活性污泥胞外多聚物提取方法的比较

活性污泥污水处理系统中胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)对污染物的去除及污泥的絮凝、沉降和脱水性能都有着重要作用,影响活性污泥工艺的运行稳定性,然而不同的提取方法可能导致EPS组分、数量有显著差异,直接影响相关实验结果.本文采用离心法提取溶解型和疏松型EPS后,采用文献经常报道的8种物理、化学方法提取紧密型EPS(tightly bound EPS,TB-EPS),研究TB-EPS数量及多糖、蛋白质、核酸等成分含量并进一步分析TB-EPS的基团组成,也分析了TB-EPS中15种元素含量.结果表明,8种方法中,加热法提取TB-EPS组分数量较多,对污泥微生物细胞破坏程度低,且在EPS提取过程不引入外源物质,是一种较为合适的EPS提取方法.阳离子树脂法对TB-EPS中芳香族蛋白质和腐殖酸类物质有较好的提取效果,Na OH法对富里酸类物质提取效果较好.物理法对TB-EPS红外光谱的官能团种类无明显影响,但化学法对TB-EPS官能团种类影响较显著,TB-EPS具有不同的特征吸附峰.总体上,化学法提取的TB-EPS中元素含量高于物理法.研究者应根据实验目的,选取适宜的EPS提取方法;或者建立EPS提取的标准方法,有助于实验结果间的比较.     

好氧/厌氧污泥胞外聚合物(EPS)的提取方法研究

采用5种方法对同一污泥在好氧和厌氧条件下的胞外聚合物(EPS)进行了提取试验研究.结果表明,甲醛-NaOH和H2SO4法对EPS的提取产量最高,分别为232·0mg·g~(-1)和159·7mg·g~(-1),且无大量细胞自溶发生,是比较有效的提取方法;与对照方法相比较,阳离子交换树脂(CER)和戊二醛提取法却存在严重缺陷.两种氧环境条件下污泥EPS中蛋白质的含量均最高,占EPS总量的50%~80%;其次为胞外多糖和DNA.污泥在经由好氧环境到厌氧环境的转变过程中,EPS中主要成分蛋白质和DNA含量降低较为明显,其厌氧/好氧状态下的相应含量比值为0·59~0·91.试验中也发现,提取步骤和检测手段对结果的影响最大.     

活性污泥胞外聚合物的组成与结构特点及环境行为

在活性污泥处理系统中,微生物大多以污泥絮体的形式悬浮在水中。胞外聚合物(EPS)作为污泥絮体的重要组成部分,以其独特的聚合结构和化学组成,在污水生物处理系统中起到重要作用。为了更好的描述EPS的环境行为,文章综合了近年来国内外相关的研究成果,首先分析了EPS的来源、化学组成及结构分布,得出EPS中包含蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸、糖醛酸及脂类大分子等化学物质,其中蛋白质和多糖之和占总有机物含量的70%~80%;在结构上,EPS分为SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS,三者与细胞结合的紧密程度递增,其中所含化学成分比例的不同将使其具有不同的理化特性。其次,文章对EPS的理化特征对污水处理系统的影响,如对系统中微生物降解特性的影响、磷和重金属的吸附等进行了讨论,并总结了EPS中相关的官能团对上述环境行为的贡献。同时,文章还论述了EPS中官能团的亲疏水特性及化学成分对污泥絮体的脱水性、絮凝沉降性能的影响。     

好氧活性污泥胞外聚合物的影响因素研究

研究了4种活性污泥处理工艺和两种污泥培养基质对好氧活性污泥胞外聚合物(EPS)的影响,包括对EPS总量和组分的影响。EPS的提取总量以TOC来表示,并以DNA的浓度来衡量提取过程中细胞裂解的程度。结果发现,处理工艺不同,导致EPS的含量和组成不相同,主要体现在蛋白质和多糖含量比的不同;淀粉基质培养的污泥的EPS总量平均值比葡萄糖基质培养的污泥的EPS总量平均值略高一些,它们都比实际污水处理厂污泥的EPS含量高。     

