胞外聚合物EPS对活性污泥絮凝沉降性能的影响研究

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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,分别提取同细菌细胞疏松结合的EPS(Loosely bound EPS,简称LEPS)与紧密结合的EPS(Tightly bound EPS,简称TEPS),研究了EPS及其表面性质对活性污泥絮凝性能与沉降性能的影响;同时,将高SRT(15d)与低SRT(3d)活性污泥的LEPS与TEPS分别絮凝污泥悬浮液,考察LEPS与TEPS的絮凝特性与所形成生物絮体的沉降性能:最后,论文根据絮体内外层LEPS与TEPS表面性质的差异,从大分子作用力的角度出发,提出了活性污泥絮体结构模型。论文取得的主要研究成果如下:   ①LEPS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的数量与表面负电荷的增加会导致出水悬浮固体(简称ESS)升高,而TEPS的数量和表面负电荷与活性污泥絮凝性能关系不大;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与高的重新絮凝能力(简称FA)。LEPS的数量及其表面性质是影响活性污泥沉降性能的重要因素,LEPS的数量与表面负电荷的增加及其疏水性的降低,对应着污泥指数(简称SVI)的升高与区域沉降速率(简称ZSV)的降低。TEPS的数量同SVI与ZSV关系不大,而其疏水性同SVI与ZSV有强的相关性,疏水性的增大对应着低的SVI与高的ZSV。   ②本文采用高SRT(15d)与低SRT(3d)活性污泥的LEPS与TEPS分别絮凝污泥悬浮液,探讨了LEPS与TEPS的絮凝特性,结果表明,TEPS与LEPS在生物絮凝过程中表现出不同的絮凝特性,TEPS促进颗粒物之间的聚集,LEPS不利于生物絮凝。同时,验证了在LEPS与TEPS的数量与表面性质对活性污泥絮凝性能的影响研究中得到的大部分结论。   ③阳离子的种类与数量和EPS的表面性质对生物絮体的沉降性有重要影响:A13+较Ca2+与K+更能促进生物絮体的压缩沉降,有较小的SVI值:四种EPS絮凝污泥悬浮液所形成的生物絮体的SVI值随EPS投加量的增大而增大的趋势由小至大排序依次为:15dTEPS<3dTEPS<15dLEPS<3dLEPS。因此处理系统控制在较高的SRT(15d左右)下运行,污泥絮体会有较好的沉降性能。同时,验证了在LEPS与TEPS的数量与表面性质对活性污泥沉降性能的影响研究中得到的大部分结论。   ④论文根据活性污泥絮体以及LEPS与TEPS分别絮凝污泥颗粒形成的生物絮体的结构图片,从大分子作用力的角度出发,提出了活性污泥絮体结构模型。模型认为高价阳离子,特别是三价阳离子(如A13+、Fe3+),是活性污泥絮体形成的关键物质:LEPS和TEPS的数量与表面性质的变化是引起活性污泥絮体结构改变的重要因素。
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