环境工程中胞外聚合物的研究现状及进展

胞外聚合物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,对于环境微生物的性状有一定的影响,因此近年来成为研究的热点.本文从EPS的组成、提取方法、测定方法、吸附性能正负面影响及其应用等方面,就近年来国内外关于胞外聚合物的现状和最新研究进展进行了综述,以期对未来的胞外聚合物研究提供重要参考.     

胞外聚合物及其对膜污染影响的研究进展

介绍了胞外聚合物(EPS)的提取方法,分析了运行条件对胞外聚合物组成和含量的影响,进一步解析了胞外聚合物对膜生物反应器膜污染的影响,提出通过合理设计和加强运行管理,能最大限度地避免膜污染.     

不同活性污泥胞外聚合物提取方法优化

活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)是污水生物处理过程中污泥结构、脱水性能、絮凝性能以及沉降性能的重要决定因素,而提取方法不同EPS的剥离程度存在很大的差别.因此EPS提取方法的建立至关重要.采用6种方法提取不同污泥EPS,分析了不同污泥每g干污泥中分层EPS的质量及组成,并考察了污泥粒径及脱水性能与污泥EPS的关系.结果表明:不同工艺不同污泥每g干污泥中EPS质量不同;甲醛+Na OH法提取EPS效率高且对细胞破坏程度小,试验中不同污泥EPS提取量为15.88~39.30 mg;每g干污泥中黏液层EPS质量越高,蛋白质与多糖质量浓度之比越大,污泥脱水性能越差;污泥EPS的提取效率与污泥粒径存在一定的相关性,污泥粒径越大,提取效率越高.     

温度对活性污泥胞外聚合物组分的影响研究

以3种活性污泥(市政污水污泥、可乐废水好氧污泥和可乐废水厌氧污泥)胞外聚合物(EPS)为研究对象,考察储存温度对EPS组分的影响.结果表明,对于3种不同类型的活性污泥EPS,-20℃下储存组分保持最稳定,室温下储存效果最差,4℃储存情况介于前二者之间.对于市政污水污泥和可乐好氧活性污泥EPS,适于在-20℃下储存,此时二者下降率分别为蛋白质9%、20%,糖均为20%.而可乐厌氧活性污泥EPS在3种温度下组分浓度下降率均较大(室温:蛋白质85%,糖80%;4℃:蛋白质80%,糖70%;-20℃:蛋白质30%,糖60%),表明这类EPS不适储存.     

不同方法提取嗜酸氧化亚铁硫杆菌胞外聚合物的比较分析

从嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f菌)中提取胞外聚合物(Extracellular Ploymeric Substances,EPS)的方法有很多,但不同方法提取的EPS成分及含量都有较大区别。通过对比Na OH法、EDTA法、超声法、离心法提取A.f菌EPS的研究,分析高效提取A.f菌EPS方法的同时,得到EPS成分及含量在不同提取方法下的变化情况。实验结果表明,对于未驯化和驯化处理的实验组,超声法提取的EPS最多,分别达到37.1 mg·g~(-1)、55.3 mg·g~(-1);同时其对细菌自身的破坏最小,测得的核酸占比分别为8.7%、8.1%。4种提取方法在A.f菌驯化前后,提取的EPS中多糖与蛋白质的比例范围分别为2.71～3.49和3.24～5.58。该实验结果可为模拟EPS来探索EPS对A.f菌浸出电子废弃物中金属的影响提供参考。     

反硝化除磷菌胞外聚合物的提取及除磷研究

采用4种方法对反硝化除磷菌ZQN4的胞外聚合物进行了提取试验研究。结果表明,试验中超声波法是一种较好的提取方法。好氧条件下,菌株ZQN4的胞外聚合物中蛋白质含量最高,约占总量的80%。ZQN4对磷的去除率约为89.4%,其中有约88%聚集在菌体内,另外约12%聚集在胞外聚合物中,且大部分以PO34--P的形式存在,表明胞外聚合物对除磷也有一定的贡献。     

