活性污泥和生物膜的胞外聚合物性质及其对污泥性能影响的比较研究
发布时间：2020-11-01 19:26
污水处理最常用的活性污泥和生物膜法中,微生物的胞外聚合物(EPS)的性质与污泥性能有着密切的联系。了解活性污泥与生物膜之间的EPS的性质差异,以及EPS对生物膜量和污泥性能的影响情况,对改善反应器运行具有现实意义。本课题对活性污泥、生物膜以及活性污泥一生物膜共存的三种生物处理系统分别开展了EPS性质与污泥性能的比较研究。 为了完整考察EPS不同层面的聚合物对于污泥性质的影响,提出了分层提取低速离心粘附物(LSCP)、溶解型EPS(SEPS)和结合型胞外聚合物(BEPS)的方法,并通过实验选择加热法作为实验提取BEPS的方法,该方法提取的EPS的量较多,提取的DNA在各组分中所占比重最小。 对BATH用于测定污泥表面相对疏水性的标准条件进行了实验讨论,确定600nm为实验波长,反应静置时间为20min,推荐使用辛烷和PUM(phosphate-urea-magnesium)缓冲液分别作为疏水相和水相,采用1／10作为疏水相和水相的体积比H／A的取值,并提出了推荐实验步骤。 考察了贫有机底物条件下营养条件的变化对活性污泥反应器中污泥性能和EPS的影响,发现COD／N比例从120／5降至120／24,污泥的沉降性能变好,SVI从164下降到105,但ESS(出水SS)从5mg／L上升到18mg／L,絮凝性能有所下降。EPS中的蛋白质成分下降,而多糖和腐殖质成分均加倍；COD／P比例从120／1上升到120／0.2,SVI很快上升到200以上,污泥发生膨胀。EPS中蛋白质含量基本不变,腐殖质含量加倍,多糖含量下降。分析微生物菌群结构后证实了,适应该种营养条件的丝状菌成为优势种群。在各工况中,活性污泥的EPS总量中的蛋白质和腐殖质分别与污泥的沉降和絮凝性能呈负相关性。各层面EPS组分对于污泥沉降、絮凝性能的影响表现在微生物胞外最外层的LSCP中的多糖成分,其对沉降性能有着正面的贡献,但与絮凝性能负相关。 在贫有机底物水质条件下,考察中试规模实验装置中四种材质、形状的填料的EPS性质后,发现斜柱型悬浮填料挂膜最好,其生物膜的EPS总量最大。蛋白质为不同填料上生物膜的EPS中差别最大的一种组分。 考察生产规模条件下的同一个悬浮填料生物反应池内两种悬浮填料的表面性质后发现,填料A比填料B表面更具亲水性和更高的表面电势。但填料A上的单位面积膜量不如填料B,同时填料A上的生物膜的EPS大于填料B的。两种填料EPS总量的差别,主要由BEPS中的蛋白质的量的差别引起的。比较反应池中的活性污泥和悬浮填料上的生物膜的EPS后发现,同一池内的生物膜EPS的量远大于活性污泥的EPS的量,从组分含量来看,生物膜中的蛋白质含量是活性污泥的1.5倍。污泥的EPS的总量、蛋白质以及BEPS中的蛋白质和DNA含量与污泥表面相对疏水性呈正相关性,说明了生长在填料上的微生物的粘附能力大于活性污泥中微生物的粘附能力。 即使采用的是相同表面性质的组合填料,三个生产规模的废水处理站水质条件的影响使粘附在填料表面生长的生物膜的EPS存在差异。尽管如此,三种生物膜上的蛋白质组分,却表现出了差不多的含量,均为50mg／g-VSS左右。组合填料上的生物膜的SEPS层面的腐殖质和DNA含量也表现出了与生物膜相对疏水性正相关的关系。给水厂弹性立体填料上的生物膜的EPS含量远小于污水厂生物膜的。
【学位单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X703
【文章目录】：
摘要
Abstract
简写名词索引
第一章 引言
1.1 胞外聚合物（EPS）的定义和作用
1.2 EPS的结构
1.3 EPS的组成与来源
1.4 EPS的提取
1.4.1 提取方法简介
1.4.2 提取方法的对比研究
1.4.3 提取效率
1.5 反应器运行条件对EPS的影响
1.5.1 运行方式
1.5.2 废水成分
1.5.3 营养物水平
1.5.4 金属离子
1.6 EPS对污泥性能和表面性质的影响
1.6.1 EPS对沉降性能的影响
