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好氧颗粒污泥胞外聚合物的产生与分布

李延军  
【摘要】: 好氧颗粒污泥是近期发展起来的一种生物膜工艺,也是生物自身固定化的一种形式。目前,好氧颗粒污泥的研究仍集中在污泥的培养上,其形成机制尚不清楚。较一致的观点认为颗粒污泥的形成与胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的产生有关。EPS是微生物分泌于细胞表面的代谢产物,它填充在微生物细胞之间形成絮凝体的空间结构,微生物被包埋其中。EPS的位置和含量决定了它对污泥颗粒化和污泥性质具有重要影响。 本文主要研究了不同操作条件和基质条件下,好氧颗粒污泥EPS的组成和含量的变化,以及在污泥和体系上清液中的分布情况,并在考察相似培养条件、不同污泥形态及不同培养条件下(相对封闭的膜生物反应器中)、相同污泥形态产生的EPS及其分布的基础上,探讨EPS组成及其在体系中的分布与好氧颗粒污泥的形成及形态保持、系统出水水质之间的关系。因此,本研究不仅可以充实已有污泥EPS的研究内容,对理解好氧颗粒污泥的形成及其培养、优化处理系统性能和出水水质也具有重要意义。主要研究结果如下: 1、在不同操作条件和基质条件下,好氧颗粒污泥中EPS含量的变化幅度较小,而上清液EPS浓度变化较大。溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)较低(0.7 mg/L)、有机负荷过高(1.28 kgCOD/kgMLSS·d)或不适当的C/N比(60),会导致体系上清液EPS浓度升高,达到16.8 ~ 53.6 mg/L,系统出水中溶解性COD浓度增加,出水水质恶化。 2、DO为4.5 mg/L、pH为中性、污泥负荷小于0.37 kgCOD/kgMLSS·d、C/N比为20:1时,好氧颗粒污泥表面光滑、泥水界面清晰、形态完整,污泥中EPS的含量约占污泥总质量的9 ~ 12 %,与厌氧颗粒污泥(0.6 ~ 20 %)相近。此时,EPS在上清液中的含量为最低或接近最低,为14.0 ~ 26.0 mg/L,出水水质良好。 3、pH值为5.5的酸性条件下,上清液中EPS浓度高达527.6 mg/L,出水水质严重恶化。污泥EPS以多糖为主,占污泥EPS总量的52.6 %。而其它条件下,好氧颗粒污泥EPS均以蛋白质为主,占污泥EPS总量的60.9 ~ 78.1 %。污泥中蛋白质对污泥形态的保持具有重要影响,当蛋白质含量降低时均伴随有颗粒污泥性状的变差或解体。酸性条件、不适当的C/N比或较低DO均不利于污泥颗粒形态的维持。 4、不同污泥形态的EPS总量从高到低依次为:好氧颗粒污泥为130.8 mg/gVSS,载体生物膜为106.5 mg/gVSS,好氧絮状污泥为102.1 mg/gVSS,厌氧颗粒污泥为64.2 mg/gVSS。絮状污泥中的EPS以多糖为主,占总量的53.8 %,颗粒污泥和生物膜则以蛋白质为主,占总量的65.1 ~ 70.6 %。固定化污泥(生物膜和颗粒污泥)中蛋白质与多糖之比为2.26 ~ 3.52,远高于絮状污泥的0.69,且腐殖酸含量为6.0 ~ 6.6 mg/gVSS,明显低于絮状污泥的10.0 mg/gVSS。蛋白质是污泥颗粒化的重要因素,而腐殖酸则不利于污泥颗粒的形成。适宜的蛋白质、多糖和腐殖酸组成是颗粒污泥形成的重要条件。 5、体系上清液中的EPS比产量由高到低的次序与污泥中相同:好氧颗粒污泥为8.2 mg/gVSS,载体生物膜为6.7 mg/gVSS,好氧絮状污泥为5.0 mg/gVSS,厌氧颗粒污泥为3.4


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