屠宰废水制备微生物絮凝剂及改善污泥脱水性能的研究

中国环境科学 2017,37(7)：2615~2622 China Environmental Science 屠宰废水制备微生物絮凝剂及改善污泥脱水性能的研究郭俊元*,周心甜(成都信息工程大学资源环境学院,四川成都 610225)
摘要：选取红平红球菌利用屠宰废水生产微生物絮凝剂,以化学调理剂为对比,研究了微生物絮凝剂作用于污泥的脱水效果,并通过响应面分析法(RSM),对聚合氯化铝(PAC)与红平红球菌生产的微生物絮凝剂复配改善污泥脱水性能的过程进行了优化.结果表明,在最佳投加量12g/(kg DS)和pH值7.5条件下,经过微生物絮凝剂调理后,干污泥含量(DS)和污泥比阻(SRF)分别达到19.8%和4.6×1012m/kg,明显优于Al3(SO4)2和FeCl3作为调理剂时的污泥脱水效果,略劣于PAC和PAM,其中PAC作为污泥调理剂时,DS和SRF分别达到20.1%和4.5×1012m/kg.响应面实验设定的响应值分别为DS和SRF,所拟合的关于DS和SRF的二次模型决定系数(R2)分别为0.9545和0.9776,表明拟合情况良好.根据响应值的分布情况,确定污泥脱水的最佳条件为微生物絮凝剂10.5g/(kg DS)、PAC 12.4g/(kg DS)、pH值7.5,相应DS和SRF分别为24.1%和3.0×1012m/kg.实际工程中,污泥脱水过程的pH值往往不进行调节,在保持原污泥pH值6.4条件下,DS和SRF分别为23.6%和3.2×1012m/kg,污泥脱水效果较单独采用微生物絮凝剂或PAC时得到了明显的提高.
关键词：微生物絮凝剂；聚合氯化铝；污泥脱水；响应面分析
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2017)07-2615-08
Production of a bioflocculant by using slaughter wastewater and its performance in the improvement of sludge dewatering. GUO Jun-yuan∗, ZHOU Xin-tian (College of Resources and Environment, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China). China Environmental Science, 2017,37(7)：2615~2622
Abstract：Rhodococcus erythropolis was selected to produce bioflocculant by using slaughter wastewater and the bioflocculant was applied to improve the sludge dewaterability by compared with chemical conditioners. And then, response surface methodology (RSM) was employed to optimize the process of sludge dewatering by the complex of PAC and bioflocculant. Results showed that the bioflocculant showed good performances in sludge dewatering, after conditioned by this bioflocculant with its optimal dose of 12g/(kg DS) and pH value of 7.5, DS and SRF reached 19.8% and 4.6×1012m/kg, respectively, which were much better than the ones obtained with Al3(SO4)2 and FeCl3, but poorer than PAC and PAM. When PAC was used as conditioner, DS and SRF was appeared as 20.1% and 4.5×1012m/kg, respectively. DS and SRF were settled as the target responses in the experiments designed by RSM. As the determination coefficients (R2) of 0.9545 and 0.9776, the two quadratic models could agree with experimental data well. Results showed that the optimal conditions for sludge dewatering were bioflocculant dose of 10.5g/(kg DS), PAC dose of 12.4g/(kg DS), and pH value of 7.5, under this optimal condition, DS and SRF appeared as 24.1% and 3.0×1012m/kg, respectively. From a practical standpoint, without pH adjustment, DS and SRF were 23.6% and 3.2×1012m/kg, respectively. The above results were better than the alone using of bioflocculant or PAC in sludge dewatering.
