胞外聚合物(EPS)在藻菌生物膜去除污水中Cd的作用

藻菌生物膜在自然水体和污水生物处理工艺中普遍存在,它们在去除水体中重金属起重要作用。笔者在室内模拟实验的基础上,探讨了丝藻(Ulothrixsp.)-细菌生物膜所分泌的胞外聚合物(EPS)与藻菌生物膜去除毒性金属Cd之间的关系。研究结果表明,EPS主要由丝藻产生,其含量与污水中Cd的去除效率及生物膜中Cd的积累量之间相关性良好。而且,丝藻所分泌的EPS为与其共生的细菌及其本身提供了一个缓冲Cd毒性的微环境,这使藻菌生物膜能在不利的环境中保持较高的活性并能持续有效地去除水体中的Cd。      

受四环素影响的活性污泥胞内外聚合物特征

利用离心加超声的方法对处理四环素抗生素废水的活性污泥胞外聚合物(EPS)和胞内聚合物(IPS)进行提取,将其分为-溶解型胞外聚合物(slime)、松散附着型胞外聚合物(LB)、紧密附着型胞外聚合物(TB)、胞内聚合物(IPS).用BCA法和蒽酮-硫酸法测定了各层EPS和IPS溶液中的蛋白质和多糖含量,同时用三维荧光光谱扫描(EEM)和同步荧光光谱扫描(SFS)对其中的溶解性有机物(DOM)进行定性和定量分析,结果表明在EPS中的蛋白质和多糖的含量高于IPS,且蛋白质含量均比多糖含量高,而在slime和IPS中的蛋白质和多糖的含量高于LB和TB;低激发波长类色氨酸和高激发波长类色氨酸是EPS和IPS溶液的主要成分,且溶液中的溶解性代谢产物和芳香蛋白类物质相对含量在slime、LB、TB和IPS逐渐增加,而难降解有机物-腐殖酸类物质的相对含量逐渐降低;进水四环素浓度与污泥各层EPS和IPS溶液中DOM也具有较好的相关性;三维荧光法检测溶液中的DOM与化学分析测试出的蛋白质含量具有较好的相关性.     

生物污泥对染料的吸附及胞外聚合物的作用

对比研究了4种生物污泥（包括活性污泥、厌氧污泥、干活性污泥、干厌氧污泥）对染料酸性湖蓝A的吸附,并考察了胞外聚合物（EPS）以及外层溶解性胞外聚合物（SEPS）和内层固着性胞外聚合物（BEPS）在此过程中所起的作用．结果表明,4种污泥吸附量与染料平衡浓度之间均既符合Freundlich模型（R²为0.921～0.995）,又符合Langmuir模型（R²为0.958～0.993）,但不符合BET模型（R²为0.07～0.863）．干厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附性能最好,干活性污泥的吸附性能最差．从Langmuir等温方程来看,干厌氧污泥的最大吸附量最高,为104 mg/g,其次为厌氧污泥的吸附（86 mg/g）、活性污泥（65 mg/g）,干活性污泥的最大吸附量最低,仅为20 mg/g．EPS的吸附量占整个活性污泥和厌氧污泥的吸附量的比例均大于50%,活性污泥和厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附主要是EPS的吸附所贡献. 厌氧污泥吸附染料酸性湖蓝A时, BEPS起主要作用; 而活性污泥吸附时,SEPS起主要作用.对2种污泥而言,SEPS的单位质量吸附量均远大于BEPS的单位质量吸附量, 活性污泥平均为52倍, 厌氧污泥为10倍. 厌氧污泥BEPS的吸附用Langmuir模型拟合,效果最好（R²为0.998 6）．     

藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.      

胞外聚合物、Ca2+及pH值对生物絮凝作用的影响

应用阳离子交换树脂从活性污泥中提取了胞外聚合物(EPS),考察了EPS、Ca2 及pH值对生物絮凝作用的影响.结果表明,当pH≥7.5, EPS≥70mg/L,[Ca2 ]≥300mg/L时,有利于生物絮体的形成.通过正交试验,得出pH值、EPS和[Ca2 ]对生物絮体形成综合影响的回归方程: h浊度= -901.70 97.35pH 1.96[Ca2 ] 9.08EPS-0.11pH[Ca2 ]-0.91pHEPS-0.02[Ca2 ]EPS 0.0021pH[Ca2 ]EPS.回归分析表明,pH值对生物絮体形成影响最显著,其次是EPS和Ca2 .     

