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《浙江大学》 2012年
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影响好氧颗粒污泥形成与结构稳定的胞外多聚物关键组分研究

戚韩英  
【摘要】:好氧颗粒污泥是一类物理结构致密、沆降性能优异的生物聚集体,胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances, EPS)对其形成与结构稳定化具有重要作用。然而,目前污泥EPS提取与分析方法存在局限性,影响颗粒污泥主要成分EPS的组成含量分析,限制颗粒污泥形成机理的探析。论文比较研究了不同提取方法对生物聚集体EPS主要组分提取效率的影响;在此基础上,应用三维荧光光谱(3D-EEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)等先进技术研究好氧污泥颗粒化过程EPS组分变化,并结合不同形态结构的颗粒污泥EPS组分分析,初步揭示影响好氧颗粒污泥形成及结构稳定化的EPS关键组分。主要获得以下研究结论: 1、鉴于目前污泥EPS提取方法存在不同组分提取效率差异大等问题,以普通絮体污泥、好氧颗粒污泥以及结构失稳的好氧颗粒污泥为研究对象,应用3D-EEM技术分析阳离子交换树脂法(CER)、硫化物法(Sulfide)、CER+Sulfide法、甲酰胺+NaOH法、加热法(Heat)五种常见提取方法对污泥EPS提取效率的影响。结果表明,实验选取的五种污泥EPS提取方法的破细胞程度均较小,其中甲酰胺+NaOH法、Heat法处理后的污泥EPS提取量远高于CER法、Sulfide法及CER+Sulfide法,表明甲酰胺+NaOH法、Heat法具有较高的EPS提取效率。3D-EEM分析进一步揭示,CER法、Sulfide法及CER+Sulfide法提取的污泥EPS组分较单一、不全面;甲酰胺+NaOH法虽具有最高的EPS提取效率,但不能有效提取污泥EPS中的芳香族类蛋白,不适于污泥EPS后续功能组分分析。相比而言,Heat法可全面提取污泥EPS中的三大类具有荧光特性的芳香族类蛋白、类富里酸、类胡敏酸,可作为较优的污泥EPS提取方法。 2、应用3D-EEM技术研究处理模拟城镇污水好氧颗粒污泥反应器启动过程污泥EPS组分变化发现,颗粒化过程代表芳香族类蛋白的荧光特征峰PeakB、D和F (Ex/Em=220-230/358.5-364、280-290/360-368、230/308.5)的响应值逐渐增强,其中酪氨酸类蛋白(Peak F)在颗粒污泥中的高度富集揭示其在颗粒结构维持中的重要作用;代表类胡敏酸的荧光特征峰Peak C (Ex/Em=350-360/445.5-452.5)的响应值在污泥颗粒化过程中呈先增后减再稳定的趋势,结合有关文献分析其在污泥颗粒化过程中利于微生物聚集。结合FTIR分析发现,p-折叠蛋白(1650-1640cm-1)、天冬氨酸(1400cm-1)在污泥颗粒化过程大量存在,且其响应值变化趋势与PN含量变化基本一致;属芳香族类蛋白的酪氨酸(1517cm-1)亦在成熟颗粒内富集,印证了3D-EEM的分析结果;此外,吸收波段为1200-1000cm-1的多糖组分在污泥颗粒化过程发生显著的结构转变,结合有关文献认为不同结构多糖物质的转化影响污泥颗粒化,有关机理待进一步探析。 3、研究不同形态结构的好氧颗粒污泥发现,相比稳态好氧颗粒,失稳颗粒污泥的PN, PS含量大幅增加,但芳香族类蛋白(Peak B、D)明显减少,证实芳香族类蛋白在颗粒污泥结构中具有重要作用;类胡敏酸(Peak C)响应值随颗粒污泥的失稳而增加,表明该组分的过量富集影响颗粒污泥稳定性。FTIR分析亦证实酪氨酸类蛋白(1517cm-1)的存在以及颗粒化过程多糖物质(1200-1000cm’)结构的转变对颗粒污泥形成与稳定化影响较大,揭示这两类物质是颗粒污泥EPS的关键组分。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X703

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【引证文献】
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