Key words：bioflocculant；PAC；sludge dewatering；response surface methodology (RSM)
污水处理过程产生的大量污泥造成了严重的环境污染,开发高效的污泥处理技术,提高污泥脱水性能,或对污泥进行资源利用,是实现社会效益和环保效益的有效途径.絮凝技术是污水处理厂调理污泥的主要技术之一,微生物絮凝剂是一种高效、易生物降解的絮凝剂,具备替代化学调理剂用于污泥调理的潜力,微生物絮凝剂的开发与应用是目前国内外重点研究的课题[1-2].制备成本高是限制微生物絮凝剂在实际工程中广泛使用的主要因素,利用富含有机质的废弃物制备
收稿日期：2016-12-08
基金项目：国家自然科学基金资助(51508043);四川省科技计划项目(2016JY0015);四川省教育厅科研项目资助(15ZB0178);成都市科技局科技惠民技术研发项目(2015-HM01-00149-SF);成都信息工程大学中青年学术带头人科研人才基金资助(J201515)
* 责任作者, 副教授, gjy@
2616 中国环境科学 37卷
微生物絮凝剂,是降低制备成本的可行途径[3-5].本文作者曾利用富含有机质的猪场粪污和水稻秸秆酸解液为原料制备微生物絮凝剂,初步探索了微生物絮凝剂在污泥脱水中的性能[6-7].鉴于屠宰废水中含有较高浓度的有机质和氨氮,本研究拟探索屠宰废水制备微生物絮凝剂的可行性.
Yang等[8]报道,微生物絮凝剂与无机或有机高分子絮凝剂配合使用,可以提高废水处理效果,并减少无机或有机高分子絮凝剂的使用量,降低二次污染.响应面分析法是利用统计学的实验技术解决复杂系统输入(变量)与输出(响应)之间关系的一种方法,以试验测量、经验公式和数值分析为基础,不仅能够科学合理的设计实验,寻找最佳的水平因素组合,而且还能够在整个设计区域上拟合出明确的因素与响应值之间的函数表达式,优化出最理想的实验参数.本文作者曾研究了微生物絮凝剂与改性沸石复配处理猪场废水的性能,结果表明,废水中COD和氨氮去除率分别达到87.9%和86.9%,远高于单独使用生物絮凝剂或改性沸石的处理效果[9].
本研究以化学调理剂为对比,通过检测污泥脱水过程中干污泥含量(DS)和污泥比阻(SRF)的变化规律,考察利用屠宰废水制备的微生物絮凝剂在污泥脱水中的性能,在此基础上,运用响应面优化法(RSM)设计实验,拟合以DS和SRF为响应值的复配絮凝模型,考察微生物絮凝剂与PAC 复配改善污泥脱水性能的效果.本研究的特色之处就是运用RSM设计实验,寻找微生物絮凝剂和PAC复配改善污泥脱水性能的最佳水平因素组合,通过拟合出明确的因素与响应值之间的函数表达式,优化出理想的实验参数,以最大程度地改善污泥脱水性能.
1材料与方法
1.1实验材料
1.1.1菌株来源及微生物絮凝剂制备 实验所用菌株为红平红球菌,保藏于中国典型微生物保藏中心,菌株保藏号为No.10543.微生物絮凝剂是利用屠宰废水为原料发酵制备的.屠宰废水取自四川省成都市双流区九江肉类加工厂,COD、总磷、氨氮浓度分别为1733、27、180mg/L,废
水pH值为6.5.屠宰废水发酵培养基的成分为:1L
屠宰废水、3g蛋白胨、3g K2HPO4、1.5g KH2PO4、
0.2g MgSO4、0.1g N aCl.将菌株接种至121℃灭
菌处理30min的屠宰废水发酵培养基中(150mL),
于发酵温度35℃,摇床速度150r/min下发酵得到
发酵液,微生物絮凝剂从发酵液中提取,提取方法
采用本文作者前期的研究方法[9].1L上述发酵液
中可提取2.8g微生物絮凝剂,主要成分是多糖类
物质,其中含中性糖45.2%、糖醛酸5.9%、氨基
糖4.1%,该微生物絮凝剂分子量为3.79×105Da,
分子链上有羟基、羧基等极性基团.较高的分子
量和大量的极性基团,可以提供更多的“结合位
点”、更高的絮凝活性、以及更强的范德华力,
能够通过吸附或范德华力或桥接机制,促进废水
胶体颗粒的絮凝.
