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.     

Aeromonas veronii N8不同类型胞外聚合物的性质及其Zn2+吸附特征

以Aeromonas veronii N8为研究对象,对其松散型胞外聚合物(LB-EPS)和紧密型胞外聚合物(TB-EPS)的性质及其吸Zn~(2+)特征进行了研究.结果表明,LB-EPS和TB-EPS具有不同的多糖及蛋白组成比例;与TB-EPS相比,LB-EPS的分子量分布范围较窄,但其平均分子量较大,TBEPS中含有一些LB-EPS不具有的富含芳香族氨基酸的蛋白质,而LB-EPS则含有少量TB-EPS不具有的腐殖酸类物质;1H NMR与XPS分析发现,两种EPS具有相似的结构与元素组成,但各元素在两者中的组成比例并不相同;LB-EPS和TB-EPS具有相似的Zn~(2+)吸附规律,经90 min后二者均能达到吸附平衡,但LB-EPS的吸附率一直大于TB-EPS,二者的吸附率则随着EPS浓度的增加而变大,并随着Zn~(2+)浓度的增加而变小;对比Zn~(2+)吸附前后,两种EPS中属于核酸、多糖与蛋白质在内的一些特征官能团的强度或位置则发生了一定的变化,表明这些特征峰在吸附过程具有不同的功能作用;而LB-EPS和TB-EPS的Zn~(2+)吸附过程则可分别采用Freundlich和Temkin模型进行描述.     

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.     

温度对SBR生物脱氮效能及胞外聚合物的影响

本实验以人工模拟废水为研究对象,采用3组SBR反应器(R_(15℃)、R_(25℃)、R_(35℃)),重点考察了温度对生物脱氮效能、胞外聚合物(EPS)含量及其组分[蛋白质(PN)、多糖(PS)和核酸(DNA)]的影响.结果表明,高温条件有利于促进亚硝酸型生物脱氮体系的建立,显著提高氨氮去除性能.温度对EPS及其组分具有显著影响.随着温度的升高,EPS和TB-EPS含量逐渐降低,而LB-EPS含量逐渐升高,EPS以TB-EPS为主(占69.0%~79.5%),但TB-EPS/LB-EPS比值随着温度升高逐渐降低[3.8(15℃)→3.6(25℃)→2.2(35℃)].在EPS,LB-EPS和TB-EPS中PN和DNA含量随着温度升高而降低,LB-EPS和EPS中PS含量随温度升高而增加.而TB-EPS中PS含量随温度升高而降低,且25℃是各组分浓度变化重要折点.在15℃和25℃时,PN为TB-EPS和LB-EPS的主要成分,PS次之,DNA最少,35℃时,PS成为主要成分,PN次之,DNA最少.此外,本研究也发现,在15℃和25℃时,EPS含量在硝化过程中逐渐增大,反硝化过程中逐渐降低.     

不同负荷下生物膜脱落与载体生物膜生物特性的相互影响

为探究不同负荷下生物膜的脱落特性,对试验过程中生物膜脱落量及载体上生物膜生物特性进行了研究.结果表明:生物膜脱落量随运行时间延长而增大;有机负荷对生物膜脱落量的影响不同,负荷高脱落量大.紧密结合胞外聚合物(TB-EPS)是生物膜胞外聚合物(EPS)的主要组成部分,生物膜EPS量随负荷的增大而增大;EPS中多糖含量越高,生物膜脱落量越小.系统中pH值逐渐下降并抑制生物膜活性,生物膜脱落量随着脱氢酶活性的下降而增加,载体上生物膜脱氢酶活性也会随着生物膜脱落量的增加而下降.生物膜脱落过程中,生物膜微型动物多度、物种数减少,物种多样性水平随着运行时间延长而降低;有机负荷较高,生物膜微型动物多样性较高,物种稳定性指数WS较高而多样性稳定性指数WH较低,但其生物膜脱落量大.因子分析揭示了不同负荷下生物膜脱落与生物膜特性的相互关系,与生物膜脱落紧密相关的因子依次为生物膜组成与活性因子、生物因子、负荷因子等.生物膜脱落与载体上附着生物膜相互作用、相互影响.     

