胞外多聚物對(duì)好氧顆粒污泥形成與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化的影響研究.pdf

1、好氧顆粒污泥是一種特殊的生物聚集體，因具有沉降性能優(yōu)異、多功能微生物分區(qū)定殖、抗污染負(fù)荷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在高濃度有機(jī)廢水處理，脫氮除磷及有毒物質(zhì)降解等方面具有極大的應(yīng)用潛力。然而，目前好氧顆粒污泥的形成機(jī)制尚不清楚，且在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中結(jié)構(gòu)易失穩(wěn)，一定程度上限制了該技術(shù)的工程化應(yīng)用。本論文鑒于胞外多聚物(EPS)在生物聚集體的形成與結(jié)構(gòu)維持中的重要作用，重點(diǎn)研究好氧顆粒污泥形成過程EPS的變化規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上解析不同水力剪切條件下EPS對(duì)

2、好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，主要結(jié)果如下：
　　 1、通過綜合比較6種不同的物理、化學(xué)提取方法的EPS提取效率及對(duì)細(xì)胞的破壞程度發(fā)現(xiàn)，甲酰胺、甲醛等化學(xué)提取方法對(duì)EPS組分及TOC含量測(cè)定干擾較大；熱堿提取法可獲得較高的EPS提取量，但其對(duì)細(xì)胞的破壞程度最大，相應(yīng)EPS定量及定性分析誤差大；相比60℃水浴30min，80℃水浴60min可提取較多的EPS，然而其造成的細(xì)胞破壞程度顯著增加。為此，最終優(yōu)選60℃水浴30min污泥

3、EPS提取方法。此外，比較不同提取方法下獲得的兩種污泥樣品EPS主要成分胞外蛋白(PN)和胞外多糖(PS)發(fā)現(xiàn)，好氧顆粒污泥的EPS含量高于活性污泥，且PN是其EPS中的優(yōu)勢(shì)組分。
　　 2、低水力剪切條件下啟動(dòng)序批式氣提生物反應(yīng)器(SABR)，有機(jī)污染物得到完全去除，但SABR運(yùn)行半個(gè)月后發(fā)生污泥膨脹；通過有機(jī)負(fù)荷及水力剪切條件的聯(lián)合調(diào)控，污泥膨脹得以有效控制，最終反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)完全顆?；?，污泥濃度明顯增加、沉降性能有效改善。

4、r>　　 在好氧顆粒污泥增殖階段(階段III)，EPS各組分含量均顯著增加，尤其是PN由61.8 mg·gVSS-1增至147.7 mg·gVSS-1，同時(shí)SDS-PAGE結(jié)果表明污泥EPS的PN條帶明顯增多；在之后的階段IV，EPS中PS含量相對(duì)增加，PN/PS比值最終穩(wěn)定在1.0～1.4。推測(cè)污泥EPS中PN含量與種類的增加可能對(duì)好氧顆粒污泥初期形成具有重要作用，而合適的PN/PS比通過影響微生物表面電荷與疏水性，調(diào)控微生物的聚集

5、狀態(tài)，促進(jìn)好氧污泥顆?；M(jìn)程與維持其聚集性結(jié)構(gòu)。
　　 3、水力剪切力對(duì)好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與EPS產(chǎn)生的影響研究表明，低水力剪切條件(表面氣速為0.5 cm·s-1)下啟動(dòng)的R1反應(yīng)器在運(yùn)行期間污泥PS含量下降，而PN含量與PN/PS(最高達(dá)3.01)比明顯增加，隨之顆粒污泥迅速瓦解；而在較高水力剪切條件(1.5 cm·s-1和3.5cm·s-1)下啟動(dòng)的R2、R3反應(yīng)器，運(yùn)行過程污泥PN、PS均有所增加，但PN/PS比相對(duì)

6、穩(wěn)定在1.39～1.81和1.15～1.39，其顆粒污泥的結(jié)構(gòu)也較為穩(wěn)定；相比而言，更高水力剪切條件下獲得的低PN/PS比值更有利于好氧顆粒污泥的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。周期內(nèi)EPS監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，高水力剪切條件下基質(zhì)消耗較快，產(chǎn)生的PS在相對(duì)較長(zhǎng)的饑餓期內(nèi)被微生物代謝利用，最終獲得的適當(dāng)PN/PS比有利于維持顆粒污泥的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。顆粒污泥原位熒光染色結(jié)果進(jìn)一步揭示，PS主要分布在顆粒污泥的菌膠團(tuán)之間，而PN在整個(gè)顆粒污泥中均有分布，推測(cè)污泥EPS中

7、PN、PS共同構(gòu)建了好氧顆粒污泥框架結(jié)構(gòu)，控制合適的PN/PS比有利于顆粒污泥結(jié)構(gòu)的維持。
　　 對(duì)3組反應(yīng)器內(nèi)污泥進(jìn)行PCR-DGGE分析發(fā)現(xiàn)，不同水力剪切運(yùn)行條件下微生物群落演替顯著，微生物分屬Betaproteobacteria，Alhaproteobacteria、Flavobacteriales等類群，其中低水力剪切條件與高水力剪切條件下污泥優(yōu)勢(shì)菌分別與Chryseobacteriumsp.和.Balneimonas