1.1.2PAC 实验所用PAC(分析纯,天津恒兴
化学试剂制造公司),为淡黄色固体,氧化铝含量
20%~40%.PAC是污水处理厂常用的污泥脱水调
理剂,具有污泥处理效果好、成本较低等优点,但
其长期使用会导致污泥中重金属富集.
1.1.3实验污泥实验污泥取自四川省团结污
水处理厂二沉池,干污泥含量、污泥比阻、污泥
pH值分别为12.6%、11.3×1012m/kg、6.4.
1.2实验方法
1.2.1 污泥脱水实验在100mL污泥中分别投
加微生物絮凝剂或PAC,200r/min条件下搅拌
10min,静置30min,过滤后,采用抽滤装置抽真空,
调节真空压力为0.04MPa,每隔15s记录滤液量.
污泥比阻(SRF)与干污泥含量(DS)计算公式分别
如下:
()m
2
+
d
=
d
cV AR
t
V A P
μα
(1)
2
1
DS=100%
W
W
× (2) 式中:V是滤液体积,m3;μ是滤液粘度,Ns/m2;A是
过滤面积,m2;t是过滤时间,s;P是过滤压力, N/m2;
c是单位体积滤液所得滤饼干重,kg/m3;α是污泥
比阻SRF,m/kg;R m是过滤开始时单位过滤面积
上过滤介质的阻力,m/m2.W1和W2分别是干燥前
7期 郭俊元等：屠宰废水制备微生物絮凝剂及改善污泥脱水性能的研究 2617
后泥饼的重量,g.
1.2.2 微生物絮凝剂与PAC 复配的响应面优化 采用中心复合设计的二阶模型对变量的响应行为进行表征,3个变量分别为微生物絮凝剂量(x 1)、PAC 量(x 2)、污泥pH 值(x 3),响应值(y )为DS 和SRF.中心复合设计的二阶模型为:
2011
m m m
i i i j i j ii i i i j i y x x x x ββββ=<==+++∑∑∑ (3)
式中:x i 与x j 为相互独立的影响因子;β0是偏移项;βi 表示X i 的线性效应;βii 表示X i 的二次效应;βij 表示x i 与x j 之间的交互作用效应.采用Design - expert8.0.5设计实验,如表1所示.
表1 中心复合设计
Table 1 Coded levels for variables framed by Central
Composite Design 因素编码水平
因素实际值 编码
-1 0 1 微生物絮凝剂 [g/(kg DS)] x 1 6 12 18
PAC [g/(kg DS)] x 2 10 15 20
pH 值 x 3 5.5 7.5 9.5
表2 方差分析 Table 2 ANOV A results for the four responses
项目 F -value Prob > F P -value
R 2 AP 模型 23.31 < 0.0001 DS LOF 0.0010 0.9545
14.065 模型 48.55 < 0.0001
SRF
LOF 0.0057 0.9776
18.054
表3 显著性分析
Table 3 Significance of quadratic model coefficient of the
two responses
项目
变量 Pro b > F x 3 0.0453 x 1x 3 0.0117 x 12 0.0011 DS (%)
x 22 < 0.0001
x 3 0.0461
x 1x 2 0.0003
x 1x 3 0.0019
x 12 0.0043 SRF (1012m/kg)
x 22
< 0.0001
2 结果与讨论
2.1 微生物絮凝剂对污泥脱水性能的影响
微生物絮凝剂作为絮凝体系的主体,其投加量直接影响最终的絮凝效果[6,10].在实际工程中,从经济节约角度考虑,污泥脱水过程通常不进行
pH 的调节.由图1可知,在保持原污泥pH 值不变
的前提下,随着污泥中微生物絮凝剂的投加量增加至12g/(kg DS)的过程中,污泥中DS 含量较原污泥增加了54.8%,污泥比阻SRF 相应降低了57.5%,表明经过微生物絮凝剂絮凝处理,污泥的
脱水性能得到显著改善.微生物絮凝剂具有吸附和降解的性能,且分子链上含有功能基团,这为污泥颗粒及污泥细胞中的有机物质提供了必要的“结合位点”和较强的范德华力,从而在污泥中形成紧凑的絮凝物质,更容易沉降,提高了污泥的脱
水效率[11-12].然而,过量的微生物絮凝剂反而会降低污泥的脱水效率,这是因为:只有围绕在絮凝
剂周围的胶体颗粒被快速絮凝沉降,而大部分胶
体颗粒往往很容易被过量的絮凝剂高分子覆盖,破坏了沉淀胶体的稳定,导致已经絮凝的胶体颗粒脱稳,进而达到一种新的相互排斥的电荷平
衡[13-14]
.
