碳源胁迫对颗粒污泥稳定性及除磷特性的影响及机制

分别以葡萄糖和醋酸钠为碳源培养成熟的脱氮除磷颗粒污泥，研究了环境条件（温度变化及低DO）和营养不足（氮缺乏）条件会使系统由于丝状菌过度繁殖而发生膨胀，两种膨胀条件下，EPS变化不同，前者EPS升高而后者EPS降低，前者污泥反硝化加强，而后者反硝化减弱。究其主要原因为膨胀中优势微生物的差异引起。另外，两种碳源条件下形成的颗粒污泥微生物优势种群结构不同（以葡萄糖为碳源的颗粒污泥中，Candidatus Saccharimonas含量最高，其次是Thauera，Candidatus Accumulibacter和Lebinella。而以醋酸钠为碳源的颗粒污泥中Chitinophagaceae unclassified含量最高，其次是Rhodocyclaceae unclassified，Deltaproteobacteria unclassified，Thiothrix丝硫细菌属），EPS含量不同，但EPS中蛋白质均为其主要组成部分，其次是多糖。两种碳源条件下的生物除磷中，糖原是重要的能量物质，其中以葡萄糖为碳源的颗粒污泥中糖原的含量达15%以上系统均能保持稳定，SEM结果显示其微生物以球菌为主，污泥中磷含量在5%左右；而醋酸钠为碳源的颗粒污泥中糖原在10%以下，系统维持稳定，其微生物以球菌和短杆菌为主，污泥中的磷的含量在6%左右。同时，前者中EPS中磷含量高达30%，后者EPS中磷含量基本维持在10%，前者EPS含量在 285mg/g VSS左右，后者EPS总量在200mg/g VSS左右。由此看出，两种碳源条件下，前者除磷的主要机理为生物除磷作用和胞外EPS的化学除磷作用，而后者主要以胞内生物除磷为主，而生物除磷中糖原是其代谢途径中不可缺少的重要部分。利用XRD和SMT手段对污泥中磷的成份分析发现，污泥中磷主要以无机磷为主，其中Ca-P是无机磷的主要组成形式，其中以葡萄糖为碳源的颗粒污泥中基于EPS的化学除磷作用，无机磷种类较多，利用SMT法不能检测出其他形态磷。利用31P-NMR法对EPS 中磷进行分析发现，EPS中未发现有Mono-P，Diester-P和膦酸酯有机磷，而主要以Ortho-P和Poly-P无机磷形式存在。说明在EPS中不存在生物作用，EPS中磷主要源于磷的化学作用及传输过程中截留的部分磷。同时研究发现，0.06g/L GO虽然对除磷和反硝化作用不具

颗粒污泥具有沉速快、活性高、污泥浓度高等特点，在脱氮除磷方面具有较好的应用前景，但污泥稳定性不足制约了其应用。EPS是决定颗粒污泥稳定性的关键物质，并在颗粒污泥除磷过程中可能扮演重要角色。不同碳源可通过改变细菌群落结构从而影响颗粒污泥中EPS组成，进而影响污泥稳定性及除磷效果，但目前对该过程尚缺乏认识。本研究拟以不同碳源下培养的同步脱氮除磷颗粒污泥为研究对象，利用SEM和PCR-DGGE等手段研究颗粒污泥中微生物形态和菌群结构，利用TEM和TOC等手段研究颗粒污泥EPS的形态、组成等，根据碳源、菌群结构和EPS组成间的关系，揭示碳源对颗粒污泥稳定性的影响及机制；利用XRD等手段研究不同碳源下颗粒污泥中磷的形态及含量，探讨磷在颗粒污泥中赋存形式、分布及其含量，分析EPS对除磷的作用机制，进而揭示碳源对颗粒污泥除磷的影响及机制。研究结果可为颗粒污泥系统稳定高效除磷提供理论和技术支持。

《厌氧颗粒污泥的吸附特性及工程应用》较为详细地阐述了厌氧颗粒污泥的组成结构、特性、吸附理论基础及相关研究进展，借助生物学手段和热力学方法揭示了厌氧颗粒污泥吸附有机污染物的机理，并就吸附过程进行了吸附动力学模型拟合；同时，从吸附剂、吸附质以及环境条件等方面全面系统地分析了厌氧颗粒污泥吸附有机污染物的影响因素，提出了具有优良吸附性能的厌氧颗粒污泥的特征，总结了厌氧颗粒污泥吸附特性在工程中的应用。本书拓展了废水厌氧生物处理的理论基础，拓宽了厌氧颗粒污泥技术的应用范围，也为实际工程的设计、操作提供了有力的依据，具有较强的实用性和参考价值，可供环境科学与工程、市政工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校相关专业师生参阅。

