论文部分内容阅读
厌氧氨氧化工艺是一种新型脱氮工艺,具有不需外加碳源、能耗低、污泥产量低等优点,但厌氧氨氧化菌生长缓慢、易受环境影响,一定程度上限制了厌氧氨氧化工艺的应用。厌氧氨氧化颗粒污泥可有效持留大量生物量、沉降性能好、抗冲击能力强,受到了学者的广泛关注。由于胞外聚合物（EPS）特性极大地影响着颗粒污泥的聚集性能,因而深入研究EPS特性具有重要的理论价值和现实意义。本文以不同形态、不同粒径、不同盐度的厌氧氨氧化颗粒污泥为考察对象,探讨了厌氧氨氧化颗粒污泥EPS组成和官能团特征、Zeta电位和疏水性、蛋白质成分和单糖组成、金属元素含量等特征,分析了EPS特性及其对颗粒污泥表面特性的影响,以及盐度对厌氧氨氧化颗粒污泥表面自由能的影响等,以期为厌氧氨氧化污泥快速颗粒化及其高效处理含氮废水提供理论基础和实践参考。论文得到了以下主要结论:（1）厌氧氨氧化污泥及微生物群落特征厌氧氨氧化EGSB反应器中颗粒污泥粒径分布大致呈正态分布,随着颗粒污泥粒径的增大,厌氧氨氧化颗粒污泥的―铁红色‖特征越来越明显。Candidatus jettennia是厌氧氨氧化菌最主要的优势属,随着颗粒污泥粒径从0.5-1.4 mm组增加到>2.8 mm组,其丰度从33.06%增加至60.33%。0 g/L、15 g/L、30 g/L盐度条件下,颗粒污泥的平均粒径分别为2.85 mm、2.37mm、1.75mm,表明盐度条件不利于厌氧氨氧化颗粒污泥的聚集。盐度的增加使得反应器中出现了更具耐盐性能的unclassifiedfBrocadiaceae菌属,从而维持了反应器的脱氮性能。（2）不同形态厌氧氨氧化污泥EPS特性及成分厌氧氨氧化颗粒污泥、厌氧氨氧化絮状污泥、活性污泥EPS的蛋白质（PN）和多糖（PS）的比值PN/PS分别为7.66、4.62、3.93。厌氧氨氧化颗粒污泥EPS中更高含量的β-结构和C-（C/H）,可以强化污泥的疏水性,有利于颗粒污泥的形成。厌氧氨氧化颗粒污泥、厌氧氨氧化絮状污泥、活性污泥EPS的絮凝效率分别为62.76%、35.57%、17.27%,Zeta电位为-23.5mV、-26.9 mV、-38.7 mV,相对疏水性为53.42%、42.04%、36.76%。三种污泥EPS絮凝能力与Zeta电位的大小趋势一致,静电作用在EPS的絮凝过程中起着重要作用。厌氧氨氧化颗粒污泥、厌氧氨氧化絮状污泥、活性污泥EPS样品中分别得到430种、392种、24种蛋白。厌氧氨氧化污泥EPS中的蛋白质主要通过细胞衰亡、细胞裂解产生。相比厌氧氨氧化絮状污泥,颗粒污泥中离子结合活性蛋白、杂环混合物结合活性蛋白、有机环混合物结合活性蛋白、辅助因子结合活性蛋白的数量更多。厌氧氨氧化颗粒污泥和活性污泥EPS中均含有岩藻糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、果糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸等8种单糖。厌氧氨氧化颗粒污泥EPS中含有大量的甘露糖,而活性污泥中没有检测到。（3）不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及表面特性分析随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径从0.5-1.4 mm组增加到>2.8 mm组,PS含量介于（10.69±0.11）12.28±0.15mg/g VSS之间,而PN含量从56.88±0.86 mg/g VSS增加到98.59±2.10 mg/g VSS,PN/PS从5.32提高到9.05。随着粒径的增加,蛋白质二级结构相对含量的变化有利于颗粒污泥疏水性的表达,进而促进颗粒污泥的聚集。随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增大,污泥表面疏水性和Zeta电位的变化有利于污泥的聚集。EPS可以增强厌氧氨氧化颗粒污泥疏水性、降低污泥表面的负电排斥力。EPS中的PN影响了污泥疏水性和Zeta电位。不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥中EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量的变化与颗粒污泥的粒径呈正相关。厌氧氨氧化颗粒污泥EPS中的金属元素不仅以离子形式存在,而且部分金属元素以非离子形式存在。厌氧氨氧化颗粒污泥EPS中金属离子的存在会降低EPS的表面排斥力,从而促进了颗粒污泥的聚集。（4）不同盐度厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及表面自由能分析盐度条件促进了厌氧氨氧化颗粒污泥中多糖的产生,抑制了蛋白质的产生,从而改变了EPS的组成。盐度条件抑制了β-折叠结构的产生,不利于颗粒污泥的聚集。盐度条件下,EPS分子量的分布范围比无盐条件下的范围更广,厌氧氨氧化颗粒污泥产生更多的大分子物质。随着盐度的提升,厌氧氨氧化颗粒污泥表面Zeta电位减小,疏水性增强。0g/L、15g/L、30g/L盐度条件下,厌氧氨氧化聚集体的聚集能力分别为20.4%、13.8%、6.7%。盐度条件改变了厌氧氨氧化颗粒污泥范德华作用自由能?GBLLW和Lewis酸-碱水合作用自由能?GBLAB的相对比例。盐度条件下,Lewis酸-碱水合作用自由能?GBLAB在厌氧氨氧化颗粒污泥聚集过程中扮演着重要的作用。盐度条件下,WA、WR的变化,会增加污泥聚集的斥力,不利于厌氧氨氧化颗粒污泥的聚集。