Flocculating characteristic of activated sludge flocs: Interaction between Al3+ and extracellular polymeric substances

Aluminum flocculant can enhance the flocculating performance of activated sludge.However,the binding mechanism of aluminum ion(Al 3+) and extracellular polymeric substances(EPS) in activated sludge is unclear due to the complexity of EPS.In this work,threedimensional excitation emission matrix fluorescence spectroscopy(3DEEM),fluorescence quenching titration and Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR) were used to explore the binding behavior and mechanism between Al 3+ and EPS.The results showed that two fluorescence peaks of tyrosineand tryptophan-like substances were identified in the loosely bound-extracellular polymeric substances(LB-EPS),and three peaks of tyrosine-,tryptophanand humic-like substances were identified in the tightly boundextracellular polymeric substances(TB-EPS).It was found that these fluorescence peaks could be quenched with Al 3+ at the dosage of 3.0 mg/L,which demonstrated that strong interactions took place between the EPS and Al 3+.The conditional stability constants for Al 3+ and EPS were determined by the Stern-Volmer equation.As to the binding mechanism,the-OH,N-H,C=O,C-N groups and the sulfurand phosphorus-containing groups showed complexation action,although the groups in the LB-EPS and TB-EPS showed different behavior.The TB-EPS have stronger binding ability to Al 3+ than the LB-EPS,and TB-EPS play an important role in the interaction with Al 3+.     

交替好氧/缺氧运行模式对生物脱氮效能及活性污泥胞外聚合物的影响

以实际生活废水为处理对象,考察了SBR工艺好氧/缺氧(O/A)和缺氧/好氧(A/O)运行模式对生物脱氮性能、胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)及其组分(蛋白质PN、多糖PS和核酸DNA)的影响.结果表明,O/A和A/O运行模式下,SBR工艺均获得了高效稳定的NH_4~+-N去除,去除率分别为97.5%和98.0%,且硝化速率与NH_4~+-N负荷呈现较好正相关性.交替缺氧/好氧运行模式对于EPS影响,A/O模式下EPS产量略高于O/A模式下,且运行模式对TB-EPS及其组分(PN、PS和DNA)产量无显著影响,但A/O模式下LB-EPS及其组分(PN和PS)产量均高于O/A模式下,倍数介于1.38~1.56之间.2种模式条件下,PS是TB-EPS和EPS的主要组分,而PN是LB-EPS的主要成分.EPS含量与污泥沉降性能具有良好的线性正相关.     

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.     

土壤芽孢杆菌产胞外聚合物对Pb~(2+)吸附特性研究

根据与细菌菌体结合的紧密程度,胞外聚合物(EPS)可以分为粘液层EPS(S-EPS)、松散附着EPS(LB-EPS)、紧密附着EPS(TB-EPS),以土壤芽孢杆菌作为实验菌株,研究了各层EPS在不同温度、pH值条件下对Pb~(2+)的吸附特性,建立了EPS的吸附动力学模型和吸附等温线模型,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察各层EPS吸附Pb~(2+)前后的表观形态的变化.当吸附温度为35℃、pH值为5.5时,S-EPS、LB-EPS、TB-EPS对Pb~(2+)的吸附量分别为91.35、100.61和90.28mg/g,表明LB-EPS对Pb~(2+)的吸附能力更强.各层EPS吸附Pb~(2+)的吸附动力学模型和吸附等温线模型均符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,表明吸附过程分别受化学吸附机理控制和单分子层吸附控制,并通过Langmuir模型计算得到,S-EPS、LB-EPS、TB-EPS对Pb~(2+)的最大吸附量分别为124.224、127.389和119.760mg/g.同时,扫描电镜结果表明吸附前后各层EPS表观形态均差异明显,其中LB-EPS呈肺泡状,具有更大的比表面积,因此更多的Pb~(2+)吸附在其表面.     

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.     

胞外聚合物和信号分子对厌氧氨氧化污泥活性的影响

为了探究胞外聚合物（EPS）对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的影响,分别向厌氧氨氧化颗粒污泥中投加30mg/L的总胞外聚合物（IN-EPS）,松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）.结果表明,3种EPS均可提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性.对于添加了IN-EPS,LB-EPS和TB-EPS的实验组,厌氧氨氧化颗粒污泥的氨氮去除速率分别增加了6.68%,10.5%和19.29%,厌氧氨氧化菌的生长速率分别增加了18.25%,21%,16.3%.三维荧光光谱法分析发现3种EPS的组成基本相同,以芳香族蛋白质和可溶性微生物产物为主.对EPS中的高丝氨酸内酯类（AHLs）信号分子进行检测,发现EPS中含有3种信号分子,分别是C4-HSL,C6-HSL和C10-HSL,外源投加这3种AHLs到厌氧氨氧化颗粒污泥中,结果发现C4-HSL和C6-HSL可以提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性和生长速率,这是EPS可以提高厌氧氨氧化菌活性的原因.     