污泥增活剂影响MBR处理效果试验研究

向一体式膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)中投加污泥增活剂,与普通MBR进行试验对比,考察了污泥增活剂-MBR复合工艺对污染物去除的强化作用及对混合液污泥特性的影响。结果表明,污泥增活剂不仅提高了COD和氨氮的去除效果,而且由于增活剂与污泥形成的生物团粒的有效作用使系统总氮去除率提高10%以上。污泥增活剂-MBR中污泥混合液胞外聚合物(extra-cellular polymeric substances,EPS)含量高于MBR,上清液溶解性微生物产物(soluble microbial products,SMP)和Zeta电位相对较低,及EPS与SMP和Zeta电位的变化对应规律,说明污泥增活剂使EPS含量升高,促进了污泥活性的提高。较低的SMP浓度将降低膜自身污染的程度,活性炭的作用可使泥饼层结构疏松,能够减缓泥饼层带来的膜通量下降。     

污泥胞外聚合物的提取方法及其对污泥脱水性能的影响

采用7种不同方法提取污泥胞外聚合物(EPS),并研究污泥不同层EPS剥离前后对污泥脱水性能的影响.结果表明,甲醛+NaOH和2%EDTA提取法对污泥中紧密结合的胞外聚合物(tightly bound extracellular polymeric substances,TB-EPS)提取效率最高,总固体(SS)中的EPS提取量分别为128.9 mg.g-1和42.38 mg.g-1,但提取后细胞破裂严重,不能代表污泥EPS的真实含量,不宜采用.加热法较为温和,提取效率较高,总SS中EPS产量为21.97 mg.g-1.污泥剥离黏液层(Slime层)、松散结合的胞外聚合物(loosely bound extracellular polymeric substances,LB-EPS)和TB-EPS层后污泥的脱水性能大幅度改善,其中Slime层EPS含量越高污泥的脱水性能越差,当污泥EPS大量地释放到溶液中即Slime层时污泥的CST值大幅度升高,污泥的脱水性能变差.石湖墟和昂船舟污泥初始的毛细吸水时间(CST)为132.9 s和229.9 s,当剥离Slime层时这2种污泥的CST值分别为80.8 s和79.4 s,脱水性能得到明显改善.     

Effects of solution conditions on the physicochemical properties of stratification components of extracellular polymeric substances in anaerobic digested sludge

The composition and effects of solution conditions on the physicochemical properties of the stratification components of extracellular polymeric substances (EPS) in anaerobic digested sludge were determined. The total EPS in anaerobic digested sludge were extracted by the cation exchange resin method. Another EPS extraction method, the centrifugation and sonication technique was employed to stratify the EPS into three fractions: slime, loosely bound (LB)-EPS, and tightly bound (TB)-EPS from the outside to the inside of the anaerobic digested sludge. Proteins and polysaccharides were dispersed uniformly across the different EPS fractions, and humic-like substances were mainly partitioned in the slime, with TB-EPS second. Protein was the major constituent of the LB-EPS and TB-EPS, and the corresponding ratios ranged from 54.0% to 65.6%. The hydrophobic part in the EPS chemical components was primarily comprised of protein and DNA, while the hydrophilic part was mainly composed of polysaccharide. In the slime, the hydrophobic values of several EPS chemical components (protein, polysaccharide, humic-like substances and DNA) were all below 50%. The protein/polysaccharide ratio had a significant influence on the Zeta potentials and isoelectric point values of the EPS: the greater the protein/polysaccharide ratio of the EPS was, the greater the Zeta potential and the higher the isoelectric point value were. All Zeta potentials of the EPS showed a decreasing trend with increasing pH. The corresponding isoelectric point values (pH) were 2.8 for total EPS, 2.2 for slime, 2.7 for LB-EPS, and 2.6 for TB-EPS. As the ionic strength increased, the Zeta potentials sharply increased and then gradually became constant without charge reversal. In addition, as the temperature increased (< 40°C), the apparent viscosity of the EPS decreased monotonically and then gradually became stable between 40 and 60°C.     