3
691215 18
15
304560微生物絮凝剂投加量(g/kg DS)
D S 的增加幅度(%)
15
30
45
60
S R F 的降低幅度(%)
图1 微生物絮凝剂对污泥脱水的影响
Fig.1 Bioflocculant dose on the sludge dewatering
2.2 化学混凝剂对污泥脱水性能的影响
图2~图5表明,Al 3(SO 4)2、FeCl 3单独作用于污泥的最佳pH 值是5.5~7.5,PAC 、PAM 单独作用于污泥的最佳pH 值是5.5~9.5,在各自最佳pH
2618 中 国 环 境 科 学 37卷
值范围内,Al 3(SO 4)2、FeCl 3、PAC 、PAM 均显著提高了污泥的脱水效果.以PAC 为例,在pH= 5.5~9.5的范围内,PAC 能够体现较好的提高污泥脱水效率的性能,尤其当污泥pH 值为7.5时,经过
15g/(kg DS)的PAC 处理后,污泥DS 和SRF 分别
达到20.1%和4.5×1012m/kg,与原污泥的12.6%和
11.3×1012m/kg 相比,污泥脱水效果有了显著的提升.由此可见,适量的PAC 能够通过网捕作用聚
集悬浮污泥颗粒,或通过改变污泥颗粒表面的电
荷,促进污泥沉降.
8
D S (%)
污泥pH 值
图2 FeCl 3投加量与pH 值对污泥脱水的影响 Fig.2 Optimization studies performed for pH and FeCl 3
dose
3 4 5 6 7
8
9
10 111213
8
D S (%)
污泥pH 值
图3 Al 2(SO 4)3投加量与pH 值对污泥脱水的影响 Fig.3 Optimization studies performed for pH and
Al 2(SO 4)3 dose
表4为微生物絮凝剂与Al 3(SO 4)2、FeCl 3、
PAC 、PAM 用作污泥调理剂时,各自在最佳投加
量和pH 值条件下的污泥脱水效果,结果显示,微生物絮凝剂对污泥的脱水效果明显优于Al 3(SO 4)2、FeCl 3,略劣于PAC 和PAM.
3456
789 10 11 12 13
10
12
14
16
182022
D S (%)
污泥pH 值
图4 P AC 投加量与pH 值对污泥脱水的影响
Fig.4 Optimization studies performed for pH and PAC
dose
3
4
56
7
8
9 10 11 12 13
10
1214161820
22D S (%)
污泥pH 值
图5 P AM 投加量与pH 值对污泥脱水的影响
Fig.5 Optimization studies performed for pH and PAM
dose
表4 微生物絮凝剂与化学絮凝剂用作污泥脱水的效果
对比
Table 4 Results of sludge dewatering with different
flocculants
调理剂
最佳投加量[g/(kg DS)]
最佳pH 值 DS(%)
SRF (1012m/kg)
FeCl 3 30 6.5 17.6 6.8 Al 2(SO 4)3 30 6.5 17.8 6.7 PAC 15 7.5 20.1 4.5 PAM 6 7.5 21.5 4.1 微生物絮凝剂
12 7.5 19.8 4.6
7期 郭俊元等：屠宰废水制备微生物絮凝剂及改善污泥脱水性能的研究 2619
2.3 微生物絮凝剂与PAC 复配的响应面优化
鉴于PAM 水解后的丙烯酰胺单体具有致癌性和强烈的神经毒性,本实验采用微生物絮凝剂与PAC 复配用于污泥脱水,采用响应面优化法(RSM)设计实验,并分别拟合以DS 和SRF 为响应值的絮凝模型.
