微生物胞外聚合物在污泥生物沥浸处理中的作用机理及其调控

城市污泥难浓缩脱水导致水分含量高体积大以及污泥中存在有重金属等有害物一直是制约污泥处置与资源化利用的两大瓶颈，利用嗜酸性硫杆菌为主要作用菌的生物沥浸技术（Bioleaching）在解决上述难题方面展示了良好前景。本研究针对污泥生物沥浸中不同能源物质、不同微生物组合等对污泥生物沥浸效果不同（重金属溶出率和污泥脱水性等）的现象，重点研究体系中化能自养的硫杆菌和耐酸性异养菌EPS的产生规律以及组分（松散附着组分LB和紧密粘附组分TB）和组成的变化状况；了解化能自养型硫杆菌和耐酸性异养菌产生EPS的区别；并探究条件的改变对EPS产生规律和相应污泥沥浸效果的影响；在此基础上深入研究EPS促进污泥生物沥浸的作用及其机制，以评价EPS在生物沥浸中对污泥脱水性能改善和重金属去除上的贡献大小，并尝试通过调控EPS的产生实现更高效的污泥生物沥浸处理目标。

利用嗜酸性硫杆菌为工作菌的生物沥浸技术（Bioleaching）在解决污泥难浓缩难脱水方面展示了广阔前景，但机理仍不十分清楚。本项目通关研究体系中细菌胞外聚合物（EPS）的产生规律以及组分（松散附着组分LB和紧密粘附组分TB）和组成的变化状况及其对污泥沥浸效果的影响,深入剖析EPS促进污泥生物沥浸的作用及其机制，为通过调控EPS的产生实现更高效的污泥生物沥浸处理目标奠定基础。.项目通过四年的攻关，全面完成了项目研究任务。（1）明确了污泥生物沥浸体系中EPS产生规律及其与脱水的相关性。生物沥浸前两天EPS由25.79mg/g·MLSS降到7.86mg/g·MLSS（下降了70%），随后持续增加，第8天时达到65.43mg/g·MLSS。相对应地，污泥脱水性（比阻）也在生物沥浸开始时，比阻逐渐降低，到第2d时降到最低，随后又逐渐升高。在生物沥浸中外源添加EPS，也证明EPS的增加是生物沥浸后期污泥脱水性能变差的原因之一。（2）发现EPS与Fe3+的络合特征及对EPS表面电位的影响。EPS与Fe3+的最大络合容量为128-324mmol/g DOC，该数值与介质pH有关，pH越低结合量越小。单位质量的自养菌EPS和异养菌EPS在与Fe3+的络合上似乎没有明显差别，但异养菌产生的EPS数量要比自养菌高得多。EPS结合Fe3+在生物沥浸中会降低Fe2+间接氧化效果，但具有促进污泥脱水和提高A.f菌活性的作用。（3）发现不同组分EPS对生物沥浸污泥脱水性能影响明显不同。污泥的Slime层的EPS含量和污泥的脱水性能关系最大，该层EPS含量越高，脱水性能越差；LB层对污泥的脱水有一定的促进作用，但是不明显；TB层EPS含量与污泥的CST值成正比，表明TB层EPS含量越高污泥的脱水性能越差。剥离Slime层时污泥脱水性能得到明显改善。（4）发现生物沥浸过程中微生物EPS所含蛋白质和多糖量的降低，Fe3+在污泥固相中分布率提高，以及自养型硫杆菌分泌EPS明显比异养菌少，在生物沥浸中自养菌逐渐成为优势菌，是污泥生物沥浸促进脱水的重要机制之一。微生物菌群数量、slime EPS含量和pH变化对生物沥浸提高污泥脱水性能的贡献率分别为43.40%、29.98%和12.65%。因此如何去除或减少EPS的数量是未来提高生物沥浸效率需要重要调控因素之一。