活性污泥胞外聚合物提取动力学模型

为研究活性污泥胞外聚合物(EPS)提取过程中各参数间的基本关系及优化EPS提取过程,建立了EPS提取过程中浓度随时间变化的动力学模型,并通过前人研究数据和本次试验数据对模型进行验证.结果表明,模型对一些经典文献中的数据拟合效果较好,拟合系数(R2)均大于0.94.对MLSS为(1064.47±298.70)mg/L,MLVSS为(822±147)mg/L的活性污泥进行EPS提取, TOC和蛋白质的拟合效果较好,但多糖和DNA的拟合效果不理想.该模型可以大致估算试验中EPS的最大提取量及任一时间的EPS产量.     

活性污泥处理偶氮染料废水过程中胞外聚合物特性研究

采用序批式反应器(SBR)考察了偶氮染料浓度对活性污泥的污染物去除性能及胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的影响.结果表明,COD、染料及营养物的去除率均随着进水染料浓度的增加而下降,但进水染料浓度对EPS的影响却呈现不同的趋势.当进水染料浓度为5 ～40 mg·L-1时,EPS含量随着染料浓度的增加而增加;当进水染料浓度超过40 mg·L-1时,EPS含量却随着染料浓度的增加而减少.染料的加入导致活性污泥EPS中蛋白质的含量增加,且其变化趋势与EPS变化一致;EPS中腐殖酸的浓度低于蛋白质浓度;而EPS中多糖的浓度最低,为8 mg·g-1.三维荧光光谱结果显示,不同染料浓度下EPS荧光吸收峰数量及位置相同,分别为类蛋白峰(λEx/λEm=240 nm/375 ～394 nm)和类富里酸类峰(λEx/λEm =270 nm/410～416 nm),但两个吸收峰的荧光强度不同.     

基于二价阳离子去除的胞外聚合物提取方法特性比较

胞外聚合物（EPS）在决定活性污泥机械稳定性及理化性质方面发挥着重要作用,对EPS的深入研究和理解有利于更好地认识活性污泥絮体的结构、功能和性质.对EPS高效低损的提取是EPS异位研究的重要前提,而基于二价阳离子去除的EPS提取方法是重要途径之一.本研究分别以实际污水厂和实验室生物反应器活性污泥为EPS提取对象,对阳离子交换树脂（CER）法、乙二胺四乙酸（EDTA）法和柠檬酸钠（SC）法的EPS提取特性进行比较,从而系统梳理基于二价阳离子去除的EPS提取法的不同特点.结果表明,SC法具有最高的EPS提取效率,其EPS提取总量是CER法的1.36～1.53倍,是EDTA法的1.98～2.39倍;蛋白质仍然是3种提取法所得EPS的主要组分,但CER法具有最高的蛋白/多糖比,SC法次之,而EDTA法最低,且高的EPS提取量伴随着高的DNA含量;CER法对EPS组分的扰动最小,可以最大限度地保持EPS组分的原有特性,而EDTA法和SC法会破坏EPS中大分子组分及芳香族蛋白质的分子结构,从而显著改变EPS分子量分布和荧光特性;EPS提取过程中外源提取剂的投加将显著影响EPS分子结构中的官能团分布...     

催化铁内电解法预处理硝基苯废水的机理研究

研究了硝基苯溶液在石墨和铜电极上的电还原特性,并评价了催化铁内电解还原产物的紫外光谱和电还原特性。结果表明,硝基苯能在铜电极上直接发生得电子还原反应,此即催化铁内电解法反应机理的显著特点。本方法对硝基苯废水进行预处理,是各种化学作用和电化学作用的综合效应,因此,具有较高的处理效率。     

一体式膜生物反应器中胞外聚合物的提取方法比较及其对膜污染的影响

本文对一体式膜生物反应器中胞外聚合物(EPS)的提取方法及其对膜污染的影响进行了试验研究,结果表明:胞外聚合物提取方法中,物理方法中的热提法较为简便易行,适当的振荡频率可以提高提取效率,超声波法(30 W-6 min)是可行的提取方法,硫酸法、EDTA法和甲醛-NaOH法联用可以用于活性污泥提取EPS,其中甲醛-NaO...     

