPS中多糖含量与脱氮除磷过程显著相关,多糖可以作为脱氮除磷过程的有机碳源.污泥龄影响EPS中蛋白质与多糖的比值.因此,污水水质、工艺类型及运行条件不同程度的影响EPS的组分及含量,进而影响处理效果.     

胞外聚合物对浸没式膜-生物反应器膜过滤性能的影响

通过浸没式膜-生物反应器（SMBR）处理上海市城市内河水的试验,研究了反应器混合液中和2种疏水性不同的膜上污泥胞外聚合物（EPS）的量、组成、污泥特性及对膜过滤性能的影响.结果表明,混合液污泥中的溶解性EPS和固着性EPS比膜上污泥多,不同污泥的固着性EPS组分中蛋白质（EPSP）/多糖（EPSC）的大小顺序依次为混合液污泥〈亲水膜污泥〈疏水膜污泥.疏水膜污泥中溶解性EPS比亲水膜多,溶解性EPS和固着性EPS量及组分均有很大差异.混合液污泥的EPS流动性大,疏水性膜上污泥EPS的流动性较大.溶解性EPS对污泥特性及膜过滤性能影响较大.SMBR中亲、疏水性膜片上黏附的污泥的相对疏水性分别为53%、59%.比较2种膜片通量的变化发现,疏水性膜污染严重.     

SRT对酵母-SBR处理油脂废水稳定性的影响

污泥龄(SRT)是影响废水生物处理系统稳定性的重要参数,SRT对酵母菌处理废水系统的影响尚不明确.为探明SRT对酵母处理油脂废水的影响,在序批式反应器(SBR)中考察了不同SRT(5、10、20、40 d)对废水处理效果、胞外聚合物(EPS)、酵母污泥沉降性的影响,并通过PCR-DGGE及克隆测序方法解析了系统中的酵母菌群落结构.结果表明:酵母菌处理油脂废水合适的SRT为5~10 d;较长SRT会导致COD去除率降低及污泥中EPS总量下降;酵母污泥中EPS以紧密型EPS为主,主要成分为多糖;5~40 d范围内的SRT对系统中酵母污泥的污泥容积指数(SVI)影响不显著,但系统在长的SRT(20d)下运行会导致系统中丝状细胞明显增多,有丝状菌性膨胀的趋势;长、短SRT下酵母群落结构相似,系统中都出现了3株可以利用或者降解油脂的外源性酵母菌株.综上结果,短SRT有利于酵母处理油脂废水系统的运行稳定性.     

盐度对SBR处理垃圾渗滤液污泥胞外聚合物及污泥特性的影响

采用序批式生物反应器(SBR)处理垃圾渗滤液,以投加Na Cl固体的方式改变体系盐度,考察盐度变化对SBR运行过程中污泥胞外聚合物(EPS)及污泥特性的影响。结果表明:盐度的增加(5~15 g/L)对SBR去除COD效果的影响不显著,而对氨氮的去除率则从92%下降至50%;污泥松散型胞外聚合物(LB-EPS)的含量从13.26 mg/g增加至31.75 mg/g,紧密型胞外聚合物(TB-EPS)从19.12 mg/g增至25.75 mg/g。对LB-EPS、TB-EPS中蛋白质(PN)与多糖(PS)进行分析可知,两类EPS中的PN与PS含量均随盐度的增加而增加,但PS的增加量大于PN。进一步将EPS含量的变化与污泥的相关特性进行分析发现,污泥体积指数(SVI)总体上随着EPS含量的增加而增加,污泥的疏水性呈现下降趋势。此外,还发现污泥的Zeta电位受到EPS与盐度的共同影响,呈现先负向减小后增大的趋势,污泥絮体结构随着盐度的增加更为松散。     

低负荷氧化沟系统中EPS与活性污泥沉降性能的关系

污泥膨胀是氧化沟系统中常见的运行问题,为寻求有效的针对性污泥膨胀的控制措施,需要首先明确污泥膨胀发生的机理.因此,在实验室模拟氧化沟处理系统中,采用以可溶性淀粉为碳源的模拟生活污水,探索了系统内污泥EPS的变化及其与污泥膨胀的关系.试验结果显示,在低负荷氧化沟中,污泥出现丝状膨胀,污泥中EPS含量及EPS中蛋白质含量与污泥的沉降性能(SVI)之间呈现出明显的负线性关系,但EPS中糖的含量与污泥的SVI之间无明显的线性关系.适当提高污泥负荷,污泥的EPS含量增加、沉降性能改善.研究认为,在低负荷运行的系统且缺乏细菌可快速容易降解碳源的条件下出现的污泥中EPS减少,并非是氧化沟污泥发生丝状膨胀的致因,丝状菌的优势繁殖才是根本原因.不能通过控制EPS来影响氧化沟低负荷下的污泥丝状膨胀.     