污泥EPS高值、高效提取与回收技术发展趋势

污泥有机质（特别是胞外聚合物,EPS）高值产品回收将会推动污水/污泥资源化.然而,EPS典型提取方法效率较低、回收产物成分复杂,限制了EPS目标物质的高效提取、降低了回收物的潜在高值应用.为此,探究高值、高效EPS提取/回收技术极为重要.这就需要改变目前典型的"笼统"EPS提取方法,将"胞外多糖"和"胞外蛋白"这样的模糊提取物（实为"有机物混合物"）转变为单目标物质（如类藻酸盐物质、酸溶性EPS、硫酸盐多糖、淀粉样蛋白质以及透明质酸等）或多目标物质（依靠物理、化学性质差异分离、提纯）,实现产物的定向提取并保证其纯度,从而使回收产物获得高值利用.另一方面,把握进水水质、营养物负荷以及运行环境对污泥EPS形成的影响亦十分重要;同时,需要鉴定易形成EPS的优势菌并掌握其生理、生化特征,这对通过污水处理运行而"原位"增加EPS污泥本底含量具有非常重要的意义.此外,还需要针对高值组分进一步发展优化提取方法（如添加表面活性剂等）,以实现回收物高效提取与高值回收利用.     

基于流体分离污泥的异质性:微生物活性和群落结构

生物流化床处理系统中的剩余污泥如果能够被识别为老化的污泥和高活性的污泥,并通过某一种物理方法加以原位分离,则有可能提高生物处理的效率.本文以构造流体力场实现基于比重分布不同污泥组分的分离,得到聚结型污泥与离散型污泥,考察了两种污泥在胞外聚合物、微生物活性和微生物群落结构方面的差异,并与降解活性相关联,以证明异质性的存在.研究发现:活性污泥这种异质性的存在归因于离散型污泥中的胞外聚合物含量高,亲水性更强,比重更小;聚结型污泥在基质利用效率、比耗氧速率方面优于离散型污泥;在废水生物处理系统的污泥中,聚结型污泥较离散型污泥具有微生物群落结构分布上的优势,种群丰度更高.研究结果证明了聚结型污泥和离散型污泥内部菌胶团存在着功能上的差异,前者是应该被保留的活性组分,后者应该作为剩余污泥加以分离排出.     

城市污水厂活性污泥中胞外聚合物与工艺运行及污泥沉降性能的相关性分析

胞外聚合物(Extracellular polymeric substance,EPS)的组分及含量是影响活性污泥性能的重要因素之一.本研究在测定不同城市污水处理厂活性污泥中EPS的基础上,分析水质情况与运行条件对EPS组分的影响.结果表明:蛋白质为EPS的主要组分,约占25%~63%;腐殖酸次之,占21%~50%;DNA和多糖的含量较少.同是A~2O工艺的2个污水厂的污泥沉降性能和粒径分布差异较大.根据Pearson分析结果,在污泥微膨胀和正常状态下,EPS总量与污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)及粒径分布没有明显的相关性,但腐殖酸和DNA均与SVI呈正相关.处理工艺的水力停留时间与EPS总量负相关,但污水中有机物含量对EPS的含量及组分没有影响.EPS中多糖含量与脱氮除磷过程显著相关,多糖可以作为脱氮除磷过程的有机碳源.污泥龄影响EPS中蛋白质与多糖的比值.因此,污水水质、工艺类型及运行条件不同程度的影响EPS的组分及含量,进而影响处理效果.     

胞外聚合物磷酸盐形态对生物除磷过程的影响研究

以不同DO条件下污泥龄(SRT)分别为10 d和30 d的两组实验室A/O-SBR反应器活性污泥为研究对象,探讨了胞外聚合物(EPS)磷酸盐形态对生物除磷过程的影响.结果表明,污泥絮体中的磷主要分布于EPS中,PO3-4-P和聚磷酸盐(Poly-P,包括低分子量聚磷酸盐LMW PolyP和高分子量聚磷酸盐HMW Poly-P)是EPS磷的主要形态;EPS对生物除磷的影响明显大于细菌细胞,EPS磷的厌氧降低量和好氧升高量为胞内磷变化量的2.8~6.4倍.EPS中的LMW Poly-P和HMW Poly-P含量均表现厌氧降低和好氧升高的变化规律;对于相同SRT的污泥,中DO(2.5~3.5 mg·L-1)条件较低DO(0.7~1.0 mg·L-1)条件下EPS的LMW Poly-P和HMW Poly-P有更大的厌氧降低量和好氧升高量,对应着更明显的生物除磷过程,说明EPS不仅是生物除磷过程的中转站,而且参与了生物聚磷过程.     