1.6.2 EPS对污泥絮凝能力的影响
1.6.3 EPS组分对污泥表面疏水性的影响
1.6.4 EPS组分对污泥表面电荷的影响
1.6.5 EPS对污泥脱水性能的影响
1.7 EPS对生物膜的作用
1.8 悬浮填料生物反应器的EPS研究进展
1.9 城市污水厂面临的新问题
1.10 污泥表面疏水性测试方法的研究进展
1.11 研究目的和意义
1.12 课题来源
第二章 研究内容和方法
2.1 研究路线
2.2 研究内容
2.3 实验方法
2.3.1 EPS的提取方法
2.3.2 EPS成分分析
2.3.3 微生物表面疏水性实验方法
2.3.4 废水常规监测指标
2.3.4.1 水质监测指标
2.3.4.2 污泥絮凝、沉降和脱水性能的表征
2.3.5 微生物菌群结构分析方法
2.3.5.1 活性污泥DNA提取
2.3.5.2 PCR扩增
2.3.5.3 克隆和测序
2.3.5.4 系统进化树分析
第三章 EPS提取方法的选择
3.1 实验材料与方法
3.1.1 样品来源
3.1.2 提取方法
3.2 结果与讨论
3.2.1 不同提取方法得到的EPS的总量比较
3.2.2 不同提取方法所得到的EPS的组分分析
3.2.3 提取效率比较
3.3 小结
第四章 污泥表面相对疏水性测定方法的确立
4.1 实验方法与样品来源
4.1.1 样品来源
4.1.2 疏水性测试方法
4.2 结果与讨论
4.2.1 波长与静置时间
4.2.2 疏水相的选择
4.2.3 水相和H/A的选择
4.3 小结
第五章 贫有机底物碳氮磷条件变化对活性污泥EPS性质和污泥性能的影响研究
5.1 实验装置、材料与分析方法
5.1.1 实验装置
5.1.2 实验工况和运行条件设计
5.1.3 EPS的提取和组分测定
5.1.4 水质指标和污泥表面性质的测定
5.1.5 微生物菌群结构分析
5.2 结果与讨论
5.2.1 反应器运行期间的水质情况
5.2.1.1 正常营养工况
5.2.1.2 高氨氮工况
5.2.1.3 高氨氮缺磷工况
5.2.2 反应器运行过程中污泥性质变化情况
5.2.2.1 污泥沉降性能变化
5.2.2.2 污泥絮凝性能变化
5.2.2.3 污泥脱水性能变化
5.2.3 反应器运行过程中活性污泥EPS变化情况
5.2.3.1 EPS各层面的组分情况
5.2.3.2 不同COD/N/P比条件下活性污泥EPS的变化情况
5.2.4 EPS对活性污泥絮凝、沉降和脱水性能的影响
5.2.4.1 EPS总量和各层面EPS的量与污泥沉降性能的关系
5.2.4.2 EPS总量和各层面EPS的量与污泥絮凝性能的关系
5.2.4.3 EPS总量和各层面EPS的量污泥脱水性能的关系
5.2.5 高氨氮和缺磷工况微生物菌群结构分析
5.3 小结
第六章 中试生物反应器中不同填料上的生物膜和活性污泥的EPS的比较研究
6.1 实验样品来源与分析方法
6.1.1 实验样品的环境条件
6.1.2 填料
6.1.3 样品来源
6.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取
6.1.5 分析方法
6.2 结果与讨论
6.2.1 反应器运行情况
6.2.2 填料挂膜情况
6.2.3 四种填料的生物膜EPS的提取总量比较
6.2.4 四种填料不同层面EPS的提取情况不同
6.2.5 悬浮生长的活性污泥与生物膜EPS的比较
6.3 小结
第七章 生产规模条件下悬浮填料生物反应器中的活性污泥和生物膜EPS和表面性质的比较研究
7.1 实验样品来源与分析方法
7.1.1 样品环境介绍
7.1.2 填料
7.1.3 样品说明
7.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取和组分测定
7.1.5 微生物表面相对疏水性
7.1.6 填料表面性质测定
7.1.6 微生物菌群结构分析
7.2 结果与讨论
7.2.1 污水厂的运行情况
7.2.2 好氧2号池内两种填料上的生物膜量
7.2.3 两种填料的表面性质
7.2.3.1 填料表面的粗糙度