蓝藻胞外聚合物对供水管网水质的影响

针对游离态蓝藻胞外聚合物（EPS）在常规水处理工艺中不易去除、残留蓝藻EPS极易进入供水管网的特性,研究了蓝藻EPS对供水管网水质变化及生物稳定性的影响.针对管道使用时限分析了不同管道内部产生附膜条件下,蓝藻EPS对供水管网中余氯、浑浊度、生物稳定性、有机组分等主要水质指标变化规律的影响.结果表明,蓝藻EPS加快了管网余氯衰减速度,导致管网水质浑浊度在12~24h后即超出生活饮用水卫生标准上限,并使管网水质生物稳定性降低,BDOC在72h内增加37.2~39.5%,AOC增加365~393%,总活菌数升高18~20倍.阐明了蓝藻水华爆发时期净水厂出厂水残留蓝藻EPS在管网余氯存在前提下,仍然能够作为微生物营养基质和代谢能量,而促进管道内细菌生长繁殖,增加微生物代谢活性,刺激微生物胞外有机组分分泌释放,导致管网水质二次污染.     

蓝藻胞外聚合物对供水管网水质的影响

针对游离态蓝藻胞外聚合物（EPS）在常规水处理工艺中不易去除、残留蓝藻EPS极易进入供水管网的特性,研究了蓝藻EPS对供水管网水质变化及生物稳定性的影响.针对管道使用时限分析了不同管道内部产生附膜条件下,蓝藻EPS对供水管网中余氯、浑浊度、生物稳定性、有机组分等主要水质指标变化规律的影响.结果表明,蓝藻EPS加快了管网余氯衰减速度,导致管网水质浑浊度在12~24h后即超出生活饮用水卫生标准上限,并使管网水质生物稳定性降低,BDOC在72h内增加37.2~39.5%,AOC增加365~393%,总活菌数升高18~20倍.阐明了蓝藻水华爆发时期净水厂出厂水残留蓝藻EPS在管网余氯存在前提下,仍然能够作为微生物营养基质和代谢能量,而促进管道内细菌生长繁殖,增加微生物代谢活性,刺激微生物胞外有机组分分泌释放,导致管网水质二次污染.     

盐度变化对厌氧污泥胞外聚合物的影响

为探讨盐度变化对厌氧污泥胞外聚合物的影响,采用三维荧光(3D-EEM)和傅里叶变换红外(FTIR)技术,研究了不同盐度下升流式厌氧污泥流化床(UASB)中污泥的松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)与紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)的变化规律,并分析了LB-EPS和TB-EPS与污泥沉降性间的关系.结果表明,进水盐度由0逐渐增加至8%,厌氧污泥LB-EPS和TB-EPS含量分别由4.94和12.25 mg·g~(-1)(以VSS计)增加至41.47和43.04 mg·g~(-1)(以VSS计);LB-EPS和TB-EPS中蛋白(PN)和多糖(PS)含量的比值分别由3.2和3.8降低至1.8和2.3;污泥容积指数(SVI)与LB-EPS、TB-EPS均正相关;3D-EEM光谱显示,色氨酸蛋白和芳环蛋白荧光峰存在于不同盐度下LB-EPS和TB-EPS中,类胡敏酸荧光峰仅存在于盐度高于4%的TB-EPS中;FTIR分析表明,进水盐度的增加导致LB-EPS和TB-EPS中PS的C—O组分相对含量增加.     

胞外聚合物对浸没式膜-生物反应器膜过滤性能的影响

通过浸没式膜-生物反应器（SMBR）处理上海市城市内河水的试验,研究了反应器混合液中和2种疏水性不同的膜上污泥胞外聚合物（EPS）的量、组成、污泥特性及对膜过滤性能的影响.结果表明,混合液污泥中的溶解性EPS和固着性EPS比膜上污泥多,不同污泥的固着性EPS组分中蛋白质（EPSP）/多糖（EPSC）的大小顺序依次为混合液污泥〈亲水膜污泥〈疏水膜污泥.疏水膜污泥中溶解性EPS比亲水膜多,溶解性EPS和固着性EPS量及组分均有很大差异.混合液污泥的EPS流动性大,疏水性膜上污泥EPS的流动性较大.溶解性EPS对污泥特性及膜过滤性能影响较大.SMBR中亲、疏水性膜片上黏附的污泥的相对疏水性分别为53%、59%.比较2种膜片通量的变化发现,疏水性膜污染严重.     

