内源呼吸过程溶解性代谢产物的光谱特性分析

微生物内源呼吸期对污水处理过程具有重要意义.为了更清晰地了解微生物内源呼吸过程,采用三维荧光光谱、紫外光谱结合呼吸图谱对微生物内源呼吸过程进行解析.结果表明,三维荧光光谱和紫外光谱在内源呼吸各个阶段有明显的不同:1内源呼吸快速下降期(第1 d):腐殖酸峰的激发波长(Ex)和发射波长(Em)分别出现5 nm、6 nm的蓝移,荧光指数f450/500和HIX(humification index)分别减小了9.3%、0.2%,UV253/203和UV254分别增加了37.5%、200%,预示着混合液中可生物降解有机物的存在;2内源呼吸慢速下降期(第2 d):f450/500增加了0.5%,HIX减小0.2%,UV253/203减小了20%,UV254增加了16.7%,预示着细胞可能出现了水解或自溶;3内源呼吸稳定期(第3~5 d):腐殖酸峰基本保持不变预示了微生物适应了饥饿环境.本研究从代谢产物的角度解析了内源呼吸过程,为污水处理过程控制提供了新的思路.     

膜生物反应器中贫营养条件下SMP的产出研究

文章为考察膜生物反应器微生物在贫营养条件下,溶解性微生物产物(SMP)的产出规律和特性,为优化MBR反应器的运行、延缓膜污染提供理论依据。对天津大学游泳馆MBR系统中的污泥混合液进行贫营养实验。研究表明贫营养条件下SMP产出可以分为两个阶段:EPS溶解产生SMP阶段和死亡细胞胞内物质溶出产生SMP阶段。伴随营养物质的匮乏,SMP中大分子物质所占比例显著增加,从第3天的20.2%(占TOC总量的比例),到第8天上升为39.2%,从而会加剧膜污染,并且不同阶段产生的SMP都可以刺激微生物提高对基质的降解速率,SMP浓度与污泥的比好氧速率呈正相关关系。     

贫营养条件下膜生物反应器污泥混合液可滤性分析

采用膜生物反应器(MBR)运行16d,未向反应器内活性污泥投加营养物质,对溶解性微生物代谢产物(SMP)、污泥颗粒粒径分布(PSD)、胞外聚合物(EPS)、SMP相对分子量分布(MWDs)进行了定期监测.修正的污染指数(MFI)用来考察与SMP和EPS相关的污泥混合液可滤性.结果表明,MFI值由1.8′104迅速增加到7.3′104s/L2,说明长时间的内源代谢过程对MBR内污泥混合液可滤性有负面的影响.污泥混合液上清液中SMP相对分子量>10kDa的大分子有机物和污泥絮体中1~10μm细小颗粒的增加,将严重恶化污泥混合液的可滤性.     

好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物的特征及主要组分

采用SBR反应器以絮状活性污泥为接种污泥培养好氧颗粒污泥,主要考察好氧颗粒污泥系统中溶解性微生物代谢产物(SMP)的产生、相对分子质量分布以及主要组成物质.结果表明SMP是出水COD的主要组分,浓度为71~85 mg·L-1,SMP的产生与微生物对基质的利用、微生物衰亡和胞外聚合物(EPS)的水解有关.相对分子质量分布表明大部分SMP相对分子质量小于3×103,所占比例为54.8%~71.7%,而相对分子质量大于100×103的组分只占总SMP的一小部分,所占比例为9.3%~14.5%.三维荧光光谱分析表明,出水SMP具有4个峰,分别属于类芳香蛋白质、类色氨酸蛋白质、类腐殖酸物质和类富里酸物质.气质联用(GC-MS)分析表明SMP主要成分为酯类、短链烷烃、烯烃和醇类,所占质量分数分别为39.0%、14.9%、11.7%和7.6%.其中邻苯二甲酸二酯是出水SMP中主要组成物质,所占质量分数为32.0%.     

贫营养条件下EPS、SMP和微生物多样性的研究

为了考察活性污泥在营养缺乏的条件下,胞外聚合物（EPS）、溶解性微生物产物（SMP）和微生物种群结构自身的变化情况,为优化MBR系统运行、延缓膜污染等提供理论依据,对天津大学游泳馆MBR中的污泥混合液进行贫营养实验,测定了污泥混合液中EPS和SMP的含量,通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术和克隆测序技术对微生物多样性进行分析,根据序列数据进行同源性分析并构建系统进化树.实验初期,EPS和SMP的浓度由15.04 mg/g和0 mg/g分别上升到17.99 mg/g和3.29 mg/g.随着实验的进行,EPS有很大的降低,最终只有2.40 mg/g;SMP则一直在3.5 mg/g左右变化.实验表明,EPS和SMP对外界环境变化具有一定的缓冲作用,并且在营养缺乏的条件下微生物能够以降解EPS和SMP来维持自身生命活动.由于对EPS和SMP的利用,污泥的Shannon多样性指数由最初的0.81上升到最高时的1.09,随后开始降低,并最终稳定在0.95.克隆测序的结果表明,污泥中微生物的种类比较丰富,并且优势菌种大部分为未经培养菌种.部分菌种能够通过产生蛋白质和多糖水解酶来实现对EPS和SMP的降解,主要属于拟杆菌(Bacteroidetes)、黄杆菌(Flavobacterium）、腐螺旋菌(Saprospiraceae)和厚壁门菌(Firmicutes)等.     