活性污泥性质对短期膜污染影响的解析研究

采用统计分析方法研究了16种不同性质活性污泥混合液对膜生物反应器膜污染的影响机理.结果表明,胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、溶解性有机物(soluble microbial products,SMP)、上清液胶体颗粒(suspended solids insupernatant,SS_s)、污泥混合液粘度(μ)、相对疏水性(relative hydrophobicity,RH)、Zeta电位(Zeta potential)均对膜生物反应器膜渗透性能有显著的影响作用,其与膜污染阻力的皮尔逊相关系数r_p分别为:0.898、0.712、0.810、0.691、0.837、-0.881;同时发现,胞外聚合物是影响活性污泥中溶解性有机物含量(r_p=0.682)、污泥粘度大小(r_p=0.633)、上清液胶体颗粒含量(r_p=0.783)、Zeta电位(r_p=-0.953)及相对疏水性大小(r_p=0.877)的主要因素;在活性污泥性质中胞外聚合物是影响膜污染的根本原因,是膜生物反应器膜污染的重要影响因素.     

pH值对活性污泥胞外聚合物分子结构和表面特征影响研究

为明确胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）对污水污泥性质的影响机制,通过改变pH值,考察了市政废水和饮料废水2种活性污泥胞外聚合物组分变化,采用红外光谱对比分析了pH值对EPS分子结构的影响,并通过胶体滴定测定其表面电荷,最终结合活性污泥提取EPS前后扫描电子显微镜观察,从宏观上佐证了表面特性和分子结构分析.结果表明,强酸条件下（pH 3）,可提取EPS比中性条件下时下降50%,其中多糖下降约30%,蛋白质下降约65%～70%;在强碱条件下（pH 11）,可提取EPS比pH 7时升高20%～30%,其中多糖升高约15%,蛋白质升高20%～50%.红外光谱分析表明,羟基在强酸强碱条件下均发生了变化,羧酸、多聚糖、酚类和蛋白质肽键在强酸条件下（pH 3）消失;胶体滴定结果表明,2种污泥提取EPS表面负电荷随pH上升而下降;扫描电镜分析表明,相对于碱性条件下,酸性条件使活性污泥中微生物细胞更易于破碎.pH值可改变活性污泥EPS组分、浓度以及其中基团组成,从而改变EPS表面特性,最终导致污泥状态改变.     

胞外聚合物结合磷效能的研究

以实验SBR反应器的活性污泥为研究对象,探讨了超声波-树脂法提取EPS的方法与程序;以5种不同来源的活性污泥为研究对象,考察了EPS结合磷的效能.结果表明,超声波-树脂法分离EPS和细菌细胞的较优程序为：采用21kHz、40W超声波作用60mL污泥2min（VSS约为8000mg·L-1）;然后,投加80g·g-1（以...     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

