溶胞预处理对活性污泥生化特性及分形结构的影响

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微生物细胞是污泥的基本组成单元。溶胞预处理通过溶解微生物细胞,释放细胞物质,进而实现污泥减量。在溶胞过程中,污泥的形态结构会发生变化。然而,目前对污泥溶胞减量过程缺乏足够的认识,对减量过程中污泥形态结构的变化更是缺少了解。本研究从微观角度出发,运用分形理论,结合细胞生物学分析方法,研究溶胞预处理对活性污泥生化特性及分形结构的影响,从形态学角度为污泥减量化过程提供理论依据和技术指导。   研究针对酸、碱、热处理对剩余活性污泥的溶胞效果,考查了pH、温度、作用时间对融胞效果的影响。结果显示:pH=12,T=60℃,t=2h为本试验最佳条件,溶出的有机质中溶解性蛋白、溶解性总糖、SCOD以及总磷的释放量明显增加。以污水厂剩余污泥为接种污泥,生活污水作为进水,建立动态试验,对剩余污泥进行溶胞处理后投入曝气池。结果表明,测试组排泥量比对照组减少75%,污泥减量效果显著。碱解预处理污泥和原污泥按一定比例进行混合后,投入厌氧反应器中进行消化。结果表明,该处理既可以提高污泥减量率,又能改善污泥厌氧消化性能,提高污泥产气量。当碱处理污泥和原污泥混合比为1∶3时,在混合初期由于稀释作用和水解中和作用,溶液的pH能迅速恢复到中性,SS减少48%,较对照组提高了10%;SCOD减少约80%,较对照组提高20%。   为明确溶胞过程中污泥颗粒形态结构变化,研究选取分维作为表征污泥颗粒形态的重要参数,考查了三种测量方法——图像法、小角度光散射法和沉降法在污泥分维测量中的应用。图像法测得的二维分维D2结果与原污泥的分维相比,无论是否加热,酸、碱处理都能使污泥分维在一定程度上增大。小角度光散射法测得的三维分维D3中pH12+H(“+H”表示辅以加热)出现明显下降,说明此时污泥的结构变得非常疏松。由于D2和D3代表的意义不同,不具完全可比性。比较小角度光散射法、图像法和沉降法得出:在污泥分维测量中小角度光散射法具有较好的适用性。   随着pH的增大,单独碱处理d0.5呈下降趋势,热处理后d0.5呈进一步减小趋势,热碱处理pH12+H时达最小。与原污泥相比,碱处理(pH=11和pH=12)时,剪切敏感性(KSS)明显增大,酸处理(pH=4)也较原污泥的KSS增大。说明碱处理后污泥颗粒经剪切后再次吸附到絮体的能力变弱。与原污泥(pH=7)比较:酸处理(pH=4)和碱处理(pH=11)时,絮体强度(FS)略微减小,pH=12时,FS下降幅度稍大。总体上,FS均较大,且酸碱处理后变化幅度不大;FS与KSS表现出一定的相关性:一般地,较高的絮体KSS对应于较低的FS。与原污泥(pH=7)比较:酸处理pH=4时,絮体絮凝能力减小。碱处理pH=11和pH=12时,污泥絮体絮凝能力明显下降。流式细胞仪检测结果表明,pH=2和12与原污泥(pH=7)相比,凋亡(包括早期和晚期)细胞所占比例均有明显提高。说明酸、碱处理均有利于细胞的凋亡,促进细胞壁的溶解和细胞内物质的释放。   污泥结构特性与生化特性参数之间存在一定相关性。在皮尔逊相关性分析中,SSA与SS;SSA与VSS; Zeta与SCOD;Zeta与Protein呈现显著负相关。D3和SSA分别与SS、VSS、SCOD、Protein都表现出显著相关性。因此,可将在线监测的结构参数D3或SSA,间接反映污泥溶胞效果,指导实际生产。
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