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废水处理过程中溶解性微生物产物的特性研究

作　者: 徐娟
导　师: 盛国平
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 环境工程
关键词: 溶解性微生物产物响应曲面灰关联分析三维荧光荧光猝灭自加权交替三线性分析三氯生吸附
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

生物处理是目前废水处理的重要手段之一。微生物在降解废水基质的同时,会产生一类大分子物质—溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP),是运行良好的生物处理系统出水中残留的化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的主要组分,它的存在决定了系统对COD的去除效率,直接关系着出水能否达到排放标准。本论文系统研究了废水处理过程中SMP的形成规律及影响因素,深入探讨了SMP的螯合特性,探索了活性污泥及其胞外多聚物(Extracellular polymeric substances , EPS)对典型药物及个人护理品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)的吸附作用。主要研究内容和研究结果如下:1.应用响应曲面方法(response surface methodology,RSM)结合灰关联分析(grey relational analysis,GRA)研究进水底物浓度,氨氮浓度,温度和曝气速率对SMP生成的影响。研究结果表明:当在优化的操作条件下(碳源浓度654.8mgCOD/L,氨氮浓度23.9mg/L,温度13.7℃,曝气速率0.1m3/h),可以得到较小的SMP产出量为7.5mg/L。这四个因素对SMP产出的影响权重遵循:温度>碳源浓度>曝气速率>氨氮浓度。多糖是出水SMP的主要组成部分。2.用三维激发发射矩阵(Three-dimensional excitation-emission matrix,EEM)荧光猝灭结合自加权交替三线性分析(self-weighted alternating trilinear decomposition,SWATLD)研究了SMP与三种常见金属(Cu2+,Al3+,Fe3+)间的相互作用。结果表明:SMP中的蛋白和腐殖类物质对于这三种金属都有很强的络合作用,且对Cu2+>Al3+>Fe3+。相比较腐殖质,蛋白对这几种金属有更强的亲和性;SMP与金属的络合反应受溶液pH值影响明显。在偏中性条件下SMP的络合性能较强,而在过酸过碱条件下,均不利于络合反应的进行。离子强度对SMP的络合性能影响较为复杂,在不同的离子强度区域内产生不同的影响。3.从热力学和动力学角度研究了污泥絮体及其EPS对三氯生(Triclosan,TCS)的吸附作用,并初步探索了三氯生对微生物体系的影响。研究发现:活性污泥絮体对三氯生的吸附过程符合Lagergren动力学模型和Freundlich吸附模型;EPS通过疏水性作用吸附三氯生,属于物理吸附范畴;LB(Loosely bound)-EPS,TB(Tightly bound)-EPS与三氯生发生疏水性作用的基团有所不同,TB对于三氯生的结合能力略强于LB,结合作用受pH的影响不明显;三氯生在短时间内对微生物毒性不明显,一定程度上能够提高新陈代谢,同时会刺激微生物分泌更多的SMP。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-26
  1.1 SMP 的定义  11-13
  1.2 SMP 的来源  13-14
  1.3 SMP 的区分  14
  1.4 SMP 的特性  14-18
    1.4.1 SMP 分子量分布  14-16
    1.4.2 SMP 的螯合特性  16-17
    1.4.3 SMP 的可生物降解性  17
    1.4.4 SMP 的毒性  17-18
    1.4.5 SMP 对处理过程的影响  18
  1.5 影响 SMP 产生的过程参数  18-20
    1.5.1 进水强度，HRT，OLR 和SRT 对SMP 生成的影响  18-19
    1.5.2 底物类型对SMP 生成的影响  19
    1.5.3 污泥浓度对SMP 生成的影响  19
    1.5.4 温度对SMP 生成的影响  19-20
    1.5.5 反应器类型对SMP生成的影响  20
  1.6 SMP的模拟  20-22
  1.7 好氧 SMP 和厌氧 SMP  22
  1.8 SMP 的处理  22-23
  1.9 总结  23-24
  1.10 进一步研究的需要  24-26
第二章响应曲面（RSM）结合灰关联分析(GRA)研究 SMP 的生成  26-41
  2.1 引言  26-27
  2.2 材料和方法  27-30
    2.2.1 RSM 实验设计  27-28
    2.2.2 灰关联分析  28
    2.2.3 实验条件和分析方法  28-30
  2.3 结果和讨论  30-39
    2.3.1 RSM 分析  30-38
    2.3.2 验证实验和模型有效性分析  38
    2.3.3 影响SMP 产出的四个因素的权重分析  38-39
    2.3.4 SMP 组分分布  39
  2.4 小结  39-41
第三章三维荧光(EEM)结合自加权交替三线性(SWATLD)分析研究SMP 与金属间相互作用  41-54
  3.1 引言  41-42
  3.2 材料和方法  42-44
    3.2.1 取样和预处理  42
    3.2.2 实验设计  42-43
    3.2.3 EEM 荧光光谱  43
    3.2.4 络合模型  43-44
  3.3 结果和讨论  44-52
    3.3.1 SMP 的EEM 光谱  44-45
    3.3.2. Cu~(2+)，Fe~(3+)，Al~(3+)对SMP 的EEM 光谱影响  45-49
    3.3.3 pH 对于SMP 络合性能的影响  49-51
    3.3.4 离子强度对SMP 络合性能的影响  51-52
  3.4 小结  52-54
第四章活性污泥及其胞外多聚物对三氯生的吸附特性研究  54-67
  4.1 引言  54-56
  4.2 活性污泥吸附特性的研究  56-58
    4.2.1 材料和方法  56
    4.2.2 模型拟合  56-57
    4.2.3 结果和讨论  57-58
  4.3 EPS 吸附特性研究  58-63
    4.3.1 材料和方法  58-60
    4.3.2 结果和讨论  60-63
  4.4 三氯生的对活性污泥体系的冲击研究  63-65
    4.4.1 材料和方法  63
    4.4.2 结果与讨论  63-65
  4.5 小结  65-67
结论  67-68
附命名  68-70
参考文献  70-83
致谢  83-84
攻读硕士期间的学术论文  84

废水处理过程中溶解性微生物产物的特性研究

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