7.2.3.2 填料表面的接触角
7.2.3.3 填料表面的表面势
7.2.4 2号池内两种填料的EPS的比较以及与填料膜量的关系
7.2.5 好氧2号和4号池中活性污泥和生物膜的EPS比较
7.2.6 EPS与污泥表面性质的关系
7.2.7 活性污泥和填料上生物膜的微生物菌群结构分析
7.3 小结
第八章 不同水质条件下相同填料上的生物膜的EPS的比较研究
8.1 实验样品来源与分析方法
8.1.1 样品来源
8.1.2 实验样品的环境条件
8.1.2.1 通用电气（GE）水质净化站
8.1.2.2 通用汽车（GM）水质净化站
8.1.2.3 申一毛条废水处理站
8.1.2.4 航头水厂
8.1.3 填料
8.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取
8.1.5 污泥表面相对疏水性
8.1.6 分析方法
8.2 结果与讨论
8.2.1 同种组合填料在不同水质条件下的生物膜的EPS比较
8.2.1.1 废水处理站的运行情况
8.2.1.2 填料上的生物膜EPS比较
8.2.1.3 生物膜EPS与相对疏水性的关系
8.2.2 废水处理和给水处理中的弹性立体填料上的生物膜比较
8.3 小结
第九章 结论
9.1 结论
9.2 创新点
9.3 不足之处及对今后工作的建议
参考文献
致谢
【引证文献】
本文编号：2865980
【学位单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X703
【文章目录】：
摘要
Abstract
简写名词索引
第一章 引言
1.1 胞外聚合物（EPS）的定义和作用
1.2 EPS的结构
1.3 EPS的组成与来源
1.4 EPS的提取
1.4.1 提取方法简介
1.4.2 提取方法的对比研究
1.4.3 提取效率
1.5 反应器运行条件对EPS的影响
1.5.1 运行方式
1.5.2 废水成分
1.5.3 营养物水平
1.5.4 金属离子
1.6 EPS对污泥性能和表面性质的影响
1.6.1 EPS对沉降性能的影响
1.6.2 EPS对污泥絮凝能力的影响
1.6.3 EPS组分对污泥表面疏水性的影响
1.6.4 EPS组分对污泥表面电荷的影响
1.6.5 EPS对污泥脱水性能的影响
1.7 EPS对生物膜的作用
1.8 悬浮填料生物反应器的EPS研究进展
1.9 城市污水厂面临的新问题
1.10 污泥表面疏水性测试方法的研究进展
1.11 研究目的和意义
1.12 课题来源
第二章 研究内容和方法
2.1 研究路线
2.2 研究内容
2.3 实验方法
2.3.1 EPS的提取方法
2.3.2 EPS成分分析
2.3.3 微生物表面疏水性实验方法
2.3.4 废水常规监测指标
2.3.4.1 水质监测指标
2.3.4.2 污泥絮凝、沉降和脱水性能的表征
2.3.5 微生物菌群结构分析方法
2.3.5.1 活性污泥DNA提取
2.3.5.2 PCR扩增
2.3.5.3 克隆和测序
2.3.5.4 系统进化树分析
第三章 EPS提取方法的选择
3.1 实验材料与方法
3.1.1 样品来源
3.1.2 提取方法
3.2 结果与讨论
3.2.1 不同提取方法得到的EPS的总量比较
3.2.2 不同提取方法所得到的EPS的组分分析
3.2.3 提取效率比较
3.3 小结
第四章 污泥表面相对疏水性测定方法的确立
4.1 实验方法与样品来源
4.1.1 样品来源
4.1.2 疏水性测试方法
4.2 结果与讨论
4.2.1 波长与静置时间
4.2.2 疏水相的选择
4.2.3 水相和H/A的选择
4.3 小结
第五章 贫有机底物碳氮磷条件变化对活性污泥EPS性质和污泥性能的影响研究
5.1 实验装置、材料与分析方法
5.1.1 实验装置
5.1.2 实验工况和运行条件设计
5.1.3 EPS的提取和组分测定
5.1.4 水质指标和污泥表面性质的测定
5.1.5 微生物菌群结构分析
5.2 结果与讨论
5.2.1 反应器运行期间的水质情况
5.2.1.1 正常营养工况
5.2.1.2 高氨氮工况