2.3.1 响应值为DS 的实验结果 以DS 为响应值建立的二次回归模型如式(4)所示.方差分析结
果(表2)显示:P <0.0001<0.05,F statistic =23.31>2.57,
表明模型显著.失拟项F -试验结果显示,失拟项概率P =0.0010<0.05,说明模型能够很好地与数据拟合,且在假定模型中存在的未能解释的系统变化性仅有0.1%,这可能归于模型中准确的自变量平行重复值提供了纯误差的评估.决定系数R 2为0.9545,说明预测模型和试验数据之间形成良好的一致性.精确度AP=14.065>4,表示所有的预测模型均在由CCD 所设定的设计空间内[15].
11231213232
22
123
23.57 1.430.16 1.161.19 2.040.562.23 3.36 5.89y x x x x x x x x x x x x =+++−+−−−− (4) 将以编码值为变量的DS 二次模型系数进行显著性检验(P <0.05为显著),结果如表3所示,pH 值是一次项中的显著因素,表明在偏中性环境中,悬浮污泥更容易被微生物絮凝剂聚合成为大颗粒絮凝物,有助于脱水.pH 值在絮凝过程中的决定性作用已被作者以前的研究所证实[7],主要是由于pH 值对污泥颗粒的表面电荷和微生物絮凝剂的形态结构及性能有着较大的影响.微生物絮凝剂和PAC 用量是二次项中的显著因素,适量的微生物絮凝剂能够通过吸附架桥作用聚集悬浮污泥颗粒,或通过改变污泥颗粒表面的电荷,从而促进污泥的沉降,微生物絮凝剂投加量较小时,不能形成有效的絮体,或者形成的絮体粒径太小,微生物絮凝剂对胶体颗粒的网捕卷扫作用、吸附架桥作用也未能充分发挥;过量的微生物絮凝剂则会因静电斥力而抑制絮体的增长,被微生物絮凝剂覆盖的污泥颗粒中的水分子依然存在于颗粒内部,从而无法实现改善污泥脱水的目的.PAC 亦然,过量的PAC 能够破坏沉淀胶体的稳定,从而使得悬浮污泥难以沉降[7].
在交互项中,微生物絮凝剂与pH 值具有显著性,结果见图6.图6反映了PAC 用量处于中心水平时,微生物絮凝剂与pH 值交互作用对DS 的影响,图像明显反应出絮凝作用的实现对于中性和弱碱性环境的依赖,曲面预测当pH 值在
7.0~8.0范围时,微生物絮凝剂能够以远低于中心值的投加量取得最好的污泥脱水效果[16].
微生物絮凝剂 pH 值D S (%)
图6 微生物絮凝剂与污泥pH 值对DS 交互影响
的响应面
Fig.6 Surface graphs of DS showing variable effect of
bioflocculant dose and pH value of the sludge
2.3.2 响应值为SRF 的实验结果 以SRF 为响应值建立的二次回归模型如式(5)所示.方差分析结果(表2)显示:P <0.0001<0.05, F statistic =48.55> 2.57,表明模型显著.失拟项F -试验结果显示,失拟项概率P =0.0057<0.05,说明模型能够很好地与数据拟合,且在假定模型中存在的未能解释的系统变化性仅有0.57%,这可能归于模型中准确的自变量平行重复值提供了纯误差的评估.决定系数R 2为0.9776,说明预测模型和试验数据之间形成了良好的一致性.精确度AP=18.054>4,表示所有的预测模型均在由CCD 所设定的设计空间内[15].
2123121323222
1233.150.160.120.0470.190.140.160.110.270.51y x x x x x x x x x x x =−−−+
−++
++ (5) 将以编码值为变量的SRF 二次模型系数进
行显著性检验(P <0.05为显著),结果如表3所示,
2620 中 国 环 境 科 学 37卷
pH 值是一次项中的显著因素,微生物絮凝剂和PAC 用量是二次项中的显著因素.在交互项中,微生物絮凝剂与pH 值、微生物絮凝剂与PAC 用量具有显著性,结果见图7和8.
