胞外聚合物及其表面性质对活性污泥絮凝沉降性能的影响研究

摘要

在活性污泥处理系统中，固液分离是系统运行中的关键问题，直接影响出水水质与回流污泥的浓度。胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances，EPS）是活性污泥絮体的重要组分，广泛分布于絮体的内部与外层，对活性污泥的表面性质与沉降絮凝性能有重要的影响。然而，胞外聚合物对活性污泥絮凝性与沉降性的精确作用目前尚未清楚。先前的研究者主要从EPS的总数量、组分以及絮体的表面性质方面探讨EPS对活性污泥絮凝沉降性能的影响，没有考虑EPS自身的表面电荷与疏水性对污泥絮凝沉降性能的影响；并且大部分研究者将EPS作为一个整体进行研究，忽略了絮体内外层EPS组成与性质上的差异。论文以实验室培养的好氧活性污泥为研究对象，采用超声波法和阳离子交换树脂法，先后提取同好氧细菌疏松结合的EPS（Loosely bound EPS,简称LEPS）与紧密结合的EPS（Tightly bound EPS,简称TEPS），考察不同污泥龄下它们组分含量和表面性质的变化，研究EPS及其表面性质对活性污泥絮凝性能与沉降性能的影响。主要研究结论如下：
　　1）对于不同污泥龄的活性污泥絮体，蛋白质是LEPS与TEPS中最主要的成分，其次是多糖与腐殖质，DNA的含量最少。LEPS的总数量随污泥龄的变化较大，当SRT由3d增加到15d时，其含量由62.7mg/g VSS降至25.6mg/g VSS；TEPS的总数量随污泥龄的变化很小，其值从SRT为3d的80.6mg/g VSS增加至20d的84.4mg/g VSS。SRT由3d增大到20d，LEPS表面负电荷的数值先降低后略为升高，由∣-1.59meq/g EPS∣降低到∣-0.77meq/g EPS∣；SRT为15d时，LEPS有最低的表面电荷与最强的疏水性；而TEPS表面负电荷的数值随SRT的增大（3d到15d）变化幅度较小，从∣-1.26meq/g EPS∣降低到∣-0.98meq/g EPS∣。在不同污泥龄下，TEPS较LEPS均表现出更强的疏水性。
　　2）采用超声波与阳离交换树脂提取LEPS与TEPS后的污泥颗粒中仍含有部分没有被提取的EPS，这些污泥颗粒的Zeta电位为-32mv左右，重新悬浮的混合液体为稳定的悬浮液。
　　3）污泥的表面电荷主要受到絮体外层LEPS的影响，LEPS数量与表面负电荷的增大导致污泥表面负电荷的增加；TEPS疏水性较LEPS疏水性同污泥疏水性有更强的相关性，而其数量与污泥疏水性无关。
　　4）LEPS的组分及其表面性质对活性污泥絮凝性能有重要的影响，LEPS数量与表面负电荷数值的增加会导致ESS升高，而TEPS的数量与表面电荷同活性污泥絮凝性能没有强相关性；两种EPS疏水性的增大均有利于生物絮凝，促进絮体中颗粒物的凝聚，对应着低的ESS与高的FA。
　　5）LEPS的组分及其表面性质是影响活性污泥沉降性能的重要因素，LEPS的总数量增加及其表面电荷与疏水性的降低，对应着SVI的升高与ZSV的降低。TEPS的总数量同SVI与ZSV没有显著的相关性；而TEPS的疏水性同SVI与ZSV有强的相关性，其疏水性的增大对应着低的SVI与高的ZSV。

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1 绪 论

1.1 活性污泥胞外聚合物的概述

1.2 胞外聚合物的提取方法

1.3 胞外聚合物对活性污泥絮凝沉降性能的影响

1.4 课题的提出与研究内容

2 试验材料与方法

2.1 活性污泥的培养

2.2 试验仪器与药品

2.3 试验方法

2.4 统计分析方法

3 污泥龄对胞外聚合物组分与表面性质的影响

3.1 SRT对EPS组分的影响

3.2 SRT对EPS表面性质的影响

3.3 污泥颗粒的组分及其表面性质

3.4 小结

4 胞外聚合物及其表面性质对活性污泥絮凝性能的影响

4.1 EPS对污泥表面性质的影响

4.2 EPS对污泥絮凝性的影响

4.3 污泥表面性质对絮凝性的影响

4.4 小结

5 胞外聚合物及其表面性质对活性污泥沉降性能的影响

5.1 SRT对污泥沉降性的影响

5.2 EPS对污泥沉降性的影响

5.3 污泥表面性质对沉降性的影响

5.4 小结

6 结论及建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献