生物促生剂对好氧絮状污泥胞外聚合物性能的影响

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目前,我国造纸废水排放量27.55亿t,占工业废水排放量的14.7%,造纸废水处理依然面临严峻的问题。其废水排放量大,污染物种类复杂且难降解物质多,使得处理难度较大。生物促生剂作为一种高效促进微生物自身代谢及生物合成过程,加快微生物对于难降解有机物分解的添加剂,已在研究和应用中受到广泛重视。EPS作为微生物一部分代谢产物,其含量及组成可影响污泥性能,并可能影响出水水质。本文研究BS添加量在不同进水CODCr下,对好氧絮状污泥中EPS量和其组成影响,以及分析微生物对水中营养物质的吸收与分泌情况和对污泥中EPS的结构改变,对污泥性能的影响。研究不同CODCr进水浓度下,CODCr去除率与BS添加量的关系,通过单因素实验得出,在进水浓度为813 mg·L-1、1100 mg·L-1和1300 mg·L-1时,BS最佳量为300μL·L-1、400μL·L-1和500μL·L-1,比BS0组CODCr去除率提高了4.8%、4.3%和4.2%。通过正交实验得出,去除CODCr最优组合为进水负荷1100 mg·L-1,BS最佳量400μL·L-1,处理30 h。通过对EPS各组成分析检测得出,BS的添加对EPS的各组分和结构产生显著影响。发现BS添加量对EPS、TB-EPS含量在800 mg·L-1低进水CODCr浓度下的影响较小,在11001300 mg·L-1中高进水CODCr浓度下影响显著,BS最佳组EPS、TB-EPS存在最大值。在不同进水CODCr浓度下,BS对LB-EPS多糖和TB-EPS蛋白质、腐殖质有显著促进作用。BS最佳组,分别对应LB-EPS中蛋白质、多糖、DNA含量最大值和TB-EPS中腐殖质含量最大值,DNA含量最小值。在进水CODCr浓度在1100 mg·L-1时,BS2组吸收、分泌蛋白质能力和吸收、分泌多糖能力显著提高,提高了33%、23.9%。利用环境扫描电镜对污泥表面形态观察,发现BS2组污泥有良好保水性能,污泥骨架丰满,连续性高,提取TB-EPS后,出现空腔层和结构空洞,结合XRD仪器分析提取EPS后污泥中结晶为CaSO4·2H2O,BS2组污泥更平整。通过红外分析得,BS2组出现了羧基、羟基、脂类等的新特征峰,提取TB-EPS污泥中伯酰胺类和脂肪胺类物质受到影响。通过拉曼光谱分析发现,BS0和BS2组LB-EPS中主要成分为蛋白质,BS2组聚集效果更强。BS2组TB-EPS中氨基官能团增加,蛋白质主侧链构象改变,多聚糖类受到金属化学键作用,肽链改变,絮凝活性提高。BS0组含葡萄糖醛酸,BS2组TB-EPS中含有N-乙酰基氨基糖类和酰胺类物质,具有显著絮凝特性。采用ICP-AES分析金属离子在活性污泥体系中的转化过程,发现BS2组污泥中金属离子含量减少。在LB-EPS和TB-EPS提取液中,Fe3+含量明显提高。BS组TB-EPS中离子含量比BS0组高出2倍左右。LB-EPS和TB-EPS是吸附Ca2+的主要部分,且BS2组的TB-EPS吸附了更多的Ca2+和Mg2+。LB-EPS和TB-EPS对金属离子吸附顺序为Ca2+>Mg2+>Fe3+>Zn2+>Mn2+。而活性污泥中沉积金属离子的顺序为Fe3+>Mg2+>Mn2+>Zn2+>Ca2+。利用ESS和Zeta方法对污泥絮凝效果分析,发现絮凝效果从好到坏排列为BS2组>BS1组>BS0组>BS3组。LB-EPS、TB-EPS与絮凝性能成反向和正向相关。通过SVI得出,LB-EPS中蛋白质含量与EPS中蛋白质含量比值与污泥沉降性能呈正相关。DSC检测发现,随着LB-EPS(蛋白质和多糖)含量增加,TB-EPS(蛋白质和多糖)含量和束缚水含量(WB)减少,污泥的脱水性能增强。过度添加BS会引起一定程度的污泥脱水性能的恶化。本文研究BS添加量在不同进水CODcr下,对好氧絮状污泥中EPS量和其组成影响;并根据EPS变化分析微生物对水中营养物质的吸收与分泌情况;研究BS对EPS及活性污泥性质的影响依据,为BS在工业废水应用中提供理论依据。研究发现BS通过促进微生物吸收分泌能力,调节EPS中蛋白质和多糖含量及其羧基、羟基、乙酰基和氨基的暴露量,来改善污泥絮凝性能、沉降性能和耐受性能。
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