污水中好氧环境下细菌的凝聚机理及影响研究

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污泥的沉降性能对活性污泥法污水生物处理效果有着极大的影响。但目前对污水中的细菌是如何凝聚成絮体的尚认识不清。对于污水中游离的细菌凝聚成活性污泥絮体这一过程中细菌表面的理化性质及其作用机制缺乏细致的研究。本文从外界环境的角度出发,研究与细菌生长直接相关的营养物质中碳源的种类对污水中游离细菌的凝聚成絮的影响,分析以小分子有机物和大分子有机物为碳源时,细菌早期凝聚形成过程以及细菌表面理化性质变化的差异,同时联系胞外物质的分泌随细菌凝聚与环境条件的改变之间的关系,揭示细菌发生凝聚内在的具体原因,探讨了污水中游离细菌的早期凝聚机理。旨在更深入的了解污水中游离细菌凝聚成的机制。研究结果表明:(1)小分子碳源培养出的絮体污泥形态较小,均值粒径范围约在35~40μm之间,但比较密实,而大分子培养出的污泥絮体比小分子大,均值粒径范围约在50~60μm,且明显比较疏松;当碳源为大分子有机物时,游离细菌的凝聚速度更快。(2)由蛋白胨作为碳源培养活性污泥絮体的过程中的Zeta电位绝对值最低,平均值为-11.53±0.358 m V,且其中游离细菌最先发生凝聚行为,均值粒径最早趋于稳定。当以蛋白胨和可溶性淀粉作为碳源时,培养过程中的细菌平均接触角大于另外两种碳源,分别是45.25±4.41°和47.05±2.71°,说明以大分子有机物作为碳源会降低细菌表面的电位以及增大细菌表面的疏水性,从而促使细菌的聚集过程快于小分子碳源。(3)细菌EPS中PN/PS的变化改变了细菌表面的理化性质,进而影响到细菌之间的聚集。在细菌凝聚过程中,细菌EPS中PN/PS分别与细菌表面的Zeta电位的绝对值呈负相关,与细菌表面的接触角的大小呈正相关,并且Zeta电位与PN/PS关系比接触角更为密切。大分子有机物作为碳源时,细菌EPS中PN/PS的峰值出现更早,这导致细菌表面疏水性增加更快,细菌之间的静电斥力降低更快,因此以大分子有机物为碳源时,细菌之间相互碰撞时更易凝聚成团。(4)细菌EPS的三维荧光光谱(3D-EEM)分析结果显示,细菌EPS中主要有类酪氨酸和类色氨酸两种荧光成分,这两种物质都属于类蛋白的特征荧光峰,且酪氨酸和色氨酸都属于疏水性氨基酸。另外,对细菌EPS的傅里叶红外光谱(FTIR)分析结果显示,细菌在凝聚的过程中与胞外蛋白相关的N-H峰的吸光率有上升的趋势,使细菌表面疏水性逐渐升高,有利于凝聚行为的发生。另外,在波数为950~1120 cm-1之间属于苯环类,苯环本身具有疏水,且其吸光率也有所上升。通过对EPS定性的测量,细菌表面的疏水性基团及其浓度大小的增加是致使其发生凝聚行为的重要原因之一。(5)在以不同小分子有机物占比(10%、30%、50%、70%和90%)的复合碳源为基质的培养过程中,当小分子有机物占比为10%时,其凝聚过程与单纯以大分子有机物为碳源基本一致,而随着小分子有机物占比的增加,细菌的凝聚过程逐渐变慢,当小分子有机物占比为50%时,其浊度和均值粒径的关系与单独以小分子有机物为碳源时相似,当小分子有机物占比为90%时,细菌的凝聚过程与单纯以小分子有机物为碳源基本一致。
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