污泥中胞外聚合物（EPS）的研究进展

本文介绍了污水处理厂剩余污泥中胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）的产生和组成（多糖、蛋白质、DNA、腐殖酸等）;通过对影响EPS的因素研究发现：基质类型、溶解氧（DO）、污泥停留时间（SRT）和有机负荷率是最主要的影响因素;胞外聚合物在污泥处理系统中对污泥的絮凝性能、沉降性能、脱水性能及重金属吸附性能的影响,及其本身的生物降解性。胞外聚合物在废水生物处理中发挥着重要作用。     

低有机负荷下不同载体对好氧污泥颗粒化的影响

针对活性污泥在低有机负荷下难以实现颗粒化的现状,通过在不同序批式活性污泥（sequencing batch reactor activated sludge process,SBR）反应器中微生物生长的对数期分别投加聚合硫酸铁、硫酸铝和硅藻土来强化好氧颗粒污泥的形成,并对比分析了不同载体的强化造粒机制。结果表明：投加聚合硫酸铁、硅藻土和硫酸铝后,污泥特性得到明显提高,污泥颗粒化所需时间分别提前了11d、7d和4d,而且与对照组的提前解体相比,载体强化后所形成颗粒污泥的结构更为密实,均具有良好的稳定性。而不同于聚合硫酸铁和硅藻土,投加硫酸铝后,污泥胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）含量明显增加,由之前的171.31mg/gMLVSS升高至223.47mg/gMLVSS,蛋白（PN）可达205.69mg/gMLVSS,且蛋白（PN）/多糖（PS）可达10以上,这就说明通过刺激污泥EPS的分泌来促进微生物聚集也是硫酸铝强化颗粒污泥形成的作用方式之一。另外,三维荧光光谱分析结果显示,载体的投加能够对污泥EPS的结构产生影响,这也可能在一定程度上促进了污泥的颗粒化进程。     

胞外多聚物对污泥的调理

采用NaOH法、加热法、蒸汽法、离子交换法4种方法分别提取啤酒厂的剩余活性污泥的胞外多聚物(EPS),并研究其絮凝性能及对污泥的调理作用。结果表明NaOH法提取剩余污泥的EPS絮凝率45.4%,EPS能改善污泥沉降性能,且NaOH法提取的EPS可以使污泥的比阻下降15.2%,加快污泥的过滤速度,从而利于污泥的脱水性能。     

铁离子分布规律及其对MBR微生物代谢产物的影响

以进水中含有10 mg/L FeCl3的膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)为研究对象,考察铁离子在污泥混合液中的分布规律及对微生物代谢产物的影响.实验结果表明:污泥混合液中铁含量分布规律为胞内＞紧缚的胞外聚合物(tightly bound extracellular polymeric substances,TB)＞松散的胞外聚合物(loosely bound EPS,LB)＞溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products,SMP);在运行80 d后,大部分铁离子存在于胞内(平均含量81.2％);Fe3的投加不但降低了SMP及EPS浓度,而且改变了微生物代谢产物的空间分布,其中SMP中多聚糖、TB和LB的含量下降明显.     

外加电流对AO工艺缺氧区脱氮效率与污泥絮凝的影响

AO工艺利用硝化液内循环实现生物脱氮,很难保证缺氧区的缺氧条件,导致脱氮效果不理想,污泥絮凝性差。为了达到强化生物脱氮的目的,本研究采用外加电流提高缺氧区的污泥活性和生物絮凝性,探索不同电流强度下污泥接触角、zeta电位和污泥粒径的变化,结合三维荧光光谱（3D-EEM）与傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析胞外聚合物（EPS）的组成,考察外加电流对污染物去除和污泥性质的影响。结果表明：当电流强度低于30mA时,随着电流强度的增加,TN和COD去除率提高,酶活性增强。当电流强度为30mA时,ORP为-135mV,硝酸盐还原酶活性达到最强[0.37μg/（mg·min）],TN去除率达到最高79.43%;当电流强度为40mA时,脱氢酶活性达到最强[50.86mg/（L·h）],COD去除率达到最高80.65%。当电流强度低于40mA时,随着电流强度的提高,蛋白质（PN）与多糖（PS）的比值增加,污泥接触角增大,zeta电位减小,平均粒径升高,污泥絮凝性增强;由3D-EEM和FTIR分析可知,色氨酸和酪氨酸类的荧光强度增强,EPS的官能团无明显变化。当电流强度为40mA时,污泥重絮凝能力（FA）为40.33%,出水悬浮物（ESS）为13.95mg/L,污泥容积指数（SVI）为66.5mL/g,污泥絮凝性最好。随着电流强度的继续提高,污泥絮凝性逐渐变差。因此,将电流强度控制在40mA,可以同时实现提高生物脱氮效率和污泥絮凝性的目的。     

