胞外聚合物及其表面性质对活性污泥絮凝沉降性能的影响研究

【摘要】： 在活性污泥处理系统中,固液分离是系统运行中的关键问题,直接影响出水水质与回流污泥的浓度。胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances ,简称EPS)是活性污泥絮体的重要组分,广泛分布于絮体的内部与外层,对活性污泥的表面性质与沉降絮凝性能有重要的影响。然而,胞外聚合物对活性污泥絮凝性与沉降性的精确作用目前尚未清楚。先前的研究者主要从EPS的总数量、组分以及絮体的表面性质方面探讨EPS对活性污泥絮凝沉降性能的影响,没有考虑EPS自身的表面电荷与疏水性对污泥絮凝沉降性能的影响;并且大部分研究者将EPS作为一个整体进行研究,忽略了絮体内外层EPS组成与性质上的差异。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,先后提取同好氧细菌疏松结合的EPS(Loosely bound EPS,简称LEPS)与紧密结合的EPS(Tightly bound EPS,简称TEPS),考察不同污泥龄下它们组分含量和表面性质的变化,研究EPS及其表面性质对活性污泥絮凝性能与沉降性能的影响。主要研究结论如下: 1)对于不同污泥龄的活性污泥絮体,蛋白质是LEPS与TEPS中最主要的成分,其次是多糖与腐殖质,DNA的含量最少。LEPS的总数量随污泥龄的变化较大,当SRT由3d增加到15d时,其含量由62.7mg/g VSS降至25.6mg/g VSS;TEPS的总数量随污泥龄的变化很小,其值从SRT为3d的80.6mg/g VSS增加至20d的84.4mg/g VSS。SRT由3d增大到20d,LEPS表面负电荷的数值先降低后略为升高,由∣-1.59meq/g EPS∣降低到∣-0.77meq/g EPS∣;SRT为15d时,LEPS有最低的表面电荷与最强的疏水性;而TEPS表面负电荷的数值随SRT的增大(3d到15d)变化幅度较小,从∣-1.26meq/g EPS∣降低到∣-0.98meq/g EPS∣。在不同污泥龄下,TEPS较LEPS均表现出更强的疏水性。 2)采用超声波与阳离交换树脂提取LEPS与TEPS后的污泥颗粒中仍含有部分没有被提取的EPS,这些污泥颗粒的Zeta电位为-32mv左右,重新悬浮的混合液体为稳定的悬浮液。 3)污泥的表面电荷主要受到絮体外层LEPS的影响,LEPS数量与表面负电荷的增大导致污泥表面负电荷的增加;TEPS疏水性较LEPS疏水性同污泥疏水性有更强的相关性,而其数量与污泥疏水性无关。 4)LEPS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数量与表面负电荷数值的增加会导致ESS升高,而TEPS的数量与表面电荷同活性污泥絮凝性能没有强相关性;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FA。 5)LEPS的组分及其表面性质是影响活性污泥沉降性能的重要因素,LEPS的总数量增加及其表面电荷与疏水性的降低,对应着SVI的升高与ZSV的降低。TEPS的总数量同SVI与ZSV没有显著的相关性;而TEPS的疏水性同SVI与ZSV有强的相关性,其疏水性的增大对应着低的SVI与高的ZSV。