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影响好氧颗粒污泥形成与结构稳定的胞外多聚物关键组分研究

作 者: 戚韩英
导 师: 徐向阳
学 校: 浙江大学
专 业: 环境工程
关键词: 好氧颗粒污泥 胞外多聚物 提取方法 三维荧光光谱 傅里叶红外光谱
分类号: X703
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 171次
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内容摘要


好氧颗粒污泥是一类物理结构致密、沆降性能优异的生物聚集体,胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances, EPS)对其形成与结构稳定化具有重要作用。然而,目前污泥EPS提取与分析方法存在局限性,影响颗粒污泥主要成分EPS的组成含量分析,限制颗粒污泥形成机理的探析。论文比较研究了不同提取方法对生物聚集体EPS主要组分提取效率的影响;在此基础上,应用三维荧光光谱(3D-EEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)等先进技术研究好氧污泥颗粒化过程EPS组分变化,并结合不同形态结构的颗粒污泥EPS组分分析,初步揭示影响好氧颗粒污泥形成及结构稳定化的EPS关键组分。主要获得以下研究结论:1、鉴于目前污泥EPS提取方法存在不同组分提取效率差异大等问题,以普通絮体污泥、好氧颗粒污泥以及结构失稳的好氧颗粒污泥为研究对象,应用3D-EEM技术分析阳离子交换树脂法(CER)、硫化物法(Sulfide)、CER+Sulfide法、甲酰胺+NaOH法、加热法(Heat)五种常见提取方法对污泥EPS提取效率的影响。结果表明,实验选取的五种污泥EPS提取方法的破细胞程度均较小,其中甲酰胺+NaOH法、Heat法处理后的污泥EPS提取量远高于CER法、Sulfide法及CER+Sulfide法,表明甲酰胺+NaOH法、Heat法具有较高的EPS提取效率。3D-EEM分析进一步揭示,CER法、Sulfide法及CER+Sulfide法提取的污泥EPS组分较单一、不全面;甲酰胺+NaOH法虽具有最高的EPS提取效率,但不能有效提取污泥EPS中的芳香族类蛋白,不适于污泥EPS后续功能组分分析。相比而言,Heat法可全面提取污泥EPS中的三大类具有荧光特性的芳香族类蛋白、类富里酸、类胡敏酸,可作为较优的污泥EPS提取方法。2、应用3D-EEM技术研究处理模拟城镇污水好氧颗粒污泥反应器启动过程污泥EPS组分变化发现,颗粒化过程代表芳香族类蛋白的荧光特征峰PeakB、D和F (Ex/Em=220-230/358.5-364、280-290/360-368、230/308.5)的响应值逐渐增强,其中酪氨酸类蛋白(Peak F)在颗粒污泥中的高度富集揭示其在颗粒结构维持中的重要作用;代表类胡敏酸的荧光特征峰Peak C (Ex/Em=350-360/445.5-452.5)的响应值在污泥颗粒化过程中呈先增后减再稳定的趋势,结合有关文献分析其在污泥颗粒化过程中利于微生物聚集。结合FTIR分析发现,p-折叠蛋白(1650-1640cm-1)、天冬氨酸(1400cm-1)在污泥颗粒化过程大量存在,且其响应值变化趋势与PN含量变化基本一致;属芳香族类蛋白的酪氨酸(1517cm-1)亦在成熟颗粒内富集,印证了3D-EEM的分析结果;此外,吸收波段为1200-1000cm-1的多糖组分在污泥颗粒化过程发生显著的结构转变,结合有关文献认为不同结构多糖物质的转化影响污泥颗粒化,有关机理待进一步探析。3、研究不同形态结构的好氧颗粒污泥发现,相比稳态好氧颗粒,失稳颗粒污泥的PN, PS含量大幅增加,但芳香族类蛋白(Peak B、D)明显减少,证实芳香族类蛋白在颗粒污泥结构中具有重要作用;类胡敏酸(Peak C)响应值随颗粒污泥的失稳而增加,表明该组分的过量富集影响颗粒污泥稳定性。FTIR分析亦证实酪氨酸类蛋白(1517cm-1)的存在以及颗粒化过程多糖物质(1200-1000cm’)结构的转变对颗粒污泥形成与稳定化影响较大,揭示这两类物质是颗粒污泥EPS的关键组分。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-12
第一章 文献综述  12-24
  引言  12
  1.1 EPS组成及结构特性  12-13
  1.2 EPS对微生物聚集体形成的作用  13-16
    1.2.1 EPS对生物膜的影响  13-15
    1.2.2 EPS对好氧颗粒污泥的影响  15-16
  1.3 污泥EPS提取方法研究进展  16-19
    1.3.1 不同提取方法对EPS各组分提取效率的影响  16-18
    1.3.2 细胞破碎评判方法研究  18-19
  1.4 污泥EPS分析方法研究进展  19-21
    1.4.1 EPS组分浓度分析  19-20
    1.4.2 EPS原位表征分析  20
    1.4.3 EPS组分定性定量分析  20-21
  1.5 本课题研究意义与研究内容  21-23
    1.5.1 研究意义  21-22
    1.5.2 研究内容  22-23
  1.6 技术路线  23-24
第二章 不同提取方法的污泥胞外多聚物(EPS)提取差异分析  24-35
  引言  24
  2.1 材料与方法  24-26
    2.1.1 污泥来源  24-25
    2.1.2 测定项目及方法  25-26
  2.2 结果与讨论  26-34
    2.2.1 不同提取方法对污泥EPS组分含量的影响  26-27
    2.2.2 不同方法提取污泥EPS的3D-EEM分析  27-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章 好氧污泥颗粒化过程污泥EPS变化与主组分研究  35-43
  引言  35
  3.1 材料与方法  35-37
    3.1.1 反应器运行  35-36
    3.1.2 测定项目及方法  36-37
  3.2 结果与讨论  37-41
    3.2.1 颗粒化过程污泥EPS浓度变化  37
    3.2.2 颗粒化过程污泥EPS的3D-EEM分析  37-39
    3.2.3 颗粒化过程污泥EPS的FTIR分析  39-41
  3.3 本章小结  41-43
第四章 影响好氧颗粒污泥结构稳定的EPS关键组分研究  43-52
  引言  43
  4.1 材料与方法  43-45
    4.1.1 污泥来源  43-44
    4.1.2 测定项目及方法  44-45
  4.2 结果与讨论  45-51
    4.2.1 稳态和失稳好氧颗粒污泥EPS的PN和PS含量分析  45
    4.2.2 稳态和失稳好氧颗粒污泥EPS的3D-EEM分析  45-49
    4.2.3 稳态和失稳好氧颗粒污泥EPS的FTIR分析  49-51
  4.3 本章小结  51-52
第五章 结论与展望  52-54
  5.1 论文主要研究结论  52-53
  5.2 论文创新点  53
  5.3 论文不足与展望  53-54
参考文献  54-63
硕士期间发表论文  63

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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