第1章 概述

1.1 厌氧颗粒污泥

1.1.1 厌氧颗粒污泥的发现

1.1.2 厌氧颗粒污泥的定义

1.1.3 厌氧颗粒污泥的优点

1.2 厌氧颗粒污泥的形成

1.2.1 厌氧颗粒污泥的形成过程

1.2.2 厌氧颗粒污泥形成的几种假说

1.2.3 厌氧颗粒污泥形成的影响因素

1.3 厌氧颗粒污泥的形态结构、组成、微生物相及特性

1.3.1 厌氧颗粒污泥的外观形态

1.3.2 厌氧颗粒污泥的结构

1.3.3 厌氧颗粒污泥的微生物相

1.3.4 厌氧颗粒污泥的化学组成

1.3.5 厌氧颗粒污泥的特性

1.4 吸附

1.4.1 吸附的类型

1.4.2 生物吸附

参考文献

第2章 厌氧颗粒污泥吸附有机物的性能及机理

2.1 厌氧颗粒污泥吸附有机物的性能

2.1.1 实验目的

2.1.2 吸附实验装置

2.1.3 厌氧颗粒污泥初期吸附实验方法

2.1.4 厌氧颗粒污泥对废水中有机物COD的初期吸附去除

2.1.5 厌氧颗粒污泥吸附去除废水中有机物过程中VFA的变化

2.1.6 厌氧颗粒污泥吸附去除废水中有机物过程中CH4的变化

2.1.7 结果分析

2.1.8 小结

2.2 厌氧颗粒污泥的吸附机理

2.2.1 吸附等温线

2.2.2 吸附热力学参数

2.2.3 同种厌氧颗粒污泥经不同处理后对有机污染物的吸附

2.3.4 不同种厌氧颗粒污泥经相同处理后对有机污染物的吸附

2.2.5 红外光谱

2.3 结论

参考文献

第3章 厌氧颗粒污泥的吸附动力学

3.1 吸附过程

3.2 吸附动力学模型

3.2.1 膜传质

3.2.2 颗粒间的扩散

3.2.3 准一级动力学模型和准二级动力学模型

3.3 厌氧颗粒污泥吸附的动力学

3.3.1 膜传质和颗粒间的扩散模型拟合

3.3.2 准一级反应动力学及准二级反应动力学模型拟合

3.4 小结

参考文献

第4章 影响厌氧颗粒污泥吸附性能的因素

4.1 厌氧颗粒污泥特性对有机污染物初期吸附性能的影响

4.1.1 污泥粒径及比表面积

4.1.2 污泥生物活性和比产甲烷活性

4.1.3 污泥沉降性

4.1.4 污泥疏水性

4.1.5 污泥胞外多聚物

4.1.6 污泥表面Zeta电位

4.1.7 污泥微生物组成

4.1.8 污泥浓度

4.1.9 厌氧颗粒污泥良好吸附性能评价

4.2 废水特性对有机污染物初期吸附性能的影响

4.2.1 有机污染物浓度

4.2.2 不同粒径有机污染物COD

4.2.3 不同溶解态有机污染物COD

4.2.4 溶解态有机物葡萄糖

4.2.5 修正后不同溶解态有机污染物COD

4.2.6 离子强度

4.2.7 重金属离子

4.2.8 毒性物质

4.2.9 小结

4.3 环境条件对厌氧颗粒污泥初期吸附性能的影响

4.3.1 pH值

4.3.2 温度

4.3.3 搅拌

4.3.4 小结

参考文献

第5章 厌氧颗粒污泥吸附特性的工程应用

5.1 厌氧颗粒污泥对有机污染物的吸附

5.1.1 AB-ASBR工艺的提出

5.1.2 AB-ASBR工艺流程

5.1.3 AB-ASBR工艺的生物学基础

5.1.4 AB-ASBR工艺特点

5.1.5 AB-ASBR对啤酒废水的处理

5.1.6 AB-ASBR和ASBR工艺运行效果对比

5.2 厌氧颗粒污泥对染料的吸附

5.2.1 染料废水及其来源

5.2.2 染料废水的危害

5.2.3 染料废水污染特性

5.2.4 染料废水的处理现状

5.2.5 厌氧颗粒污泥对染料的吸附

5.2.6 厌氧颗粒污泥对亚甲基蓝的吸附

5.2.7 AB-ASBR反应器处理低浓度的亚甲基蓝废水

5.3 厌氧颗粒污泥对废水中难降解有机物的吸附

5.3.1 难降解有机物

5.3.2 难降解有机物的来源及危害

5.3.3 难降解有机物的特性

5.3.4 难降解有机物废水的处理现状

5.3.5 厌氧颗粒污泥对难降解有机物的吸附降解

5.3.6 厌氧颗粒污泥对邻苯二甲酸二丁酯的吸附

5.4 厌氧颗粒污泥对废水中重金属的吸附

5.4.1 重金属废水及其来源

5.4.2 重金属废水的危害

5.4.3 重金属废水污染特性

5.4.4 重金属废水的处理现状

5.4.5 重金属废水的生物吸附机理

5.4.6 厌氧颗粒污泥对重金属的吸附

5.4.7 厌氧颗粒污泥对Hg2 的吸附

5.4.8 厌氧颗粒污泥对Cr6 的吸附

5.4.9 填充柱工艺处理重金属污染废水

参考文献