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1、第28卷第4期环境化学Vol.28,No.42009年7月ENVIRONMENTALCHEMISTRYJuly20093MBR中胞外聚合物累积对污泥性质的影响1,21,21,23332,4张丽娜李靖梅李秀芬陈坚堵国成(1江南大学环境生物技术研究室;2江南大学工业生物技术教育部重点实验室;3江南大学食品科学与技术国家重点实验室;4江南大学生物设计与加工研究室,无锡,214122)摘要以一体式膜生物反应器(MBR)处理模拟生活污水为研究体系,探讨累积胞外聚合物(EPS)的组成、含量及其分布对污泥特性的影响.结果表明,EPS经历一个低谷后,在35d时出现明显累积,污泥比基质降
2、解速率和污泥体积指数(SVI)也出现相应变化.体系中EPS总量及污泥中蛋白质与多糖比值的增加有利于污泥活性及其沉降性能的改善,EPS累积期大部分EPS存在于污泥中,从另一个角度证实了EPS与污泥活性及其降解性能之间的相关关系.关键词膜生物反应器,胞外聚合物,污泥性质.胞外聚合物(EPS)是微生物在一定条件下产生的高分子物质,普遍存在于活性污泥絮体内部及表[1]面,其存在形式有两种,即附着性EPS(BEPS)和溶解性EPS(SEPS),分别主要存在于污泥和上清液中.EPS作为细胞与外界接触的中间介质,对活性污泥的絮凝沉降性能、表面电荷、疏水性及膜污染有重要影响.膜生物反应
3、器(MBR)是一个相对封闭的污水处理体系,膜对大分子EPS的拦截可制造其累积环境,强化其对污泥活性及絮凝沉降等污泥性质的影响,而EPS累积的量及组成不同则导致这一影响的不可预计.本文以一体式MBR处理模拟生活污水为研究体系,污泥活性以污泥比基质降解速率为代表,污泥沉降性能以污泥体积指数(SVI)为代表,研究反应器中EPS累积期的污泥活性及沉降性能的变化,探讨EPS组成及含量与污泥特性的关系,有助于正确评价MBR中EPS在污泥性质变化甚至污泥膨[2]胀中的行为和作用.1材料与方法111实验装置实验装置为一体式膜生物反应器.膜组件为天津膜天膜工程技术有限公司生产的聚偏氟乙烯
4、中空2纤维膜,膜孔径为012μm,纤维内径为0165mm,外径为110mm,膜面积为2m.反应器主体为矩形有机玻璃容器,体积为0130m×0150m×0170m,有效容积为80L,整个反应器为全自动控制.112模拟废水本实验用水为模拟生活废水,主要由葡萄糖、酵母膏、磷酸二氢钾、氯化铵及少量的硫酸镁、氯-1化钙、氯化锰、硫酸亚铁配置而成,碳酸氢钠调节pH值.第1—30天间,进水COD为270mg·l,-1+-1第31—48天间,进水COD为390mg·l.NH42N介于35—40mg·l之间.反应器稳定运行后,出水水质符合GB897821996中的一级标准113实验方法实
5、验所用污泥为江苏省无锡市芦村污水处理厂的剩余污泥,其MLVSS/MLSS为0132,驯化时间-1为2周,接种污泥浓度为3g·l,水力停留时间为22h,污泥停留时间为15d,pH值为710—810,室温.定期检测进出水的COD,pH值等指标,同时取上清液和污泥样品进行EPS组成及含量的测定.2008年10月9日收稿.3国家自然科学基金(50678073);江苏省太湖水专项(BS2007125);江苏省自然科学基金(BK2007022)资助133通讯联系人,E2mail:xfli@jiangnan1edu1cn540环境化学28卷-1分别取一定体积的污泥混合液,8000r·
6、min离心10min,测定上清液中蛋白质和多糖含量.剩-1余污泥沉淀用去离子水补充至原有体积,在80℃下水浴提取30min,12000r·min离心15min,测[3—5]定上清液中蛋白质和多糖含量,结果即为污泥中的EPS含量.COD,MLVSS,MLSS,SVI及pH值均采用国家标准方法测定.多糖含量采用苯酚2硫酸法测定,蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定.本实验中,污泥中蛋白质和多糖含量之和视为污泥EPS总量.上清液中两种组分之和视为上清液中EPS总量.2结果与讨论211反应器中EPS的组成及分布EPS中含有一些易生物降解组分如多糖和蛋白质等,还含有一些不易生物降解组分
7、如腐殖酸等,当微生物处于营养缺乏的条件下,就会对它们自身所产生的EPS进行降解利用.而当EPS的平均生物降解速度低于其产生速度时,再加上膜的拦截作用,就出现EPS含量升高即累积现象.由图1可见,从第35天起,上清液中多糖及总EPS浓度呈大幅增加,出现EPS累积现象,此时,二者浓度分-1-1别为25101和27136mg·gVSS.另外,30d后进水COD上升到390mg·l,微生物繁殖速度增大,其代谢分泌的胞外聚合物增加.MBR上清液中的EPS以多糖为主,总EPS浓度始终与多糖的变化趋势保持一致,胞外蛋白质浓度在整个运行期间变化不大.图2
