Characterization of extracellular polymeric substances in the biofilms of typical bacteria by the sulfur K-edge XANES spectroscopy

A combined approach of physicochemical extraction and sulfur K-edge X-ray absorption near-edge structure（XANES） spectroscopy was applied to characterize the extracellular polymeric substances（EPS） of typical bacterial biofilms in this study. Physicochemical analysis showed variation of the contents of DNA,polysaccharide and protein in different fractions of EPS in different mediums. The sulfur K-edge XANES analysis yielded a variety of spectra.Spectral fitting of the XANES spectra utilizing a large set of model compounds showed that there was more reduced sulfur in both LB-EPS（loosely bound EPS） and TB-EPS（tightly bound EPS） of all the biofilms in LB medium than in R2 A medium. More oxidized sulfur was identified in LB-EPS than that in TB-EPS,suggesting different niches and physiological heterogeneity in the biofilms. Our results suggested that the sulfur K-edge XANES can be a useful tool to analyze the sulfur speciation in EPS of biofilms.     

软/硬质悬浮填料对MBR中EPS的影响

以聚丙烯无纺布为膜组件,向浸渍式膜生物反应器(MBR)中分别投加硬/软质悬浮填料处理人工废水.分析测定EPS、SVI、膜污染阻力及跨膜压力的变化,采用统计分析方法研究了软/硬质悬浮填料对MBR中EPS及SVI的影响;通过扫描电镜(SEM)分析,表征添加软/硬质悬浮填料膜表面的污染状况.结果表明,添加软/硬质悬浮填料膜组件表面滤饼中的溶解性EPSS和结合性EPSB与膜污染阻力的皮尔逊相关系数(rp)分别为0.929～ 0.984和0.798～0.853,EPSS与膜污染阻力之间表现出更强的相关性,EPSS对膜污染阻力的贡献大于EPSB.添加软/硬质悬浮填料MBR污泥混合液的EPS与SVI的皮尔逊系数(rp)分别为0.895和0.798,呈现明显的正相关性.SEM分析也表明,添加软质填料的膜表面污泥覆盖程度大于硬质填料的膜表面,但膜内部的污泥沉积量明显低于硬质填料.与软质悬浮填料相比,硬质悬浮填料能导致MBR污泥混合液的SVI和EPS含量增大,增加膜污染速率和不可逆膜污染阻力,软质悬浮填料具有更好的控制膜不可逆污染的效能.     

活化过硫酸盐对市政污泥调理效果的影响

常规污泥脱水技术只能将市政污泥含水率降到80%左右,难以满足日益严格的污泥处理处置要求.活化过硫酸盐产生硫酸根自由基SO4·-具有强氧化性,可用于破坏污泥的絮体结构.本研究利用Fe2+活化过硫酸钠(SPS)的方法进行污泥调理,以到达改善污泥的脱水性能的目的.结果表明,当Fe2+与S2O2-8投加量(以绝干污泥计)分别为25.88 mg·g-1、80 mg·g-1(Fe2+与S2O2-8摩尔比为1.1∶1)时,污泥毛细吸水时间CST和污泥比阻SRF降低率最大,滤液中蛋白质和多糖浓度达到最大.进一步的研究表明,污泥Zeta电位值由负向正变化,颗粒比表面积增大,絮体由密集的团状变成结构松散的层状结构,污泥脱水性能提高.     

反渗透膜面细菌胞外多聚物提取方法研究

城市污水脱盐系统的反渗透(RO)膜面生物污堵问题严重影响了该技术的稳定运行,解析生物污堵机理的关键因素是微生物胞外多聚物(EPS)特征分析,然而目前细菌EPS提取方法多样,无统一标准,制约了EPS分析的可靠性和可对比性.基于此,本文以再生水厂RO膜面污堵物中分离的细菌为对象,采用水浴、超声、离子树脂、碱液4种方法提取EPS,以DOC和DNA含量表征提取的EPS总量和提取过程细胞破裂程度.结果表明,45℃水浴法不造成细胞破裂,提取总量多,是一种有效的提取方法.进一步对比不同提取时间条件下EPS溶液中多糖和蛋白含量变化,以及分子量、荧光特征等,综合认为提取1 h时,提取的EPS中多糖与蛋白相对含量稳定,不同分子量化合物均溶于水中,能客观地反映EPS特征.研究表明,45℃水浴1 h可以作为细菌EPS提取的适用方法应用.     

锌铜胁迫对Bacillus vallismortis EPS组分变化特征及其吸附性能的影响

近年来,微生物胞外聚合物(EPS)在吸附重金属方面的潜能引起了人们的广泛关注,但关于重金属对微生物及其EPS特性的影响鲜有报道.Bacillus vallismortis对锌铜矿捕收剂苯胺黑药具有良好的降解能力.为了解重金属对菌株的胁迫影响,探讨二者之间的相互作用,研究了Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)胁迫对菌株EPS产量、组分变化特征及其吸附性能的影响.结果表明,在Zn(Ⅱ)胁迫下,菌株培养至稳定期产生的EPS最多,当Zn(Ⅱ)为12 mg·L~(-1)时EPS产量翻倍,达到100.84 mg·g~(-1)(以VSS计),Zn(Ⅱ)能刺激菌株产生更多富含—COOH和—OH的胞外多糖;菌株在Cu(Ⅱ)胁迫下需培养至对数期产生的EPS最多,在Cu(Ⅱ)为6 mg·L~(-1)情况下EPS产量最高为60.65 mg·g-1(以VSS计),Cu(Ⅱ)的胁迫作用提高了菌株EPS中富含N—H和C—N的蛋白质含量;吸附实验结果表明,2种金属能通过胁迫菌株产生特异性EPS,为金属离子提供大量适用性结合点位,显著提高对重金属的去除能力.研究结果对应用生物法处理同时含有重金属和有机物的复合型选矿废水具有一定的指导意义.     

