论文部分内容阅读
强化生物除磷(EBPR)工艺已广泛应用于城市污水的处理,在该工艺中聚磷菌(PAOs)起到了关键作用。一些研究发现微生物胞外多聚物(EPS)吸附和磷酸盐沉淀也在磷的去除过程中起到一定的作用,但对其作用机制缺乏深入的认识。因此,本课题从微生物EPS中的磷和生物诱导磷酸盐沉淀两个角度来研究EBPR系统中磷去除的新机制。主要研究内容和研究结果如下：1.利用31P核磁共振光谱技术,比较了不同方法提取的EBPR污泥的EPS中胞外磷的含量和赋存形态。结果表明：EBPR污泥的EPS中存的磷约占污泥中总磷的7-10%；EPS中的磷主要以正磷、焦磷和聚磷三种形式存在；不同形态磷的含量受EPS提取方法的影响,且EPS提取过程中会发生聚磷的水解；阳离子交换树脂法适合于从EBPR污泥中提取EPS来研究胞外磷的特性。2.通过对反应器中厌氧-好氧典型运行周期过程中EBPR污泥的胞内和胞外磷的含量和赋存形态的变化规律的分析,探讨了EPS在生物除磷系统中的作用。通过EBPR反应器运行过程中污泥胞内磷和胞外磷的核磁共振光谱分析,发现胞内聚磷在厌氧段末平均链长降至约30,进入好氧阶段平均链长又恢复至约44,而EPS中的聚磷平均链长约为7-10；在好氧段末EPS中高的磷含量对EBPR反应器中的磷去除提供约5-9%的贡献,表明EPS在EBPR的除磷过程中发挥重要作用。在此基础上建立了反映EPS在生物除磷过程中关键作用的生化代谢模型。3.采用扫描电镜结合能谱、X射线衍射、X射线光电子能谱和磷的L边软X射线精细结构谱等技术对EBPR颗粒污泥内部磷酸盐沉淀进行了定性和定量表征,探索了EBPR颗粒污泥中生物诱导磷酸盐沉淀的过程及机制。结果表明磷酸盐沉淀可在颗粒污泥内部大量聚集,主要包括不同比例的无定形磷酸钙、羟基磷酸钙、磷酸氢钙和磷酸铵镁。根据磷酸盐在上清液中的过饱和指数,提出了颗粒污泥内可形成磷酸盐沉淀的阈值；发现镁离子强烈影响无定形磷酸钙的结晶化进程,从而影响磷酸盐沉淀过程；阐明了颗粒污泥体系内生物诱导磷酸盐沉淀过程的重要性；在进水钙离子浓度28 mg/L条件下,EBPR周期过程中至少15%的磷可归因于生物诱导磷酸盐沉淀过程,沉淀的磷占污泥中总磷的比例达到9.6%。研究结果说明生物诱导磷酸盐沉淀可成为有效的磷固定化和回收技术。4.探讨了钙离子对EBPR体系中PAOs代谢途径的影响,建立了钙离子诱导下的聚磷菌生化代谢途径转变机制。实验结果表明随着进水中钙离子浓度升高,Ca在胞外形成Ca-phosphate沉淀的趋势更加明显,同时也进入胞内大量合成惰性Ca-polyP,而系统中微生物种群基本未变化；厌氧段单位乙酸吸收的释磷量、糖原降解量和PHA合成量证实,进水中钙离子浓度升高可导致PAOs代谢方式由聚磷代谢向聚糖代谢方式转变。