壳聚糖强化生物作用的机理研究

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1、壳聚糖强化生物作用的机理研究论文作者：秦冰陈东辉2陈亮2陈丽2摘要：将不同分子量的壳聚糖投加于SBR生物反应器处理生活废水，通过比较处理效率、污泥活性、污泥结构等指标来探明壳聚糖强化活性污泥生物作用的机理。研究表明，壳聚糖虽对污泥活性有一定抑制作用，但能很好地改善污泥的絮体结构，从而提高活性污泥的处理效率，其中分子量越大的壳聚糖强化生物处理的效果越佳。关键词：壳聚糖活性污泥分子量　　壳聚糖及其衍生物在水处理中有很大的潜力和应用前景。近年来国内外的报导主要集中在吸附和絮凝方面[1～6]。也有报道表明，壳聚糖是一种很好的污泥调理剂，将其用于活性污泥法废水处理，有助于形成良好的活性污泥菌胶团，并能提

2、高处理效率[7～10]。但研究其对活性污泥中微生物活性的影响以及其强化生物作用的机理，国内外均未见有报导。　　本实验是在不改变现有设备及工艺流程的条件下，在普通活性污泥法中投加不同分子量的壳聚糖，通过比较处理效率、污泥活性及污泥结构等指标，研究不同分子量的壳聚糖对活性污泥处理效果的影响，进一步探索壳聚糖改善出水效果，强化生物作用的机理，并选出最佳的壳聚糖的类型，为壳聚糖的进一步应用提供了实践指导和理论基础。　　1实验方法和材料　　1.1实验材料　　壳聚糖：本实验室由浙江玉环县化工厂购得甲壳素，再自制成一系列脱乙酰度69%的壳聚糖，分子量分别为6.56万、22.30万、31.25万(根据Mark

3、-Houmink方程：，用乌氏粘度计测定表面粘度后计算得到)。　　活性污泥：取自天山污水净化厂曝气池中的污泥，驯化两周。　　实验水样：采用自配的模拟生活污水，含有碳、氮、磷及多种微量元素。　　1.2实验方法　　本实验采用模拟SBR法。在4套相同的装置中分别投加3种不同分子量的壳聚糖，另一个不投加作空白来处理同一模拟生活废水，进行平行对照实验。按照壳聚糖调理污泥的最佳投量，一般为总固体含量的0.5%～1.5%[9]。实验运行中根据排泥排水量适量补充壳聚糖。采用限制性曝气，每天运行4个周期，每个周期6h，其中进水时间0.75h，曝气反应时间3.75h，沉淀时间0.75h，排水闲置时间0.75h。实

4、验运行时各反应器内污泥浓度均保持在3～4g/L，pH保持在7.0左右，溶解氧保持在3～4mg/L。各生物反应器的有效容积为9L，进排水均为4L。　　2结果与讨论　　2.1加不同分子量的壳聚糖对废水中有机物(CODCr、NH3-N、BOD5)去除率的比较　　　　由图1、图2和表1可看出，投加不同分子量的壳聚糖后，活性污泥对CODCr、NH3-N及BOD5的去除率均比空白样高约10%，其中以投加大分子量壳聚糖的污泥处理效果最好。　　由于实验水样是采用自配的模拟生活污水，可生化性较好，易降解，所以在不投加壳聚糖的情况下，也能达到较好的处理效果。但总的来说，壳聚糖的投加会在普通活性污泥法的基础上改善出

5、水水质。　　表1进、出水BOD5及其去除效率项目运行方式投加大分子量壳聚糖(31.252万)投加中分子量壳聚糖(22.304万)投加小分子量壳聚糖(6.56万)空白进水BOD5平均值/mg·L-1580出水BOD5平均值/mg·L-1出水BOD5去除效率/%1115194998.1097.4196.7291.55　　2.2污泥活性的比较　　2.2.1MLVSS/MLSS　　MLVSS/MLSS是一种最简单的表征污泥活性的方法，它是考察污泥混合液中挥发性组分与总固体的比值。测定MLVSS及MLSS，对比投加不同分子量壳聚糖后污泥活性变化的情况，实验结果见图3。　　　　由图3可看出，投加壳聚糖后活

6、性污泥的有效成分均低于空白值，说明壳聚糖的投加对污泥活性不仅没有促进作用，反而有一定的抑制作用。对比3种不同分子量的壳聚糖，投加小分子量壳聚糖后污泥的有效成分略微低于投加大分子量和中分子量的壳聚糖。　　2.2.2耗氧速率　　活性污泥微生物在代谢有机物时最显著的特征就是消耗水中的溶解氧，因此通过微生物耗氧速率的大小可以间接反映酶活性的强弱，即反映污泥活性的强弱。在相同的条件下，取出各生物反应器中的污泥混合液，曝气至饱和后测定耗氧速率，结果见图4。　　　　图4中各回归曲线斜率的绝对值即为耗氧速率(mgO2/（L·min）)。从图中可看出，投加壳聚糖后，混合液的耗氧速率均小于空白样。这间接地反映出空

7、白样微生物的酶活性要高于投加壳聚糖后微生物的酶活性。说明投加壳聚糖后会对污泥活性产生一定的抑制作用；对比3种不同分子量壳聚糖可发现，投加小分子量壳聚糖后耗氧速率最小，其微生物的酶活性最差，说明投加小分子量壳聚糖对污泥活性抑制最为明显。　　2.2.3脱氢酶活性　　废水生物处理的实质，是经微生物所产生的多种酶催化的生物氧化还原反应。在有机物的氧化过程中，脱氢酶则是氧化还原酶的一种，是微生物降解有机污染