分子生物学技术在水处理中的应用研究进展

利用现代分子生物学技术对微生物进行分析和研究,以解决传统微生物分析成本高、速度慢、准确度较低和灵敏度较差等缺点。介绍分子生物学技术在水处理中的应用现状,并对未来发展方向提出建议。目前分子生物学技术在供水工程中主要用于水中细菌、病毒、原生动物、蠕虫等病原微生物的快速检测以及管网微生物种群的分析,在污水处理中主要用于脱氮除磷过程菌群数量和空间分布的剖析、污泥膨胀成因分析以及监测微生物种群多样性来优化处理工艺。分子生物学技术的深入研究将进一步促进水行业的发展。     

群体感应淬灭菌的分离及其膜污染控制性能

通过淬灭细菌的群体感应系统来抑制生物膜形成、防止膜生物污染的方法近年来受到广泛关注.本实验从实际运行污水处理厂活性污泥中分离出5株具有群体感应淬灭功能的菌株,其中菌株HG10对信号分子N-乙酰高丝氨酸环内酯(C6-HSL)分解能力最强.经16S rRNA基因序列比对,初步鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus).用海藻酸钠将菌株HG10进行包埋固定,以探究其在膜过滤系统中对膜污染防治的效果.结果表明,经过8 d培养,添加细菌包埋珠(SA-HG10)的实验组B中膜通量为181.29 L·(m~2·h)~(-1),未投加包埋珠的对照组A膜通量为110.64 L·(m~2·h)~(-1),B组膜通量比A组高出63.86%;对微滤膜片上生物膜中EPS含量测定表明,实验组B中EPS多糖和蛋白质含量较对照组A分别减少了29%和48%,疏水性蛋白质含量的大量减少是造成膜污染减弱的主要原因;膜表面胞外聚合物(EPS)总含量减少了43%,表明投放SA-HG10细菌包埋珠对过滤膜片上生物膜形成具有明显抑制作用,改善了膜过滤性能.     

SCAR处理城市生活污水的效能及其微生物群落动态分析

利用强化循环厌氧反应器(SCAR)处理模拟城市生活污水,研究不同负荷条件下的反应器运行特征、污泥特性及微生物种群结构.结果表明,水力停留时间(HRT)为6 h可以作为反应器高效运行的关键控制参数,该条件下污水化学需氧量(COD)去除率达到75%以上.随着反应器容积负荷的逐渐提高,颗粒污泥中辅酶F420和产甲烷活性(SMA)逐渐增加,胞外聚合物(EPS)含量也不断提高,其中紧密黏附EPS(TB-EPS)含量的增加尤其明显.厌氧颗粒污泥性状和反应器对污染物的去除效率同时受到污泥负荷和HRT的影响,微生物的群落结构及其在反应器中的空间分布也受到污泥负荷的影响,不同代谢特征微生物在反应器不同空间位置的相对丰度随着污泥负荷的调整而改变.     

膜生物反应器中新型无纺布膜过滤特性及膜污染特征

通过无纺布和聚偏氟乙烯平板膜组件在相同操作条件下的对比实验，研究无纺布膜的过滤特性。结果表明，2种膜的膜生物反应器COD、氨氮平均去除率均＞90%。过膜压力变化表明在长期运行条件下，无纺布可适于作为膜生物反应器的过滤介质，其过滤机理为膜表面滤饼层形成动态膜，从而增强了膜截留能力。膜污染研究表明，无纺布膜阻力主要来自滤饼层（占总阻力的83.6%），经清洗后膜通量可恢复至94%。扫描电镜显示膜表面滤饼层较厚，结合膜阻力分析结果认为，该滤饼层对膜污染和可逆性影响较大。对膜表面和膜孔中胞外聚合物（EPS）的红外分析证实，其中含有蛋白质和多糖物质，而且组分分析表明蛋白质是膜污染物EPS中的主要组分，在膜孔中的含量比滤饼层中还高。     

Quantification of the interactions between Ca,Hg and extracellular polymeric substances (EPS) of sludge

The interactions between metals (Ca²⁺ and Hg²⁺) and extracellular polymeric substances (EPS) extracted from the aerobic and anaerobic sludge in wastewater treatment reactors were investigated using a combination of zeta potential measurement and 3-dimensional excitation–emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy with parallel factor (PARAFAC) analysis. Results show that Ca²⁺ had no substantial effects on the EEM fluorescence spectra of the EPS, but their zeta potentials increased with the increasing Ca²⁺ dosage. However, Hg²⁺ had a significant effect on the EEM fluorescence spectra of the EPS, while their zeta potentials seemed not to be affected by the dose of Hg²⁺. The interactions between Hg²⁺ and EPS were elucidated using the fluorescence quenching with PARAFAC analysis, while the interactions between Ca²⁺ and EPS were evaluated by the zeta potential technique. The binding constants for Hg²⁺ and EPS were two orders of magnitude higher than those for Ca²⁺ and EPS, suggesting that the binding mechanisms between Ca²⁺ and EPS were different from those between Hg²⁺ and EPS. The results might be useful for understanding the roles of EPS in bacterial self-protection against heavy metals and the aggregate formation mechanisms through ionic bridging interactions.