S R F (101
2m /k g )
pH 值
微生物絮凝剂
图7 微生物絮凝剂与污泥pH 值对SRF 交互影响
的响应面
Fig.7 Surface graphs of SRF showing variable effect of
bioflocculant dose and pH value of the sludge
微生物絮凝剂
PAC S R F (101
2m /k g )
图8 微生物絮凝剂与PAC 对SRF 交互影响的响应面
Fig.8 Surface graphs of SRF showing variable effect of bioflocculant and PAC doses
图7反映了PAC 用量处于中心水平时,微生物絮凝剂与pH 值交互作用对SRF 的影响.图像明显反应出絮凝作用的实现对于中性和弱碱性环境的依赖.图8曲面的变化趋势和底部等高线的密集程度可以看出,在其他因素均处于中心水平时,随着微生物絮凝剂和PAC 用量的增加,SRF 不断减小,低PAC 情况下SRF 的减小速率略比高PAC 用量情况下的明显.一方面,微生物絮凝剂使悬浮污泥颗粒絮凝,提高了污泥颗粒密度,明显促进了污泥沉降;另一方面,PAC 用量的增加扩大了
粒径相对较小的絮体在整个絮体粒径分布的宽度,过量的PAC 会导致污泥脱水性能的变差[13].
2.3.3 最佳絮凝条件的确定 设定DS 和SRF 的目标值分别为100%和0,即污泥经过微生物絮凝剂与PAC 联合处理后,其含水率为0,含固率为100%,借助Design -expert8.0.5,响应面分析法在设计空间(表1)中构造SRF 和DS 的全局逼近,确定污泥脱水的最佳条件为微生物絮凝剂10.5g/(kg DS),PAC 12.4g/(kg DS),pH=7.5.最佳絮凝条件下,DS 和SRF 分别为24.1%和3.0×1012m/ kg.污泥脱水的实际工程中,其pH 值一般不经过酸碱调节的,因此,在上述最佳条件下,保持污泥
pH=6.4时,拟合结果显示,DS 和SRF 分别为
23.6%和3.2×1012m/kg.本研究考察了最佳污泥脱
水条件下,实际污泥脱水过程中的DS 和SRF 值,
实验结果显示,按照1.2.1方法,经过微生物絮凝剂和PAC 复配处理后,DS 和SRF 分别为23.9%和3.1×1012m/kg.若不调节污泥pH 值,即保持原污泥pH=6.4不变,按照1.2.1方法,经过微生物絮凝剂和PAC 复配处理后,DS 和SRF 分别为22.4%和3.4×1012m/kg.上述结果均体现出污泥脱水性能的大幅提升.
上述实验结果证实了微生物絮凝剂和PAC 复配用于污泥脱水,可以显著提高污泥的脱水性能.基于电中和原理,适量的PAC 可以中和污泥
颗粒表面的部分负电荷,从而减小污泥颗粒之间
的静电斥力,如此使得污泥颗粒积聚成更稳定的颗粒物[17]
.本实验制备的微生物絮凝剂具有较高
的分子量(3.79×105Da)和大量的极性基团,可以提供更多的“结合位点”、更高的絮凝活性、以及
更强的范德华力,因此能够通过吸附或范德华力或桥接机制,将上述稳定的颗粒物吸附于微生物絮凝剂分子链上,颗粒物可以同时被多条微生物絮凝剂分子链吸附,而一条微生物絮凝剂分子链也可以同时吸附多个颗粒物,如此导致三维絮凝
物的形成,易于沉降,即污泥脱水效果更好[4]
. 2.4 污泥中EPS 的变化与污泥脱水机理
7期 郭俊元等：屠宰废水制备微生物絮凝剂及改善污泥脱水性能的研究 2621
污泥中胞外聚合物(EPS)主要含蛋白质和多糖成分[18].微生物絮凝剂和PAC 对污泥中EPS 含量的影响如图9~10所示.由图9可以看出,随着微生物絮凝剂或PAC 用量的增大,污泥上清液中多糖、蛋白质、EPS 均体现出下降趋势,EPS 含量的下降趋势尤为显著,这说明经过微生物絮凝剂或PAC 调理后,污泥絮体结构得到了改善,EPS 中包裹的部分水分释放出来,即污泥的脱水性能得到改善.
