胞外聚合物在生物除磷中作用的研究

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聚磷菌(PAO)在厌氧条件下释磷,好氧或缺氧条件下吸磷是生物除磷过程的重要作用机理。然而,该理论不能解释所有的生物除磷现象。胞外聚合物(EPS)是活性污泥絮体的重要组成物质,对活性污泥的絮凝性能、沉降性能与脱水性能有重要的影响。已有的研究认为,EPS可能在生物除磷的过程中起作用。论文对EPS在生物除磷中的作用进行了研究,主要研究成果如下:   ①论文提出了“超声波—树脂法+封闭回流消解”测量污泥TP含量的方法。试验结果表明,采用超声波—离子交换树脂—超声波的程序处理污泥,其Zeta电位低于-30mV,形成稳定的污泥悬浮液;其中,超声波的作用工况为21kHz、48W下4min,树脂搅拌的工况为550rmp条件下搅拌60min。在封闭回流消解过程中,消解温度为125℃,消解时间为35min,能使污泥悬浮液中有机成分完全分解;当采用5ml的5%K2S2O8作为消解液时,在显色反应前加入3ml的1%NaOH中和K2S2O8分解产生的过量H+。该法对不同来源污泥TP含量的测量均有良好的精密度与准确度,测量结果的相对标准偏差小于2%,加标回收率在97.0%~99.8%之间。   ②论文采用葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)活性和荧光染色法观测死细胞数量来衡量细胞破损,较为系统地研究了EPS与细菌细胞分离的方法与程序。结果表明,EPS与细菌细胞的分离过程宜在冰水浴或冷冻离心条件下进行。超声波—树脂法分离与提取污泥中EPS的较优程序为:采用21kHz、40W超声波作用污泥2min(VSS约为8000mg/1);然后,投加80g/gVSS的阳离子交换树脂,于550rmp下搅拌45min;最后滤除树脂颗粒,于8000rmp下离心分离2次,上清液即为EPS。该方法中,超声波的分散作用能促进后续的离子交换反应,得到更多的EPS提取量;树脂投加量为80g/g VSS且进行高速搅拌的条件下,搅拌时间是控制细胞破损与死亡的关键参数。本试验条件下,胞外聚合物EPS的TP含量约为5.31%,上清液中胞内聚合物的TP含量约为0.84%,前者的含磷量是后者的6倍。   ③论文以5种不同来源的活性污泥为研究对象,考察了不同污泥结合磷的效能。结果表明,超声波—树脂法提取得到的EPS聚合物的总数量,约占聚合物(胞内+胞外)总数量的14%~27%;然而,EPS结合的TP含量却占污泥TP含量的34%~57%,结合的无机磷含量占污泥TP含量的15%~31%;5种污泥的EPS结合磷的能力分别是其自身细菌细胞(分离EPS后的污泥细胞)的2.6、2.9、2.8、2.0与1.4倍。上述结果说明,EPS结合磷的能力远大于细菌细胞,是生物絮体中的磷贮存库。   ④论文以2组厌氧/好氧运行方式下的SBR反应器为研究对象,探讨了EPS在厌氧释磷与好氧吸磷过程中的作用,同时提出了描述EPS除磷过程的概念模型。试验结果表明,本试验中进水COD与TP之比分别为100∶1与50∶1的两组SBR反应器的厌氧释磷过程基本上完全由EPS产生,其好氧吸磷过程主要通过EPS来完成;EPS的除磷量占系统除磷量的60%~70%,细菌细胞的除磷量占系统除磷量的30%~40%。   论文提出了描述EPS除磷过程的概念模型,认为通过细菌细胞的生命活动,EPS与主体液相之间进行间接传输磷的过程是实现EPS除磷的重要途径;从根本上讲,EPS作为生物絮体中重要的磷贮存库,是细菌细胞为适应外界环境变化而形成的生理特征。
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