营养失衡下的分层分质EPS对异型膨胀污泥及其沉降性差异影响

为探索EPS对膨胀污泥沉降性的影响,通过减少进水P源、N源的方式培养异型膨胀活性污泥,分析不同层、不同组分EPS对异型膨胀污泥沉降性影响.结果表明：异型膨胀（非丝状菌粘性膨胀、丝状菌膨胀）活性污泥EPS多糖组分Total-PS、中层组分（L-PS）含量均高于正常污泥.非丝状菌粘性膨胀污泥EPS各层多糖含量高于丝状菌膨胀污泥,而各层蛋白质（PN）含量均低于丝状菌膨胀污泥.非丝状菌粘性膨胀污泥Total-EPS（（229±94）mg/g MLSS）、PS/PN值不仅显著高于正常活性污泥（（86±16）mg/g MLSS）,也高于丝状菌膨胀污泥（（108±30）mg/g MLSS）.非丝状菌粘性膨胀污泥EPS多糖总量Total-PS、蛋白质总量Total-PN越高,SVI值越大,污泥沉降性越差,越易膨胀,且EPS蛋白质组分对污泥膨胀作用大于多糖;从不同层EPS看,松散外层（S层）EPS对非丝状菌粘性膨胀作用最大（S-PN与SVI值相关性最大,r为0.881,P<0.05）,是主要影响因子.丝状菌膨胀污泥,除了内层紧密型T-PN对SVI值影响较大外,其他各层、各组分EPS含量与SVI均呈微弱负相关.     

微气泡及其产生方式对活性污泥混合液性质的影响

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;同时,微气泡及其产生方式可能对污泥混合液性质产生影响.本研究采用SPG膜微气泡发生系统研究了微气泡及其产生方式对污泥混合液性质的影响.结果表明,微气泡曝气中,微气泡附着于污泥絮体导致污泥上浮聚集,从而造成反应器中污泥浓度(MLSS)下降,以及污泥沉降性能变差.微气泡产生过程中,液体循环泵(离心型)产生的强水力剪切力作用于污泥混合液,造成污泥絮体破碎、污泥粒径减小以及污泥絮体EPS释放,进而使得上清液浊度和有机碳(特别是胶体有机碳)浓度升高,污泥絮体的再絮凝能力丧失.微气泡产生过程中,污泥破碎导致的污泥有机物的释放使得污泥混合液的黏度增加,但混合液表面张力保持不变.     

活性污泥胞外聚合物提取方法的研究

对两种不同来源的活性污泥中EPS的提取效率进行了研究,采用的提取方法有NaOH法,阳离子交换树脂法（CER法）,加热法和离心法。结果表明,CER法是两种污泥EPS提取中最有效的方法。经过16h的提取,EPS中DNA的含量分别为0．73％和1．61％,这表明EPS的提取没有受到胞内物质的污染。两种污泥EPS的提取量分别为74mg／gVSS和80mg／gVSS,其中多糖和蛋白质是EPS的主要成分。在研究中,CER法最佳提取时间为8h,高搅拌强度和CER投加量都有利于EPS提取量的增加。     

厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物金属元素特性

为探究厌氧氨氧化颗粒污泥胞外金属元素特性,将厌氧氨氧化颗粒污泥根据粒径筛分为0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm 3组,提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物（EPS）,研究EPS金属元素特性.结果表明,蛋白质（PN）是厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分,占EPS含量的84.2%以上.随着粒径的增大,EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量均增多,且与EPS中蛋白质含量变化一致.EPS中K、Ca、Mg元素的离子形式占比分别为68.6%、56.2%、94.7%.EPS经过阳离子交换树脂（CER）处理后,0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm组EPS Zeta电位分别减小了4.7,7.2,9.1mV,EPS中的金属离子可通过压缩双电层作用促进颗粒污泥的聚集,金属离子对大粒径颗粒污泥EPS Zeta电位的影响幅度更大.     

厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物金属元素特性

为探究厌氧氨氧化颗粒污泥胞外金属元素特性,将厌氧氨氧化颗粒污泥根据粒径筛分为0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm 3组,提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥胞外聚合物（EPS）,研究EPS金属元素特性.结果表明,蛋白质（PN）是厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的主要成分,占EPS含量的84.2%以上.随着粒径的增大,EPS中Na、K、Ca、Mg元素含量均增多,且与EPS中蛋白质含量变化一致.EPS中K、Ca、Mg元素的离子形式占比分别为68.6%、56.2%、94.7%.EPS经过阳离子交换树脂（CER）处理后,0.5~1.4mm、1.4~2.8mm、>2.8mm组EPS Zeta电位分别减小了4.7,7.2,9.1mV,EPS中的金属离子可通过压缩双电层作用促进颗粒污泥的聚集,金属离子对大粒径颗粒污泥EPS Zeta电位的影响幅度更大.