胞外聚合物对生物除磷效果影响研究

为考察3种不同碳源(乙酸钠、葡萄糖、脱脂乳和葡萄糖混合物)SBR生物除磷系统的除磷效果,用结合扫描电镜(SEM)的能谱(EDS)分析了胞外聚合物(EPS)的磷含量,并测定了污泥PHA(poly-β-hydroxyalkanoate)及磷含量.结果表明,PHA在厌氧结束时的量并不是后续好氧阶段吸磷效果好坏的决定性指标,EPS的生物吸附对磷也有一定程度的去除,并且这种生物吸附使葡萄糖碳源系统除磷效果好于其他两个系统.     

胞外聚合物EPS对MBR膜污染的影响

EPS普遍存在于活性污泥絮体内部及表面,在细胞之间构成一种架桥作用,细胞通过这些胞外物质进行物质和能量的传递,具有重要的生理功能.MBR膜通量下降主要来自污泥而非上清液中的胶体和溶解性有机物;EPS浓度和组成影响污泥混合液疏水性、Zeta电位、黏度、粒径等物理、化学特性和菌胶团的生物活性,且与膜污染程度相关关系良好;通过操作条件的调整可以改变EPS的组成和含量,在保证污泥系统正常运行的同时维持良好的膜通量.     

胞外聚合物对一体式膜生物反应器过滤特性的影响

考察一体式膜生物反应器(SMBR)运行中胞外聚合物(EPS)含量与膜过滤特性的关系,实验结果表明:EPS在反应器和膜表面均积累,引起混合液粘度和过滤阻力的增加;膜表面吸附的EPS质量随着悬浮EPS浓度变化而变化;周期性排放污泥可减少反应器内悬浮EPS浓度和膜表面EPS含量,从而降低膜的过滤阻力;膜生物反应器中悬浮EPS浓度与过滤阻力之间的相关性方程为:R=7×10~5×P~(3.3385)_v;单位膜面积吸附EPS质量与过滤阻力之间的相关性方程为:R=3.1525×10~(13)×P_u-2.201×10~(12)。     

好氧颗粒污泥胞外聚合物组分特征分析

为鉴定好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge, AGS）中胞外聚合物（extracellular polymeric substances, EPS）的组成成分和特性,以某污水处理厂好氧池活性污泥（activated sludge-wastewater treatment plant, AS-WWTP）作为接种污泥,采用实验室配水和污水处理厂进水分别培养出AGS-LAB和AGS-WWTP,并对AGS中的EPS开展对比分析.结果表明,单位MLVSS EPS质量分数由接种污泥的84.36 mg/g分别增加到AGS-LAB的122.49 mg/g 和AGS-WWTP的128.23 mg/g,主要以TB-EPS（tightly bound-EPS, TB-EPS）层蛋白质增加为主,多糖质量分数变化较小.与接种污泥相比,两种AGS中芳香族类氨基酸、酪氨酸/色氨酸类蛋白和天冬氨酸蛋白质量分数明显提高.3种污泥样品EPS中亲水性氨基酸质量分数较低,疏水性氨基酸质量分数较高,两种AGS中氨基酸总量较接种污泥平均升高28.31%.此外,载体物质十六甲基环八硅氧烷和具有交联作用的二乙烯苯只存在于两种AGS的EPS中,表明它们在缩短污泥颗粒化进程和提高AGS的结构稳定性中具有潜在作用.     

响应面法优化胞外聚合物的提取方法

以啤酒厂废水处理过程中的活性污泥为研究对象,采用Box-Behnken设计及响应面法对EPS的提取条件进行优化,得到最优EPS的提取条件为pH值7.1,温度57℃,超声时间3min左右,超声波功率37W.在最优条件下,EPS的实际提取量为153.446mg/g VSS.     

