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催化铁法与生物法耦合中胞内外聚合物的研究

葛利云  
【摘要】: 催化铁内电解(CIIE)法作为一种全新的污水处理技术,成功地应用于工业废水的生物预处理,初步实现电化学过程与生化过程的协同。胞外聚合物(EPS)和胞内聚合物(IPS)作为两类重要的细胞聚合物,对生物废水处理的影响重大。本文从微生物学角度研究催化铁法与好氧生物处理工艺的耦合技术,探讨耦合过程中EPS和IPS的形成及转化规律,为耦合工艺开发提供微生物学方面的依据,进一步将催化还原过程的特点与生化反应有机结合起来。 对3种好氧活性污泥样品EPS的提取方法进行了对比,并对阳离子交换树脂法(CER法)进行研究。结果表明:80℃加热法作为一种有效的EPS物理提取方法,提取过程中EPS不受污染,是好氧活性污泥EPS提取的有效方法,本课题的研究均采用加热法进行EPS的提取。 分别对生物铁法和催化铁法对EPS的影响进行了研究。发现金属离子主要分布在污泥中,其EPS中Fe~(3+)、Cu~(2+)金属离子的含量也比对照反应器的略高一些。催化铁法中,铁离子的产生对微生物的生长和EPS的形成有一定的促进作用(反应器中总铁量小于80mg/gSS);但过量的铁离子(反应器中总铁量大于80mg/gSS)会对EPS的形成造成负面影响。 采用SEM、zeta电位测定仪和絮体粒径分布测定仪等进行污泥絮体的观察,结果证实耦合工艺对活性污泥的絮凝、沉降和脱水性能都有改善作用,且会对活性污泥的形态结构、污泥密实度产生影响,使污泥变得更加密实些;耦合工艺中,污泥的一些表面特性发生改变,包括zeta电位和污泥粒径分布等。 研究了生物铁法和催化铁法中胞内聚合物的形成,并考察它们与体系中脱氮除磷之间的关系。发现生物铁法耦合体系中,COD在曝气初期急剧下降,并且IPS的形成和消耗规律都会发生变化;催化铁法中,铁离子的大量产生,对存在最广泛的胞内聚合物—聚羟基-β-羟基丁酸(酯)(PHB)的形成和积累会造成影响,从而间接影响到生物除磷效率。耦合工艺的抗冲击负荷能力比对照反应器的强,铁铜投加量对磷的去除有较大影响。 考察了生物处理中EPS和IPS的形成。对EPS和IPS的形成关系进行了研究,结果发现IPS中PHB含量远远高于胞内糖原和EPS的含量,PHB是耦合体系中积累能力最强的细胞聚合物。EPS和IPS之间存在竞争关系,尤其是EPS和PHB之间的竞争关系非常明显。金属离子的存在会改变胞内外聚合物的这种竞争关系。 参与开发了两套耦合工艺:催化铁法与悬浮填料生物膜法耦合和催化铁法与短程硝化反硝化SBR工艺耦合。对这两组耦合工艺中COD、色度、TP、TN等去除情况以及同时脱氮除磷进行研究。结果证实了耦合工艺中,微生物的生长情况优于对照反应器。耦合反应器对各主要污染因子(COD、色度、PO_4~(3-)-p、TP和TN)的去除效果均好于未耦合反应器。在常温25℃状态下,催化铁法与短程硝化反硝化SBR工艺耦合,更易造成短程硝化的产生,且能明显缩短硝化时间。催化铁法与短程硝化反硝化SBR工艺耦合具有良好的除磷效果,耦合工艺对反应器中的磷元素有较大影响,耦合后污泥EPS中的磷含量大大减少。


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