超声波-缺氧/好氧消化过程中污泥EPS及酶活性变化研究

摘要

我们的研究表明,将超声波预处理与缺氧／好氧消化衔接,应用于污泥减量化处理是可行的。本论文对污泥超声波-缺氧／好氧消化工艺的机理进行了研究,重点分析了污泥胞外聚合物(EPS)、相应溶出物、活菌数、酶活性的变化趋势,旨在为这项工艺的推广应用提供理论基础。
　　 首先,通过均匀试验研究了超声波预处理条件对污泥缺氧／好氧消化效果的影响,在低频28kHz,确定了最佳超声条件分别为:声能密度0.1W／mL,处理时间15min,超声处理间隔时间12h。此时,超声污泥SS和VSS去除率分别达到37.97％和42.45％,较对照污泥分别高出10.5％和20.2％,表明超声波对污泥消化效率有明显的促进作用。
　　 其次,通过生物化学研究分析了超声波-缺氧／好氧消化过程中,消化污泥的EPS(多糖、蛋白质、DNA和总量)和相应溶出物的变化规律。结果表明,EPS指标在10d的消化过程中呈现先增加后减少的变化趋势,其中蛋白质、DNA以及总量的峰值均出现在第2d,而多糖的峰值出现在第4d。消化0～6d,超声污泥的EPS含量大于对照。污泥经超声破解后,溶出物浓度大幅度增加,超声污泥的总溶出物最大值比初始值高出34.61mg·L-1,约为对照最大值所增加浓度的3.5倍,表明超声波使EPS和胞内有机物大量释放到上清液中。超声污泥和对照的多糖,蛋白质以及DNA占总量的比例基本相同,表明超声波促进污泥缺氧／好氧消化不会引起各组分所占比例的改变。
　　 接着,研究了消化污泥酶活性(蛋白酶,脱氢酶)的变化趋势。污泥的酶活性随消化天数增加呈现先增加后减小的变化趋势。消化前5d,超声污泥的蛋白酶活性大于对照。而脱氢酶活性变化趋势不能用于表征超声波对消化过程的促进作用。
　　 最后,通过傅立叶红外光谱研究了超声污泥和对照污泥EPS的官能团结构。结果表明,蛋白质、多糖以及DNA是消化污泥EPS的主要成分,超声波不会改变EPS中多糖、蛋白质等有机物的结构。
　　 EPS大量破解释放和可溶性物质增加,与蛋白酶活性提高和生物反应速度加快的联合作用,使污泥有机物降解比例提高,从而导致超声污泥的VSS去除率大于对照。