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3507

作者：

常青

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摘要：

胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)是微生物代谢过程中的产物,在活性污泥的结构及凝聚等方面起着重要的作用.本研究首先探讨了在活性污泥絮体形成过程中,溶解态和颗粒态有机物对活性污泥特性及其对基质去除率的影响.然后提出了根据活性污泥中EPS功能进行分类的概念,认为活性污泥的絮体层级和菌胶团层级存在着具有不同凝聚机理的EPS,根据其功能将EPS分为絮体层级EPS(Extra-Microcolony Polymers,EMPS)和菌胶团层级EPS(Extra-Cellular Polymers,ECPS).并以活性污泥粒度分布的演变为基础,采用阳离子交换树脂(cation exchange resin,CER)法作为一次提取法,加热(heating,H)法,甲醛加碱(formaldehyde-alkaline, F-A)法和超声-高速离心(ultrasonication-high speed centrifugation,U-HSC)法三种方法分别作为二次提取法,对EMPS和ECPS进行分离提取,并对其进行成分,组成,功能及凝聚特性分析.主要结果如下: (1)以红薯淀粉为有机物基质培养的活性污泥浓度明显小于葡萄糖培养的活性污泥浓度.红薯淀粉培养的活性污泥中生长了少量丝状菌,对其沉降性能造成了一定的影响.且葡萄糖培养的活性污泥的脱水性能也优于红薯淀粉培养的活性污泥.在对基质的去除方面,葡萄糖培养的活性污泥硝化作用进行的较完全,而红薯淀粉培养的活性污泥中亚硝化作用进行的较完全,硝化作用进行的不完全.葡萄糖培养的活性污泥对磷的去除效果也较红薯淀粉培养的活性污泥好,两个反应器对有机物的去除率都很高. (2)经粒度分布分析,CER法可以有效的将活性污泥从絮体层级解聚至菌胶团层级,但是较难进一步解聚菌胶团,无法有效提取ECPS,而超声-高速离心法可以有效解聚菌胶团至细胞层级,从而使ECPS得到释放.因此可知,絮体层级的絮凝主要是由二价阳离子Ca2+,Mg2+桥联EPS的作用引起的. (3)对EPS进行成分分析,ECPS的含量大于EMPS,且ECPS中的蛋白质和多糖的含量几乎是EMPS中的2倍,其蛋白质/多糖比(Pn/Ps)也高于EMPS.说明污泥菌胶团内部蛋白质含量多于其外部.蛋白质中氨基基团带有的正电荷能够中和EPS中羧酸等基团带有的负电荷,可以降低污泥表面的负电,使污泥内部结合的更紧密,所以菌胶团比絮体难以解聚. (4)利用蛋白质分子量电泳图进行分析,结果表明ECPS中含有比EMPS中更多的大分子蛋白质.蛋白质分子量大,说明蛋白质链条越长,缠绕作用越强,所以说大分子蛋白质的缠绕作用可能是菌胶团内部一种重要的凝聚作用. (5)在EMPS和EPS的三维荧光光谱中,存在着3个明显的峰,而ECPS的三维荧光光谱中只存在2个峰,缺了类腐植酸物质.EMPS和EPS中的类腐植酸物质可能来自于试验用水所使用的自然水体,说明类腐植酸物质主要被吸附聚集在外层的EMPS中,而无法进入菌胶团内部的ECPS中. (6)ECPS中的疏水性物质含量多于EMPS,其中ECPS中的疏水性中性物质(HON)几乎是EMPS中的15倍.说明疏水作用可能在菌胶团内部发挥着重要的作用.EMPS和ECPS都表现出较强的带负电特性,但是两种EPS的等电点不同,EMPS和ECPS的等电点分别为pH=1.1和pH=2.3,EMPS的负电特性要强于ECPS.

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关键词：

活性污泥 胞外聚合物 分离提取 组成成分 凝聚特性

学位级别：

硕士

学位年度：

2014

DOI：

10.7666/d.D559723

被引量：

21