Fe3+在A2O工艺缺氧区的转化规律及其对污泥絮凝性的影响

为了研究铁元素对A²O工艺污泥絮凝性的影响,考察Fe³⁺在污泥上清液、胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）与底泥（Pellet）中的分布和迁移转化规律,结合三维荧光光谱（3D-EEM）、原子吸收和X射线衍射仪（XRD）分析Fe的存在形态和结构特征,揭示Fe³⁺与微生物代谢产物的作用机制,探索Fe³⁺对脱氮除磷效率的影响。结果表明：低浓度Fe³⁺（<10 mg·L^-1）能够提高COD和TN去除率,促进微生物活性,增强污泥生物絮凝性;高浓度Fe³⁺（10~40 mg·L^-1）则抑制微生物活性,使EPS总量升高,污泥絮体脱稳,LB、TB层PN/PS是影响污泥絮凝性的关键因素;Fe³⁺的投加强化生物除磷效率,当Fe³⁺浓度为40 mg·L^-1时,TP去除率为93%。Fe³⁺在污泥混合液中的分布规律为TB>上清液>LB>SMP,Fe³⁺在生物体内富集累积,能够改变EPS各层的组分。     

Cu2+对生物膜及其胞外聚合物的影响

利用自行设计的生物膜培养装置进行挂膜,通过向生物膜反应器中投加不同浓度的Cu²⁺,探讨生物膜上的胞外聚合物（extracellular polymeric substance, EPS）与生物膜去除金属铜之间的关系。研究结果表明：生物膜法较活性污泥法对Cu²⁺具有更好的耐受性;当Cu²⁺ < 2 mg·L^-1,Cu²⁺会抑制生物膜分泌EPS,在2 mg·L^-1 < Cu²⁺ < 5 mg·L^-1时,生物膜分泌EPS的量增加,当Cu²⁺ > 5 mg·L^-1,生物膜系统表现为严重的不稳定性;比较蛋白质（proteins,PN）/多糖（polysaccharide,PS）值发现,Cu²⁺对生物膜的抑制主要是对生物膜上胞外多糖的抑制,而生物膜对Cu²⁺的抵抗表现为分泌更多的胞外蛋白;EPS与Cu²⁺的富集率关系呈线性正相关。     

温度影响好氧颗粒污泥处理含油废水机制探究

以含油废水为探究对象，构建颗粒污泥序批式处理系统，探究了温度变化（10、25、40℃）对颗粒污泥处理含油废水的影响。研究结果表明，颗粒污泥运行稳定时，10℃和40℃运行工况下，混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）的浓度略低初始值，而运行温度为25℃时，颗粒污泥的浓度显著提高。此外，25℃运行时，颗粒污泥体积指数（SVI）下降至51～56 mL/g，污泥沉降性提高。温度能影响颗粒污泥胞外聚合物（EPS）含量及主要组分。25℃运行时，EPS的含量降低至36.6 mg/g，显著低于其他两工况。温度主要对EPS内蛋白质（PN）的含量产生影响。在污染物去除方面，25℃运行时，稳定期出水COD基本维持在68～82 mg/L,COD的去除率在82.6%～86.7%，显著高于另外两组。温度能影响颗粒污泥对原油的去除，当温度为25℃时，颗粒污泥运行稳定时原油的去除率高达72.6%～75.6%。在对氨氮去除方面，除低温（10℃）氨氮去除率较低外，25℃和40℃运行工况下氨氮去除率大致相似。     

Ca2+对序批式生物反应器活性污泥性能的影响

二价阳离子能够中和活性污泥表面负电荷,影响微生物活性和生物絮凝性能。本文采用序批式生物反应器（SBR）考察Ca²⁺对污泥活性和污泥絮体表面性质的影响,利用红外光谱和三维荧光光谱分析胞外聚合物（EPS）组分和结构的变化,揭示Ca²⁺与污泥疏水性和zeta电位之间的联系,明确Ca²⁺在生物絮凝中的作用。结果表明：在进水COD、TN和NH₄⁺-N分别为420mg/L、40mg/L和35mg/L的条件下,当Ca²⁺浓度达到160mg/L时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率最高（分别为96.7%、90.02%和73.2%）,DHA活性和耗氧呼吸速率（OUR）达到最大,分别为124mgTF/L和3.1mg/（min·L）。Ca²⁺促进了污泥微生物EPS的生成,增大了EPS中蛋白质含量。Ca²⁺与EPS表面带负电的官能团形成架桥,吸附桥联的Ca²⁺中和EPS表面的负电荷,减少了污泥表面负电荷之间的静电斥力,使污泥絮体保持稳定;同时增大了污泥表面的疏水性,改善了污泥的絮凝性和沉降性。     

胞外聚合物对重金属离子的吸附

胞外聚合物(Extacellular Polymeric Substances,EPS)是微生物分泌于细胞外的多种有机物的总称,它是环境工程中微生物聚集体的主要成分,其主要由蛋白质、多糖、腐殖质、脂肪、核酸以及无机物质组成,对重金属具有良好的吸附效果。文章综述了EPS对重金属离子的吸附机理、影响吸附的因素,探讨了烟曲霉EPS对Pb2+的吸附特性,研究讨论了活性污泥胞外聚合物对多种混合金属离子的吸附,最后比较了不同EPS对Cu2+的吸附特性。     

