胞外多聚物对污泥絮凝性能、颗粒化及重金属吸附的基础研究

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1、上海交通大学博士学位论文胞外多聚物对污泥絮凝性能颗粒化及重金属吸附的基础研究摘要EPS是微生物分泌于细胞外的天然高分子化合物由于它在菌体外所处的特殊位置及其特定的化学组成使之成为影响细菌表面特性的重要因素因此,在污水的生物处理系统中EPS不仅能够影响活性污泥絮凝性能颗粒污泥的形成和稳定而且还影响污水中重金属的去除但是目前有关于EPS对污水生物处理性能的影响机理缺乏系统的研究因此本论文主要针对EPS对污泥絮凝性能颗粒化及重金属吸附的影响进行深入研究为实现高效生物处理提供必要理论基础首先本文从7种EPS提取方

2、法中选取在80下加热60min为提取EPS的最佳条件它能够最大程度提取EPS但对细胞的破坏程度最小并且对EPS组分测定无干扰采用红外光谱法和紫外分光光度法分析EPS的组成污泥来源对EPS组成影响很大但EPS的基本组成为蛋白质多糖糖醛酸和DNA有机成分,并含有少量无机成分研究影响菌株R02分泌EPS的因素表明不仅菌株R02生长环境中碳源氮源种类及组成比值影响EPS分泌而且菌株R02生长的温度pH溶解氧条件以及微量元素含量均在一定程度上影响EPS的数量和组成对这些情况的研究是认识微生物分泌EPS本质I摘要的基

3、础也是调节EPS组成控制微生物细胞表面性质及其存在状态的依据其次运用DLVO和疏水作用理论通过分析EPS对微生物细胞表面性质的影响进而研究EPS对污泥絮凝性能的影响对纯种微生物的种类生长周期中菌体的絮凝性能以及不同污水处理厂活性污泥混合物絮凝性能与EPS组成关系的分析结果均表明EPS中蛋白质与糖类物质的比值与污泥的絮凝性能有最密切相关EPS中蛋白质与糖类物质的比值增大使细胞表面负电荷减小细胞表面疏水性能增大这些都使细胞间的亲和力增强有利于细胞形成紧密的接触因此可以通过改变EPS组成实现改善污泥絮凝性能的目

4、的再次研究EPS在好氧颗粒污泥形成过程中的作用分别在SBUR和自行设计的SBSR中培养好氧颗粒污泥研究EPS组分在颗粒污泥形成过程中的变化SBSR相对于SBUR形成的水平旋转水流可以同时产生适当的水力剪切力和满足曝气的需求,又可避免由于曝气产生气泡对颗粒的冲击形成的颗粒污泥直径达到1-3mm并具有良好的沉淀性能在颗粒污泥形成过程中发现EPS蛋白质和总糖比值增大污泥表面电荷降低而疏水性增大证实了EPS中蛋白质和糖类物质的相对含量增加可以通过影响细胞表面性质而促进细胞聚集另外透射电镜的观察结果也表明粘性EPS

5、在维持颗粒结构稳定中起着重要作用因此可通过调节反应器的运行条件控制微生物分泌EPS及其组成从而促进结构紧密的颗粒污泥的形成最后本文通过将EPS从细胞表面提取后研究它对重金属吸附II上海交通大学博士学位论文机理在这一部分中首先研究EPS对单一金属溶液的吸附结果表2+2+明pH值温度金属离子初始浓度以及EPS用量均影响对CuZn3+Cr的吸附吸附热力学研究表明Langmuir模型能够较好地拟合实验3+2+2+数据三种重金属离子最大吸附容量的顺序为:Cr>Cu>Zn吸附动力学研究表明EPS对重金属吸附速度很快在

6、10分钟内可以达到总吸附量的902+2+3+另外研究EPS对CuZnCr三种重金属共存溶液的吸附情况以及离子间相互影响本次试验采用三因素二次正交旋转回归2+2+3+设计建立EPS对CuZnCr吸附模型并分别通过单因素和双2+2+3+因素分析CuZnCr三种重金属离子共存时各金属离子间的相互影响关系这对以EPS作为生物吸附剂在实际废水中的应用有重要指导意义关键词胞外多聚物表面性质絮凝性能好氧颗粒化重金属吸附IIIAbstractEFFECTOFEXTRACELLUARPOLYMERICSUBSTANCESO

7、NBIOFLOCCULATIONAEROBICGRANULATIONANDHEAVYMETALADSORPTIONABSTRACTMicrobialextracellularpolymericsubstances(EPS)arehighmolecular-weightmucoussectionsofbacteriaandmicroalge.BecauseEPSarelocatedoutsidethecellsurface,theyarethemostimportantfactorthatinfluence

8、smicrobialsurfacecharacteristics.Inwastewatertreatmentsystem,EPSareconsideredimportantforthephysico-chemicalpropertiesofactivatedsludgeandhavebeenimplicationindeterminingtheflocculationprocessandtheaerobicgranulatio