盐度对膜-生物反应器污泥表观硝化速率的抑制机理

为研究盐度对膜-生物反应器(MBR)污泥表观硝化速率的抑制机理,采用批次试验模拟不同盐度条件下MBR活性污泥的硝化反应并测定其表观硝化速率、自养菌活性和SMP、EPS中脱氧核糖核酸和蛋白质的含量变化.结果表明,随着盐度的不断提高,污泥表观硝化速率逐渐下降,当盐度大于12.5g/L时,污泥体系出现NH4+-N含量上升的现象.自养菌的活性逐渐被抑制,抑制程度和盐度正相关,当盐度大于2.5g/L时,SMP和EPS中DNA的含量逐步上升,细胞结构被破坏是微生物活性被抑制的原因.SMP和EPS中蛋白质含量随着盐度的提升明显增长,蛋白质在污泥系统水解并发生氨化释放NH4+-N也是表观硝化速率下降的原因;当盐度小于12.5g/L,系统释放NH4+-N对表观硝化速率抑制作用随着盐度的提高而不断提升.     

盐度对膜-生物反应器污泥表观硝化速率的抑制机理

为研究盐度对膜-生物反应器(MBR)污泥表观硝化速率的抑制机理,采用批次试验模拟不同盐度条件下MBR活性污泥的硝化反应并测定其表观硝化速率、自养菌活性和SMP、EPS中脱氧核糖核酸和蛋白质的含量变化.结果表明,随着盐度的不断提高,污泥表观硝化速率逐渐下降,当盐度大于12.5g/L时,污泥体系出现NH4+-N含量上升的现象.自养菌的活性逐渐被抑制,抑制程度和盐度正相关,当盐度大于2.5g/L时,SMP和EPS中DNA的含量逐步上升,细胞结构被破坏是微生物活性被抑制的原因.SMP和EPS中蛋白质含量随着盐度的提升明显增长,蛋白质在污泥系统水解并发生氨化释放NH4+-N也是表观硝化速率下降的原因;当盐度小于12.5g/L,系统释放NH4+-N对表观硝化速率抑制作用随着盐度的提高而不断提升.     

胞外聚合物EPS对污泥理化性质影响研究

胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance,EPS)是一种附着于细胞表面的不溶性有机聚合物,其主要来源于微生物的新陈代谢和细胞自溶,主要是由多聚糖、蛋白质、核酸和腐殖酸等组成.分析了EPS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的影响.     

纯氧曝气活性污泥的EPS和SMP的规律研究

研究了两种典型负荷下(低负荷:F/M为0.05 kg/kg(以每kg污泥中有机物的质量计,下同),高负荷:F/M为0.25 kg/kg)纯氧曝气序批式活性污泥法处理废水时活性污泥胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)的变化情况,结果表明:控制曝气量为15 L/h,当F/M为0.05 kg/kg时,纯氧曝气使得出水SMP低于空气曝气。与空气曝气相比,纯氧曝气可减少EPS的产生。SMP随着EPS含量的增加而增加,两者呈显著的正相关(r=0.947)。     

微生物胞外聚合物修复重金属污染研究进展

微生物胞外聚合物（EPS）是由多糖、蛋白质、核酸、糖羧酸、腐殖质和脂类等生物聚合体组成的复杂混合物。EPS具有聚合细胞、固定基质、形成絮凝、保持水分及阻止有害外源物质等功能。此外,EPS还可作为生物吸附剂来吸附周围环境中营养物质,并且在重金属生物吸附中发挥关键作用。EPS为天然的聚阴离子物质。可固定金属离子形成复合物。EPS中的酶可通过转换和沉淀作用来加速重金属的去毒。文章综述了EPS的结构和功能,重点是其生成、分离、组成,介绍各种来源EPS的阳离子键合性能。及其重金属修复机理。     

Purification and molecular weight distribution of a key exopolysaccharide component of Bacillus megaterium TF10

Extracellular polymeric substances (EPS) are organic metabolic compounds excreted by microorganisms. They largely impact microbial aggregate structures and functions. Extracellular polysaccharides (EP) in EPS are responsible for the formation of microbial aggregates. In this work, we successfully separated and characterized EP from EPS of the bacterium Bacillus megaterium TF10. Extraction of EP from EPS was optimized using Sevag''s reagent. Chemical characteristics, functional groups, and molecular weight (MW) distribu-tion of EP were compared with the harvested EPS and soluble microbial products (SMP). We found that the polymers of lower MW and free proteins were successfully removed by Sevag''s reagent. The higher MW components of EPS were predominantly polysaccharides, while the polymers of lower MW tended to secrete to the supernatant and were described as SMP. A part of the proteins in the EP was polysaccharide-bonded. Our results can be further used in elucidating the complex flocculation mechanisms in which EP play a major role.     