Extracellular enzymes in sludge flocs collected at 14 full‐scale wastewater treatment plants

BACKGROUND: Extracellular enzymes and chemical composition of sludge flocs affect the wastewater treatment capability. Here a fractionation protocol is presented describing the distributions of extracellular enzymes, proteins (PN) and polysaccharides (PS) in sludge flocs. Sludge floc samples collected from 14 full‐scale wastwater treatment plants (WWTPs), including those treating sewage, leachate and industrial wastewaters, were fractionated through centrifugation and ultrasound into five fractions: (1) supernatant; (2) slime; (3) loosely bound extracellular polymeric substances (LB‐EPS); (4) tightly bound EPS (TB‐EPS); and (5) pellets. RESULTS: The distributions of extracellular enzymes, PN and PS in different types of sludge flocs were almost identical. Considerable quantities of α‐amylase were bound with the pellet fraction, while the remainder was uniformly dispersed over the sludge matrix. Conversely, alkaline phosphatase, acid phosphatase and protease bound mainly with the pellet and TB‐EPS fractions. CONCLUSION: The enzyme activities distributed in sludge flocs achieved from 14 full‐scale WWTPs revealed a non‐wastewater‐specific manner. This work for the first time demonstrated that the activities of enzymes correlated with the characteristics of the wastewaters treated, and raised the possibility of manipulating the hydrolysis reactions using process parameters. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry     

水力停留时间对双循环厌氧反应器处理中药废水污泥特性的影响

研究了不同水力停留时间(HRT,24 h、18 h、15 h、12 h)对双循环(DC)厌氧反应器处理中药废水效能的影响,并对颗粒污泥的粒径分布(PSD)、胞外聚合物(EPS)、微生物群落等变化情况进行了分析。结果表明,HRT由24 h缩短为12 h后,DC厌氧反应器对COD的去除率仍在90%以上。虽然出水中乙酸含量升高到339.69 mg·L^-1,但未造成VFA的过度累积;出水中辅酶的荧光吸收峰有所降低,而类腐殖酸与类富里酸的吸收峰增强,不适宜再继续降低HRT。随着HRT的缩短,颗粒污泥的EPS总量、蛋白含量、多糖含量均降低,其中酪氨酸对于保持污泥的稳定性发挥着重要作用。而磷脂脂肪酸分析(PLFA)表明,HRT缩短对于DC厌氧反应器第2反应区内微生物群落分布影响显著,革兰阳性菌由原来占总脂肪酸生物量的44.24%下降到32.69%,而革兰阴性菌由32.69%增大到38.66%。     

微生物胞外聚合物在水环境中的应用研究

介绍了微生物胞外聚合物(EPS)组成、EPS的絮凝性能、吸附性能及生物降解性,简述了EPS的提取及制备过程。结合EPS在给水处理、污水处理及污泥处理中的潜在应用,分析了使用EPS的优越性和局限性。最后展望了EPS作为生物絮凝剂、吸附剂在水处理领域里的应用前景和发展方向。     

微生物代谢产物对膜生物反应器膜污染的影响

针对膜生物反应器（MBR）在运行过程中溶解性微生物代谢产物（SMP）及胞外聚合物（EPS）对膜污染进行研究。实验过程中对MBR内的污泥混合液进行了定期膜阻力监测。结果表明,SMP和EPS对膜过滤阻力有负面的影响。SMP中相对分子质量分布（Mw）在3～10 kDa对膜内部阻力影响显著,SMP中Mw＞10 kDa的大分子有机物及EPS浓度对膜外部阻力影响明显。通过傅里叶转换红外光谱（FTIR）检测膜表面污染物表明,EPS主要由多聚糖、蛋白质和腐殖酸组成,而污染层中的SMP主要是多聚糖和腐殖酸。     

胞外聚合物对好氧颗粒污泥影响的研究进展

结合国内外对胞外聚合物和好氧颗粒污泥技术的最新研究进展,本文简要介绍了胞外聚合物的提取和测定方法;着重分析了影响EPS含量的主要因素,包括有机负荷、水力剪切力、沉降时间、废水水质等;详细论述了其主要成分蛋白质和多糖以及其对好氧颗粒污泥的形成、结构稳定性作用机理,探讨了EPS对颗粒污泥传质的影响;并提出了建立EPS标准提取方法、EPS组分对污泥沉降性的影响机制以及EPS中其它组分如腐殖质和通过共价、絮凝作用等结合的无机物对好氧颗粒化过程所起的作用进行深入的研究将会是今后的研究重点,进一步的研究有望揭示EPS对好氧颗粒污泥形成和稳定影响的作用机制。