含水介质中胞外聚合物的影响因素研究

明确含水介质中微生物胞外聚合物(EPS)生成量的影响因素,是解决含水层生物堵塞的关键问题.本文在现场样品采集和微生物培养的基础上,通过砂柱试验模拟人工回灌过程,系统研究了进水碳、氮、磷浓度、盐度和温度对含水介质中EPS组成和含量的影响.结果表明,砂柱中EPS最主要的成分为多糖和蛋白质,其中多糖占总量的72%~99%;砂柱生物堵塞程度与介质上附着的EPS含量呈正相关关系,当回灌水碳、氮、磷浓度、盐度和温度分别为50 mg·L-1、5 mg·L-1、1 mg·L-1、0.5%和30℃时,微生物EPS生成量最高,砂柱渗透系数降低最显著,堵塞程度最严重.此外,碳、磷浓度、盐度和温度是影响EPS生成量的主要因素,而氮浓度对其影响不大;碳浓度和盐度对EPS中多糖、蛋白质的组成影响较大,而氮、磷以及温度则影响不明显.     

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.     

污泥蚯蚓堆肥过程中胞外聚合物的结构变化

为揭示污泥胞外聚合物(EPS)特征与蚯蚓堆肥产物腐熟的关系,以无蚯蚓为对照组,探究蚯蚓堆肥对污泥EPS结构变化的影响.结果表明,蚯蚓堆肥显著加快了蚯蚓堆肥产物有机质的矿化速率,其电导率和硝酸盐氮含量比对照组产物分别显著提升了0.64和0.22倍(P<0.05).蚯蚓堆肥产物EPS层中的蛋白质和多糖的总含量比对照组产物分别降低了32.77%和31.54%.三维荧光结果表明,蚯蚓堆肥过程中蛋白质的荧光强度下降速率比对照组更高,其腐殖质在堆肥后期一直处于较高水平.污泥蚯蚓堆肥产物的紧密结合层(TB-EPS)和松散结合层(LB-EPS)中的色氨酸含量比对照组分别减少7.69%和13.62%,而LB-EPS和粘液层(SEPS)中腐殖酸含量比对照组分别增加了25.1%和7.82%.蚯蚓堆肥期间的硝酸盐氮含量和电导率均同SEPS、LB-EPS结构中的DOC、蛋白质和多糖含量呈显著正相关(P<0.05),其总DOC含量与EPS各层中的DOC及多糖含量呈显著相关性(P<0.05).实验过程中对照组仅有机质和DOC含量同EPS各层多糖含量呈显著相关(P<0.05).研究表明,蚯蚓堆...     

海洋底栖硅藻胞外多聚物化学成分的定量研究

海洋底栖硅藻通过分泌胞外多聚物（Extracellular polymeric substance,EPS）实现滑行运动和附着。为探查不同生长期硅藻EPS的变化,以及同一生长期不同硅藻EPS的异同,本文以单个细胞分泌的EPS为考量依据,进行了定量分析。采用热溶剂浸提法对海洋底栖硅藻EPS的水溶性和水不溶性组分进行提取;利用苯酚-硫酸法定量提取液中的多糖,利用考马斯亮蓝G-250法定量蛋白质。结果表明,不同生长期的羽状舟形藻（Navicula pinna）,随着细胞密度增大,EPS中多糖和蛋白质的分泌量减少,且多糖和蛋白质含量存在差异,表明EPS分泌行为因硅藻生长期不同而发生变化;同为生长指数期,三种海洋底栖硅藻:平滑舟形藻（Navicula leavissima）、小形舟形藻（Navicula parva）、羽状舟形藻（Navicula pinna）的EPS分泌量不同,但EPS中的多糖和蛋白质百分含量无明显差别。