水质条件对厌氧氨氧化颗粒污泥EPS含量的影响

为研究水质条件对厌氧氨氧化颗粒污泥EPS含量的影响,采用16个SBR反应器研究同周期内基质利用阶段与基质匮乏阶段EPS含量的变化以及总氮质量浓度、IC/TN、COD/TN对于厌氧氨氧化颗粒污泥EPS含量的影响.结果表明,同周期内,基质利用阶段的EPS含量不断升高,基质匮乏阶段EPS含量不断降低;总氮质量浓度为35~280 mg/L时,提高总氮质量浓度可以提高EPS的含量,总氮质量浓度280 mg/L时EPS含量有所减少;IC/TN为0.01~0.2时,EPS及其各组分含量随无机碳质量浓度的升高而增加,IC/TN0.2时,无机碳质量浓度对于EPS及其各组分含量无明显影响;COD/TN0.5时,有机物对于EPS含量具有促进作用,COD/TN0.5时,有机物的提高对于EPS含量有抑制作用.在厌氧氨氧化颗粒污泥工艺的实际运行过程中,应避免过长的基质利用阶段与基质匮乏阶段,总氮质量浓度应保持在150~210 mg/L,无机碳质量浓度应保持在IC/TN为0.1~0.2,有机物质量浓度应保持在COD/TN0.5.     

Effects of extracellular polymer substances on aerobic granulation in sequencing batch reactors

The effects of extracellular polymeric substances (EPS) on aerobic granulation in sequencing batch reactors (SBR) were investigated by evaluating the EPS content, and the relationship between EPS composition and surface properties of glucose-fed aerobic granules. The results show that aerobic granular sludge contains more EPS than seed sludge, and it is about 47 mg/gMLSS. Corresponding to the changes of EPS, the surface charge of microorganisms in granules increases from -0.732 to -0.845 meq/gMLSS, whereas the hydrophobicty changes significantly from 48.46% to 73.16%. It is obviously that changes of EPS in sludge alter the negative surface charge and hydrophobicity of microorganisms in granules, enhance the polymeric interaction and promote the aerobic granulation. Moreover, EPS can serve as carbon and energy reserves in granulation, thus the growth between the interior and exterior bacteria is balanced, and the integrality of granules is maintained. SEM observation of the granules exhibits that EPS in granules are ropy; by mixing with bacteria, compact matrix structure can be formed. The distribution of EPS in granules profiles the importance of EPS storage. It can be concluded that EPS play a crucial role in aerobic granulation.     

城镇污泥胞外聚合物对重金属吸附特征及机制

中国城镇污水处理行业重水轻泥现象严重,致使大量市政污泥积聚并亟待处理处置.在污泥处理处置过程中,重金属不断富集,其广泛存在严重制约了污泥最终的土地利用,因此,重金属在污泥中的吸附特征及存在形式受到广泛关注.胞外聚合物(EPS)作为污泥有机物的主要成分,主要由蛋白质、腐殖酸和多糖类物质等构成,具有多孔聚合结构,含有大量以羰基、羧基、羟基等官能团为代表的潜在吸附位点,能够有效吸附重金属离子,其物化特性对污泥中重金属含量及分布特征影响巨大.本文首先介绍中国市政污泥处理现状以及典型城镇污泥中EPS的化学组成、物理特性和结构特征,并对可能含有的吸附位点进行分析总结;在此基础上,重点概括近年来污泥重金属在EPS上吸附的研究进展,对EPS吸附重金属研究中常见的表征手段进行总结;最后,针对性地提出未来EPS吸附重金属研究方向的建议.     

游离氨对活性污泥系统中脱氮性能及胞外聚合物的影响

以人工模拟废水为研究对象,采用4组SBR反应器(R0.5、R5、R10和R15),考察了4种游离氨浓度(0.5、5、10和15 mg/L)对生物脱氮效能、胞外聚合物含量及其组分(蛋白质(PN)、多糖(PS)和核酸(DNA))影响.结果表明,4种游离氨浓度条件下都实现了较高的脱氮效果(97.6％～99.4％).游离氨对3...