好氧颗粒污泥形成过程中群感效应的作用研究

通过观察污泥颗粒化过程中胞外聚合物和水解氨基酸的变化情况,同时监测在好氧颗粒污泥形成过程中不同种类酰化高丝氨酸内酯类化合物（AHLs）在AGS形成过程的变化规律,协同研究群感效应对胞外聚合物产生的影响,进而揭示颗粒化过程中污泥变化特征.结果表明,絮状污泥颗粒化过程中,AGS最终平均粒径约为150 μm,胞外聚合物中蛋白质增幅较大且以紧密结合型胞外聚合物及Pellet层胞外聚合物增加为主.污泥胞外聚合物中芳香族类物质及酪氨酸蛋白物质的生成是AGS形成的物质基础;丙氨酸、甲硫氨酸等疏水性物质可促进AGS的生成并维持其稳定.在AGS形成过程中,群感效应整体呈现为加强趋势,其中C4-HSL呈现明显浓度下降趋势,C6-HSL,3OC6-HSL及C8-HSL与胞外聚合物,蛋白质及多糖均呈现正相关趋势,其中C6-HSL和C8-HSL与紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质及多糖呈现极显著正相关.     

碳氮比对活性污泥胞外聚合物的长期影响

以人工模拟废水为研究对象,采用4组SBR反应器（R₀,R₅,R₁₀和R₁₅）,重点考察了碳氮比（C/N）对胞外聚合物（EPS）含量及其组分（蛋白质（PN）、多糖（PS）和核酸（DNA））的影响.试验结果表明：C/N对EPS及其组分具有显著影响.随着C/N由0升高至15,EPS和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）含量逐渐升高,而松散型胞外聚合物（LB-EPS）含量逐渐降低,EPS以TB-EPS为主（占77.4%~93.6%）.EPS和TB-EPS中的PN、PS和DNA含量随着C/N值升高而升高,LB-EPS中的PN、PS和DNA含量随C/N升高而降低.此外,随着C/N的增大,毛细吸水时间（CST）和污泥比阻（SRF）值显著增大,污泥的脱水性能变差.     

次氯酸钠与亚铁对污泥破解及脱水效果的影响

采用次氯酸钠（NaClO）与亚铁（Fe（II））结合处理污泥以提高污泥破解和脱水效能,考察了NaClO和Fe（II）投加量的影响,并通过定量和定性分析污泥中胞外聚合物质（EPS）的迁移转化,确定NaClO和Fe（II）对污泥脱水和破解的机制.试验结果表明,NaClO和Fe（II）投加量（以干泥固体计）分别为44 mg·g^-1和66 mg·g^-1时,污泥毛细吸吮时间（CST）从原泥的112 s下降到66.3 s.同时,NaClO/Fe（II）处理污泥能够使上清液中化学需氧量（COD）显著升高,并使污泥中紧密束缚型EPS（TB-EPS）和松散束缚型EPS（LB-EPS）转化成溶解性EPS（S-EPS）,导致S-EPS的溶解性有机碳（DOC）含量升高,而LB-EPS和TB-EPS的DOC含量降低.此外,NaClO/Fe（II）还能使污泥中有机物质矿化,使3种EPS中蛋白质类和腐殖酸类物质减少.NaClO和Fe（II）能够改善污泥脱水性能,强化污泥破解效果,利于污泥后续的处理处置.     

胞外聚合物对活性污泥吸附生活污水碳源的影响

为探索活性污泥中不同层胞外聚合物(SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS)对污泥吸附性能的影响,以培养污泥、污水厂污泥为研究对象,采用加热法分层提取EPS,研究不同层EPS对生活污水中COD的吸附特征,并采用Lagergern单层吸附动力学模型、Ritchie双层吸附模型和颗粒内扩散模型方程进行动力学数据分析.结果表明:两种污泥的原污泥、-SB污泥和培养-LB污泥与Lagergern单层吸附模型和Ritchie双层吸附模型的拟合效果均比较好,说明污泥吸附过程既存在单层的物理吸附过程,又存在多层的物理化学吸附过程.污泥从外层到内层,EPS含量逐步增加,蛋白质与多糖比值均为外层小于内层,但培养污泥LB-EPS中蛋白质与多糖比值大于TB-EPS.两种污泥单位SB-EPS的吸附量分别为0.650 mg·mg~(-1)、3.37 mg·mg~(-1),吸附速率比原污泥分别增加了0.0997 min-1、0.0390 min-1,因此,SB-EPS可吸附有机污染物,但吸附速率较小.两种污泥单位TB-EPS的吸附量分别为1.06 mg·mg~(-1)、0.443 mg·mg~(-1),吸附速率比原污泥分别增加了10.7 min-1、0.183 min-1,因此,TB-EPS结构紧密,导致吸附速率减慢,但其能很好地将吸附上的污染物保存在菌体细胞壁外而不被释放.而LB-EPS对污染物没有储存能力,只有快速传递污染物的能力.