5.2.1.3 高氨氮缺磷工况
5.2.2 反应器运行过程中污泥性质变化情况
5.2.2.1 污泥沉降性能变化
5.2.2.2 污泥絮凝性能变化
5.2.2.3 污泥脱水性能变化
5.2.3 反应器运行过程中活性污泥EPS变化情况
5.2.3.1 EPS各层面的组分情况
5.2.3.2 不同COD/N/P比条件下活性污泥EPS的变化情况
5.2.4 EPS对活性污泥絮凝、沉降和脱水性能的影响
5.2.4.1 EPS总量和各层面EPS的量与污泥沉降性能的关系
5.2.4.2 EPS总量和各层面EPS的量与污泥絮凝性能的关系
5.2.4.3 EPS总量和各层面EPS的量污泥脱水性能的关系
5.2.5 高氨氮和缺磷工况微生物菌群结构分析
5.3 小结
第六章 中试生物反应器中不同填料上的生物膜和活性污泥的EPS的比较研究
6.1 实验样品来源与分析方法
6.1.1 实验样品的环境条件
6.1.2 填料
6.1.3 样品来源
6.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取
6.1.5 分析方法
6.2 结果与讨论
6.2.1 反应器运行情况
6.2.2 填料挂膜情况
6.2.3 四种填料的生物膜EPS的提取总量比较
6.2.4 四种填料不同层面EPS的提取情况不同
6.2.5 悬浮生长的活性污泥与生物膜EPS的比较
6.3 小结
第七章 生产规模条件下悬浮填料生物反应器中的活性污泥和生物膜EPS和表面性质的比较研究
7.1 实验样品来源与分析方法
7.1.1 样品环境介绍
7.1.2 填料
7.1.3 样品说明
7.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取和组分测定
7.1.5 微生物表面相对疏水性
7.1.6 填料表面性质测定
7.1.6 微生物菌群结构分析
7.2 结果与讨论
7.2.1 污水厂的运行情况
7.2.2 好氧2号池内两种填料上的生物膜量
7.2.3 两种填料的表面性质
7.2.3.1 填料表面的粗糙度
7.2.3.2 填料表面的接触角
7.2.3.3 填料表面的表面势
7.2.4 2号池内两种填料的EPS的比较以及与填料膜量的关系
7.2.5 好氧2号和4号池中活性污泥和生物膜的EPS比较
7.2.6 EPS与污泥表面性质的关系
7.2.7 活性污泥和填料上生物膜的微生物菌群结构分析
7.3 小结
第八章 不同水质条件下相同填料上的生物膜的EPS的比较研究
8.1 实验样品来源与分析方法
8.1.1 样品来源
8.1.2 实验样品的环境条件
8.1.2.1 通用电气（GE）水质净化站
8.1.2.2 通用汽车（GM）水质净化站
8.1.2.3 申一毛条废水处理站
8.1.2.4 航头水厂
8.1.3 填料
8.1.4 活性污泥和生物膜EPS的提取
8.1.5 污泥表面相对疏水性
8.1.6 分析方法
8.2 结果与讨论
8.2.1 同种组合填料在不同水质条件下的生物膜的EPS比较
8.2.1.1 废水处理站的运行情况
8.2.1.2 填料上的生物膜EPS比较
8.2.1.3 生物膜EPS与相对疏水性的关系
8.2.2 废水处理和给水处理中的弹性立体填料上的生物膜比较
8.3 小结
第九章 结论
9.1 结论
9.2 创新点
9.3 不足之处及对今后工作的建议
参考文献
致谢
【引证文献】
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1 谢丽清;序批式生物膜反应器处理味精废水强化脱氮的试验研究[D];郑州大学;2011年
2 延崇建;MBR+蠕虫床耦合系统内SMP及EPS特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 袁卓雅;IBR内不同工况的EPS特性与污泥性状分析研究[D];华中科技大学;2011年
本文编号：2865980
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/2865980.html