污泥增活剂影响MBR处理效果试验研究

向一体式膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)中投加污泥增活剂,与普通MBR进行试验对比,考察了污泥增活剂-MBR复合工艺对污染物去除的强化作用及对混合液污泥特性的影响。结果表明,污泥增活剂不仅提高了COD和氨氮的去除效果,而且由于增活剂与污泥形成的生物团粒的有效作用使系统总氮去除率提高10%以上。污泥增活剂-MBR中污泥混合液胞外聚合物(extra-cellular polymeric substances,EPS)含量高于MBR,上清液溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP)和Zeta电位相对较低,及EPS与SMP和Zeta电位的变化对应规律,说明污泥增活剂使EPS含量升高,促进了污泥活性的提高。较低的SMP浓度将降低膜自身污染的程度,活性炭的作用可使泥饼层结构疏松,能够减缓泥饼层带来的膜通量下降。     

污水处理系统剩余污泥碱处理融胞效果研究

研究了碱处理对污水生物处理系统剩余污泥的融胞效果及其影响因素.结果表明,碱处理能够使污泥细胞中有机物溶出,成为溶解性物质,从而使污泥液相的溶解性化学需氧量增加.pH值高于11.0时,污泥的絮体和细胞2种结构被破坏,而pH值低于11时,仅能破坏其絮体结构.碱处理过程中,起作用的是OH^-离子,但同时加入的金属离子也会影响污泥融胞的效果.碱处理能减小污泥的重量,VS的最大去除率可达48.01%(TS约为40.40%,pH值13.0左右时).污泥粒径随着碱处理pH值的升高而减小.污泥浓度、pH值和处理时间均是影响碱处理效果的重要因素,正交试验表明,在高pH值下,污泥浓度越高,碱处理污泥融出的SCOD总量越多,但折算为相同pH值下,单位污泥融出的SCOD基本不变.     

胞外聚合物EPS在废水生物除磷中的作用

对EPS在废水生物除磷中的作用机理进行系统研究,探讨和完善生物除磷机理.试验结果表明,在生物除磷系统中,EPS贮存了部分磷,在生物除磷中起着重要的作用.在厌氧.好氧交替过程中.EPS中磷含量呈厌氧减少、好氧增加的周期性变化;污泥中的磷有82%左右被聚磷菌吸收,另外18%左右的磷聚集在EPS中;一个运行周期中基质所减少的磷84.3%被聚磷菌过量吸收,15.7%被贮存于EPS中;EPS对磷的去除能力与EPS的含量正相关.此外,泥龄对EPS影响较大,对EPS在生物除磷中的作用影响显著,泥龄越长,EPS含量越高,EPS中所贮存的磷含量越高.而磷负荷对EPS除磷影响不显著.     

生物炭对污泥堆肥及其利用过程重金属有效态的影响

以城市脱水污泥为研究对象,设置2种处理(A组:添加水稻生物炭;B组:未添加生物炭)进行污泥堆肥,并将污泥堆肥产品进行土地利用,研究污泥堆肥及其利用过程重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni)的变化特征及其钝化效果,同时考察添加生物炭的影响作用。结果表明:在污泥堆肥及其短期利用过程中,除Ni外,重金属总量没有显著变化,水稻生物炭对5种重金属总量的影响也不显著。污泥堆肥过程对5种重金属具有一定钝化作用,添加生物炭能显著降低重金属有效态含量,并具有显著的钝化效果(P0.05),钝化率达到16.39%~43.10%,其中Zn、Ni的钝化效果更为显著;而未添加生物炭的污泥堆肥过程对重金属有效态的钝化效果不显著(P0.05)。施用污泥堆肥会增加土壤重金属含量,短期时间内,生物炭对污泥堆肥土壤利用后的重金属有效态具有一定影响,但效果不显著。     

