超声波—阳离子交换树脂法提取污泥胞外聚合物的研究

论文摘要

胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances ,简称EPS）是活性污泥的重要组成部分,是影响活性污泥絮凝性、沉降性和脱水性的重要因素。然而,目前没有被普遍接受的提取方法,这些方法大多存在着提取效率低与化学污染大等缺点。本文以葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性（简称G6PD活性）衡量提取过程中产生的细胞破损,研究超声波提取污泥中EPS的提取策略;考察国产阳离子交换树脂对污泥中EPS的提取效果,探讨较优的提取工况;将超声波法与阳离子交换树脂法组合使用,提出将超声波—阳离子交换树脂法用于提取EPS,该方法具有化学污染小、细胞破损率低、提取效率高的优点。主要研究结论如下:①超声波提取EPS过程宜采用冰水浴,并且提取过程中不需要外加搅拌作用;提取容器的材质影响提取效果,采用硼酸玻璃容器优于聚乙烯与不锈钢材质的容器。超声波法的较优提取策略是:作用频率为21kHz,作用功率的范围为32W～40W,作用时间不宜超过3min。污泥龄影响EPS的提取效果,低污泥龄污泥的EPS易被提取,并且超声波法容易引起低污泥龄污泥中细菌细胞的破损。②国产凝胶型阳离子交换树脂001×7较大孔丙烯酸树脂D001更适于提取活性污泥中的EPS。液相环境的pH值是影响阳离子交换树脂提取EPS效果的关键因素,在pH为5.8～7.8的范围内,能得到比较稳定的提取效果;以pH平衡下的蒸馏水作为液相环境与以pH为7.0的磷酸盐缓冲液为液相环境具有相近的提取效果。中速离心分离结合抽滤提取能更好的提取EPS中的腐质酸,考虑到腐质酸为EPS中的重要组分,采取这种方式分离EPS较高速离心分离法更适宜。阳离子交换树脂法的较优提取策略为:树脂投加量为80g/g VSS,搅拌速率500r/min,提取时间为1h～3h。③超声波与树脂法两种方法的联合使用能在不引起细菌细胞大量破损的前提下,取得高效的提取效果;在超声波与树脂的各种组合方式中,超声波—树脂法是最优的组合方式。对于同一污泥,超声波—树脂法与加热提取法、EDTA提取法相比较,具有提取效率高、化学污染小、细胞破损量小以及操作方便的优点,表明超声波—树脂法是一种高效可靠的提取方法。对不同来源的污泥,超声波—树脂法也有较好的提取效果,提取得到的胞外聚合物量可占污泥挥发份的8%～13%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 胞外聚合物概述
• 1.1.1 胞外聚合物的化学成分
• 1.1.2 胞外聚合物的性质
• 1.2 胞外聚合物对活性污泥性能的影响
• 1.2.1 EPS 对污泥絮凝性能的影响
• 1.2.2 EPS 对污泥沉降性能的影响
• 1.2.3 EPS 对污泥脱水性能的影响
• 1.3 胞外聚合物的提取方法
• 1.3.1 物理提取法
• 1.3.2 化学提取法
• 1.3.3 提取方法的评价方法
• 1.3.4 提取方法的比较
• 1.4 课题的提出与研究内容
• 1.4.1 课题的提出
• 1.4.2 研究内容
• 2 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 活性污泥的培养
• 2.1.2 人工污水的配制
• 2.1.3 反应器装置
• 2.1.4 试验仪器
• 2.2 检测项目与方法
• 2.2.1 糖类的测定
• 2.2.2 蛋白质和腐殖质的测定
• 2.2.3 DNA 的测定
• 2.2.4 葡萄糖—6—磷酸脱氢酶活性的测定
• 2.2.5 其它指标的测定
• 3 超声波法提取活性污泥胞外聚合物
• 3.1 超声波作用机理
• 3.2 超声波作用装置及提取方法
• 3.2.1 超声波作用装置
• 3.2.2 超声波法提取步骤
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 污泥破碎
• 3.3.2 超声作用对EPS 提取液相温度的影响
• 3.3.3 外加搅拌作用对EPS 提取效果的影响
• 3.3.4 容器材质对提取效果的影响
• 3.3.5 超声波作用频率对EPS 提取的影响
• 3.3.6 超声波作用时间对EPS 提取的影响
• 3.3.7 超声波功率对EPS 提取的影响
• 3.4 小结
• 4 阳离子交换树脂提取活性污泥胞外聚合物
• 4.1 阳离子交换树脂概述
• 4.1.1 阳离子交换树脂的类型
• 4.1.2 阳离子交换树脂提取EPS 的原理与特点
• 4.2 树脂清洗与投加方式
• 4.2.1 树脂的清洗方法
• 4.2.2 树脂的投加方式
• 4.2.3 树脂法提取步骤
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 不同阳离子交换树脂提取效果的比较
• 4.3.2 液相环境对提取效果的影响
• 4.3.3 分离手段对提取效果的影响
• 4.3.4 树脂投加量对EPS 提取效果的影响
• 4.3.5 搅拌速率对EPS 提取效果的影响
• 4.3.6 搅拌时间对EPS 提取效果的影响
• 4.3.7 提取过程产生的细胞破损
• 4.3.8 提取方案的确定
• 4.4 小结
• 5 超声波—树脂法提取污泥胞外聚合物
• 5.1 提取方法与污泥样品
• 5.1.1 污泥样品来源
• 5.1.2 提取方法
• 5.2 试验方法及效果分析
• 5.2.1 超声提取法与树脂提取法
• 5.2.2 超声波法与树脂法联合提取EPS
• 5.2.3 超声波—树脂法与其他提取方法的比较
• 5.3 本章小结
• 6 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录