还原性硫源对生物沥滤污泥胞外聚合物的影响机制

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胞外聚合物(EPS)是污泥中重要组成成分之一,通过吸附污泥环境中的有机物及微生物生长代谢分泌物,形成具有高度亲水性的高分子聚合物。污泥EPS中存在着大量的结合水,是影响污泥脱水的关键因素。生物沥滤可以通过嗜酸性硫杆菌酸化/氧化等生化反应改善污泥脱水性能,还原性硫源作为嗜酸性硫杆菌主要能源物质之一,直接影响微生物生化反应。为此,本文采用生物沥滤法处理污泥深度脱水,研究不同类型硫源供给下,生物沥滤过程中污泥EPS结构、组分的迁移/转化规律,探究硫源对污泥EPS的影响机制。分别以单一硫源(2g/L)及复合硫源(2g/L硫源+6g/L亚铁源)为能源物质,在水温28℃,转速180 r/min、接种物投加量为10%(V/V)的条件下进行生物沥滤试验。结果表明:(1)投加S0、Na2S2O3后,污泥p H值分别由初始的5.8、6.49在60h、36h下降到最低值的2.99、2.88,Na2S2O3组污泥p H值下降率及酸化速度优于同样条件下投加S0。同样条件下,投加Na2S2O3+Fe SO4、Na2S2O3+Fe Cl2的污泥p H值可降至2.01、1.97,较Na2S2O3处理,复合硫源组污泥酸化效率提升,特别是Na2S2O3+Fe SO4组。(2)投加S0、Na2S2O3后,污泥SO42-浓度分别在60h、36h达到最大增幅,分别为1278.23 mg/L、2337.95 mg/L。Na2S2O3组污泥硫氧化程度优于同样条件下投加S0。投加复合能源物质后,污泥SO42-浓度同时在24h达到最大增幅,分别为2452.35 mg/L、831.46mg/L,较Na2S2O3处理,Na2S2O3+Fe SO4组污泥还原性硫氧化率提高,而Na2S2O3+Fe Cl2组降低。(3)不同硫源供给下,TB-EPS比例最高(69.96%~94.83%),其次是S-EPS(3.22%~28.98%)。与单一硫源相比,复合硫源会促使TB-EPS向S-EPS转移。特别是Na2S2O3+Fe SO4组,TB-EPS占比降低了18%,迁移更为明显。(4)在TB-EPS、S-EPS、LB-EPS中PN比例(56.85%~98.32%)均为最高,其次是PS(13.32%~63.23%)。三维荧光光谱显示,生物沥滤过程中污泥EPS主要出现了类蛋白、色氨酸类、多糖、多环芳烃聚类腐殖酸、羧酸类腐殖酸类物质五个荧光峰,其中表征PN的类蛋白、色氨酸类两个峰荧光强度最高。(5)经过生物沥滤处理后,S0、Na2S2O3组污泥SRF分别由3.00×1012 m/kg、4.20×1012m/kg下降到最低值的1.56×1012 m/kg、1.55×1012 m/kg,Na2S2O3组污泥已经由难脱水转变为中等难度脱水,而S0组污泥虽然仍为中等难度脱水,但已非常接近易脱水性质;投加Na2S2O3+Fe SO4处理后,污泥SRF降至9.42×1011 m/kg,转变为易脱水性质,而Na2S2O3+Fe Cl2组处理后,污泥SRF降至1.05×1012 m/kg,脱水难度与S0组相当。相对而言,Na2S2O3+Fe SO4作为能源物质对改善污泥脱水性能更为显著。(6)皮尔逊相关性分析结果表明:TB-EPS中PN、PS与SRF高度正相关;S-EPS中PN与SRF高度正相关,PS与SRF高度负相关;LB-EPS中PS与SRF高度负相关;DNA与SRF相关性均不显著。泥脱水性能有利,投加Na2S2O3+Fe SO4对污泥S-EPS和TB-EPS降解更有利。
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