膜-生物反应器中荧光物质对膜污染的影响

采用三维荧光(EEM)技术对膜-生物反应器(MBR)运行过程中进出水、膜面溶解性污染物、溶解性微生物(SMP)和胞外聚合物(EPS)进行分析,并对各运行条件下荧光强度与膜污染速率进行比较.结果表明:各工况膜污染顺序为工况1(0.55 kPa/d)<工况3(1.37 kPa/d)<工况2(1.71 kPa/d)<工况4(3.69 kPa/d),SMP中的类蛋白质和类富里酸,以及EPS中的类蛋白质和类腐殖酸,均与各工况膜污染速率呈一致的变化趋势,而膜面溶解性污染物中的类蛋白质荧光峰则与膜污染速率没有明显的关系,说明在膜表面积累的荧光物质可能与其他有机物共同作用影响了膜污染速率.      

膜-生物反应器污泥缺氧反硝化过程中SMP的形成

在不同C/N比下,研究了膜-生物反应器在缺氧状态下溶解性微生物产物(SMP)的形成规律.结果表明,不同C/N比的反硝化过程,随着底物的降解,SMP都呈现不同程度的累积,且高C/N比下的合成量(9~10mgCOD/gVSS)高于低C/N比下的合成量(3~4mgCOD/gVSS).从SMP的组分来看,不同C/N比下糖类的代谢规律相似,蛋白质则随着C/N比的升高其含量占SMP总量的比例增加,成为膜污染潜在的主要贡献者.随着反硝化过程的进行,体系中亚硝酸盐的累积对SMP的形成没有影响.     

两级序批式反应器运行模式下平板膜污染机理研究

从膜污染物分析、微生物代谢产物EPS、SMP对膜污染的影响等方面,对两级序批式反应器运行模式下的平板膜污染机理进行了试验研究.结果表明,膜表面及膜孔内部存在以球菌、杆菌为主的生物污染,膜表面的无机污染物主要是Fe、Na、Zr、Rb、Ca等化合物在浓差极化的作用下超过其溶解度极限后结晶形成的盐垢,膜表面的有机污染物主要是蛋白质,是形成膜表面凝胶层的主要原因,而蛋白质在膜面为伴随有电子转移的化学吸附,从而引起膜通量严重下降.     

生物炭对活性污泥中SMP和EPS的组成及脱氮除磷的影响

采用SBR工艺,研究不同生物质原料制成的生物炭粉末对活性污泥中的溶解性微生物产物（SMP）、胞外聚合物（EPS）的组成[蛋白质（PN）、多糖（PS）]及其含量的影响;分析活性污泥MLVSS/MLSS的变化以及污水氮、磷的含量。结果表明:添加的生物炭起到连接污泥絮体的作用,菌胶团尺寸增大,污泥中微生物量明显增多。添加生物炭的活性污泥溶解性微生物产物（SMP）中蛋白质的含量减少了62.3%~76.6%。胞外聚合物（EPS）中蛋白质的含量增加了17.8%~32.8%,含有更多的氨基酸或蛋白质中的色氨酸、酪氨酸以及苯丙氨酸。猪粪生物炭（PMB）对活性污泥影响最大,污泥EPS的冻干物中含有更多的芳香族化合物及核酸类物质。添加生物炭后,活性污泥对氮的转化效率提高,氨氮更快地转化为亚硝态氮并使其达到较高的浓度,并且对磷也有更好的去除效果。     

溶解性微生物产物对浸没式膜生物反应器运行的影响

对溶解性微生物产物(SMP)的累积行为及其对浸没式膜生物反应器(SMBR)操作运行的影响进行了研究.在90 d的实验过程中,对总有机碳(TOC)、相对分子质量分布(MWDs)、比耗氧速率(SOUR)进行定期监测,采用死端过滤实验来检测SMP对膜污染的影响.结果表明,在SMBR上清液中SMP出现明显累积;随着实验运行,SMP中相对分子质量大于10000的浓度增加显著;与相对分子质量小于1 000的SMP相比,此部分SMP对污泥活性和膜污染影响较大,对SMBR的出水水质影响较小.     

温度对膜生物反应器运行特性及膜污染的影响

温度对膜生物反应器（MBR）污染物去除效果和膜污染速率都有很大的影响。采用两套相同的MBR蓑置在冬季运行,其中一套维持20℃的恒温,另一套水温与周围环境相同。对两套装置处理效果及膜污染速率进行对比,并通过反应器中溶解性微生物产物（SMF）、胞外聚合物（EPS）含量、污泥粒径分布扣膜面污染物的比较,分析温度对MBR运行的影响。研究结果表明膜对污染物的截留能有效补偿低温时微生物作用的不足,因此低温对出水水质并没有显著的影响。此外,低温时虽然SMP和EPS的释放增加,但并没有引起膜污来的加剧。相反地,低温时污泥粒径较高温时小,而粒径较大的颗粒更易沉积于膜表面,因此低温时膜面固体物质含量较低,膜污染速率反而比高温时低。