基于XDLVO理論的污泥絮凝沉降性能影響因素研究.pdf

1、活性污泥法因其運(yùn)行方式靈活，工作效率高，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)成為目前應(yīng)用最廣泛的廢水生物處理工藝。通過(guò)重力作用進(jìn)行固液分離是活性污泥工藝中重要的處理單元，其中污泥絮凝沉降性能的好壞直接影響固液分離的效果?，F(xiàn)在對(duì)污泥絮凝沉降的控制大多根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)利用工藝條件直接對(duì)污泥沉淀效果進(jìn)行調(diào)節(jié)，而實(shí)際上工藝條件是通過(guò)影響微生物絮體的表面理化性質(zhì)間接影響污泥絮凝沉降性能的，目前對(duì)污泥的表面理化性質(zhì)及其作用機(jī)制的了解還不清楚，極大地限制了污泥沉淀分離效

2、果的進(jìn)一步提高。本研究利用“自養(yǎng)、異養(yǎng)和混合營(yíng)養(yǎng)反應(yīng)器啟動(dòng)和運(yùn)行-影響污泥絮凝沉降性能的表面理化特性分析污泥絮凝沉降關(guān)鍵影響因素—基于XDLVO理論探索關(guān)鍵影響因素的影響機(jī)制”的研究主線，對(duì)試驗(yàn)室培養(yǎng)的3種不同營(yíng)養(yǎng)類型污泥的絮凝沉降性能、表面理化性質(zhì)和微觀物質(zhì)組成進(jìn)行深入分析，找出了影響污泥絮凝沉降的關(guān)鍵因素。同時(shí)利用XDLVO理論，深入研究了3種營(yíng)養(yǎng)類型污泥絮體表面性質(zhì)影響絮凝沉降性能的機(jī)制，系統(tǒng)探討了污泥絮體胞外聚合物(EPS)對(duì)污

3、泥絮凝沉降的影響機(jī)制。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴通過(guò)試驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)自養(yǎng)污泥(R1)、異養(yǎng)污泥（R2）和混合營(yíng)養(yǎng)污泥(R3)，對(duì)污泥絮凝沉降性能、表面理化特性進(jìn)行長(zhǎng)期分析監(jiān)測(cè)，找出影響污泥絮凝沉降的關(guān)鍵控制因子。結(jié)果表明，R1污泥體積指數(shù)(SVI)最低，污泥絮凝沉降性能最好;R2污泥SVI值最高，污泥絮凝沉降性能最差;R3污泥SVI值大于R1小于R2，絮凝沉降性能優(yōu)于R2劣于R1。3種污泥絮體的Zeta電勢(shì)和相對(duì)疏水性存在明顯差異，

4、R1污泥表面負(fù)電荷最小，相對(duì)疏水性最好;R2污泥表面負(fù)電荷最高，相對(duì)疏水性最低;R3污泥表面負(fù)電荷和相對(duì)疏水性均介于R1和R2之間;該結(jié)果表明污泥絮體表面Zeta電勢(shì)和相對(duì)疏水性是造成本研究中3種污泥絮凝沉降性能差異的最重要表面理化性質(zhì)。對(duì)3種污泥絮體胞外聚合物(EPS)的含量和組成分析，結(jié)果表明污泥表面EPS總量、多糖含量及腐殖酸含量與污泥表面Zeta電勢(shì)及相對(duì)疏水性之間無(wú)顯著關(guān)聯(lián)，而污泥EPS中的蛋白含量是造成3種污泥表面Zeta電

5、勢(shì)和相對(duì)疏水性差異的微觀原因，這是因?yàn)榈鞍着c陽(yáng)離子的結(jié)合會(huì)減少污泥表面的負(fù)電荷，同時(shí)還會(huì)增強(qiáng)污泥表面的相對(duì)疏水性，從而降低污泥之間的排斥作用，促進(jìn)絮體聚集，進(jìn)而影響污泥絮凝沉降性能。
　?、仆ㄟ^(guò)對(duì)不同Na+、Mg2+離子強(qiáng)度下3種污泥絮凝沉降性能的觀察，發(fā)現(xiàn)R1污泥由于自身結(jié)構(gòu)較密實(shí)，絮凝沉降性能極好，導(dǎo)致離子強(qiáng)度對(duì)其影響不明顯，R2污泥和R3污泥的SVI值并不都是隨著離子強(qiáng)度的增加而增加，而是有一極值，在超過(guò)這一極值后，由于“鹽

6、析”作用和離子交換作用，反而導(dǎo)致污泥絮凝沉降性能急劇惡化;同時(shí)還發(fā)現(xiàn)二價(jià)金屬離子Mg2+的加入可以有效的提高污泥絮體的絮凝沉降性能。通過(guò)耦合了表面熱力學(xué)的XDLVO理論分析，發(fā)現(xiàn)造成R2和R3污泥在低離子強(qiáng)度下絮凝沉降性能差異的主要原因?yàn)?同種污泥在不同離子強(qiáng)度下具有不同的Zeta電勢(shì)及擴(kuò)散雙電子層厚度，從而導(dǎo)致的靜電排斥項(xiàng)(WR)的差異。對(duì)3種營(yíng)養(yǎng)類型污泥絮凝沉降性能差異的XDLVO理論解析結(jié)果表明: R1污泥絮凝沉降性能最好的原因是

7、具有最大的有效Hamaker常數(shù)(ABLB)、負(fù)的lewis酸堿水合作用（△GABBL）和最小的Zeta電勢(shì)絕對(duì)值;R2污泥絮凝沉降性能最差的原因是:最小的ABLB、正的△GABBL值和最大的Zeta電勢(shì)絕對(duì)值;R3污泥絮凝沉降性能居中的原因是:處于R1、R2之間的ABLB值、△GABBL值和Zeta電勢(shì)絕對(duì)值。
　　⑶通過(guò)對(duì)3種污泥的松散結(jié)合型EPS(LB-EPS)、緊密結(jié)合型EPS(TB-EPS)提取試驗(yàn)，分析提取前后污泥的絮

8、凝沉降性能的變化。結(jié)果表明:無(wú)論是LB-EPS還是TB-EPS都有利于污泥的絮凝沉降，隨著EPS的不斷剝離，污泥的絮凝沉降性能逐漸變差;進(jìn)一步利用XDLVO理論對(duì)LB-EPS、TB-EPS對(duì)污泥絮凝沉降性能的影響機(jī)制進(jìn)行深入研究。發(fā)現(xiàn)R1污泥和R3污泥的LB-EPS、TB-EPS在微生物距離0～20 nm范圍內(nèi)均表現(xiàn)為吸附作用;R2污泥在微生物距離0.5～3.5 nm內(nèi)LB-EPS、TB-EPS表現(xiàn)為排斥作用，在微生物距離3.5～20