生物沥浸处理中微生物菌群和胞外聚合物对城市污泥脱水性能的影响

探讨城市污泥生物沥浸过程中微生物菌群和胞外聚合物(EPS)变化对污泥脱水性能的影响,对进一步揭示生物沥浸法提高污泥脱水性能机理具有重要意义.本研究通过摇瓶试验探讨了硫杆菌和异养微生物菌群数量的变化及EPS在生物沥浸法提高城市污泥脱水性能中的作用.试验结果表明,在生物沥浸处理的前2 d内,由于硫杆菌A.ferrooxidans LX5和A.thiooxidans TS6的大量生长,导致生物沥浸污泥的pH从初始的4.62显著下降至2.47,进而导致污泥中异养菌数量从初始的2.65×108CFU·mL-1下降至8.20×106CFU·mL-1,污泥中EPS含量从初始的28.18 mg·g-1(以VSS计,下同)显著下降为13.53 mg·g-1.A.ferrooxidans LX5和A.thiooxidans TS6的大量生长、异养微生物细胞的死亡破裂及EPS含量的下降共同促使污泥的结合水含量从初始的37.28%下降至21.10%,最终导致污泥比阻从初始的5.14×1012m·kg-1显著下降至6.92×1011m·kg-1.通过验证试验发现,原始污泥在剥离EPS后其比阻仅为原来的11.23%,其脱水性能与生物沥浸2 d后的污泥在0.05水平上没有显著性差异.因此,污泥中A.ferrooxidans LX5、A.thiooxidans TS6和异养微生物菌群数量的改变及EPS含量的减少是生物沥浸法提高污泥脱水性能的两个重要因素.     

生物炭对污泥堆肥及其利用过程重金属有效态的影响

以城市脱水污泥为研究对象,设置2种处理(A组:添加水稻生物炭; B组:未添加生物炭)进行污泥堆肥,并将污泥堆肥产品进行土地利用,研究污泥堆肥及其利用过程重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni)的变化特征及其钝化效果,同时考察添加生物炭的影响作用.结果表明:在污泥堆肥及其短期利用过程中,除Ni外,重金属总量没有显著变化,水稻生物炭对5种重金属总量的影响也不显著.污泥堆肥过程对5种重金属具有一定钝化作用,添加生物炭能显著降低重金属有效态含量,并具有显著的钝化效果(P 0. 05),钝化率达到16. 39%～43. 10%,其中Zn、Ni的钝化效果更为显著;而未添加生物炭的污泥堆肥过程对重金属有效态的钝化效果不显著(P 0. 05).施用污泥堆肥会增加土壤重金属含量,短期内,生物炭对污泥堆肥土壤利用后的重金属有效态具有一定影响,但效果不显著.     

活性炭促进硫化物推动短程硝化反硝化污泥颗粒化研究

研究向反应器中投加颗粒活性炭(GAC),为其主要作用细菌氨氧化菌(AOB)和硫氧化菌(SOB)提供凝集的载体,促进硫化物推动短程硝化反硝化污泥颗粒化。在室温条件下,以低碳氮比(C/N)市政污水为模拟水样反应器,共运行70 d。结果表明:在水力停留时间(HRT)为6 h条件下,投加颗粒活性炭21 d后污泥成功实现颗粒化,总氮去除率稳定达到95%。强化阶段,HRT为3 h,在高负荷条件下TN去除率仍可达到90%以上。重点分析了反应器内生物量变化、颗粒污泥粒径变化及分布、颗粒沉降性能和胞外聚合物(EPS)变化等规律。活性炭作为"初始晶核"对污泥颗粒化起到促进作用。系统具有脱氮效率高,高负荷下稳定性高等优点,适用于处理低碳氮比的市政污水及工业污水。     

基于臭氧溶胞的活性污泥减量化技术

目前常见的活性污泥减量技术主要包括解偶联技术、微生物的捕食作用以及隐性生长三种方法。基于臭氧氧化溶胞作用从而强化细菌隐性生长的污泥减量技术具有较好的处理效果及良好的应用前景。着重探讨了臭氧溶胞作用的机理及溶胞过程的影响因素。考虑到污泥减量技术在实际污水处理系统中的应用,探讨了臭氧溶胞对污水生物处理系统的影响。     

Fenton氧化处理剩余污泥的作用机制

大量集中式城市生活污水处理厂的建设,减轻了水体污染;但是,产生的大量城市污泥的处理处置又成为污水处理面临的另一个瓶颈难题。各种物理、化学、生物等方法被应用于污泥处理,高级氧化技术-Fenton氧化在剩余污泥的处理中逐渐受到研究者的重视。文章重点介绍了Fenton氧化在剩余污泥处理中的作用机制,分析了Fenton氧化处理剩余污泥的主要影响因素;并根据Fenton氧化剩余污泥处理优势,对其今后的应用进行了展望。     

Fe对污水和污泥处理过程中微生物和工艺性能的影响

铁元素作为微生物体内生化所必须的微量元素,影响微生物的生长及污水处理效果。分析了污水和污泥处理过程中,不同浓度和不同价态Fe促进微生物酶的合成和酶促反应的机理,概括了可能导致的微生物群落结构改变的因素;总结了Fe对EPS的分泌、絮体结构的影响,以及Fe加速生物膜的形成和污泥颗粒化的原理。从工艺角度总结了铁元素对UASB、MBR、污泥厌氧消化和生物制氢等工艺的作用,旨在为未来Fe及其他金属元素促进污水处理中微生物活性技术的研究提供思路及借鉴。