3 6 91215 1840
80
E P S 各组分含量(µg /g V S S
)
微生物絮凝剂投加量(g/kg DS)
5 10 15
20 25
40
80 120 160 200 240
E P S 各组分含量(µg /g V S S )
PAC 投加量(g/kg DS)
图9 微生物絮凝剂(a)与PAC(b)对污泥中EPS 含量的影响 Fig.9 Effects of bioflocculant (a) and PAC (b) on the EPS
contents of the sludge
污泥中的EPS 可分为紧密黏附的EPS 和松
散附着的EPS 两大类[19],由图10可以看出,随着微生物絮凝剂或PAC 用量的增大,污泥中紧密黏附的EPS 下降趋势显著,而松散附着的EPS 下降趋势并不明显.以12g/(kg DS)微生物絮凝剂投加量为例,经过调理后,紧密黏附的EPS 含量由162 µg/gVSS 降低至108 µg/gVSS,而松散附着的EPS 仅由52 µg/gVSS
降低至42µg/gVSS,说明微生物
絮凝剂和PAC 用于污泥调理主要是通过降低紧密黏附的EPS 实现的.在RSM 拟合得到的最佳污泥脱水条件下,污泥中的EPS 、紧密黏附的EPS 、松散附着的EPS 分别降低至125、97、39µg/gVSS.
30
6090120150
180E P S 各组分含量(µg /g V S S )
微生物絮凝剂投加量(g/kg DS)
5
10
15 20 25
30
6090120150180E P S 各组分含量(µg /g V S S )
PAC 投加量(g/kg DS)
图10 微生物絮凝剂(a)与PAC(b)对污泥中EPS 组成的
影响
Fig.10 Effects of bioflocculant (a) and PAC (b) on the
EPS compositions of the sludge
3 结论
3.1 对于DS 具有显著性影响的一次项为pH 值;二次项为微生物絮凝剂和PAC 量;交互项为微生物絮凝剂量与pH 值.说明pH 值、微生物絮凝剂和PAC 量对于促进污泥脱水均具有决定作用.偏中性环境中,悬浮污泥更容易被微生物絮凝剂聚合成为大颗粒絮凝物,有助于脱水.适量的微生物絮凝剂能够通过吸附架桥作用聚集悬浮污泥颗粒,或通过改变污泥颗粒表面的电荷,从而促进污泥的沉降.
2622 中国环境科学 37卷
3.2 对于SRF具有显著性影响的一次项为pH 值;二次项为微生物絮凝剂和PAC量;交互项为微生物絮凝剂量与pH值、微生物絮凝剂与PAC 量.随着微生物絮凝剂和PAC用量的增加;SRF不断减小;低PAC情况下SRF的减小速率略比高PAC用量情况下的明显.
3.3 本实验中污泥脱水的最佳条件为微生物絮凝剂10.5g/(kg DS),PAC 12.4g/(kg DS),pH=7.5,相应DS和SRF分别为2
4.1%和3.0×1012m/kg.在保持原污泥pH值为6.4的情况下,相应DS和SRF 分别为23.6%和3.2×1012m/kg.基于电中和作用和吸附架桥作用,微生物絮凝剂和PAC复配用于污泥脱水,显著提高了污泥的脱水性能.
3.4 经过微生物絮凝剂和PAC调理后,污泥絮体结构得到了改善,EPS中包裹的部分水分释放出来,也即污泥的脱水性能得到改善.微生物絮凝剂和PAC用于污泥调理主要是通过降低紧密黏附的EPS实现的.
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作者简介：郭俊元(1985-),男,山西忻州人,副教授,博士,主要从事环境微生物技术与废水资源化处理技术研究.发表论文20余篇.。