好氧颗粒污泥胞外聚合物（EPS）的生化性研究

将人工培养的好氧颗粒污泥进行饥饿试验,研究EPS的可生化性.结果表明,好氧颗粒污泥EPS是由40%可生物降解EPS和60%不可生物降解EPS组成的,其中可生物降解EPS可作为颗粒污泥自身的能源,而不可生物降解EPS则不行,但其对颗粒污泥的立体结构有巨大作用.将从新鲜好氧颗粒污泥中提取的EPS投加到好氧颗粒污泥和活性污泥中,提取的EPS均可被两者作为碳源利用,且活性污泥对EPS的利用速率是好氧颗粒污泥的1.5倍;而从饥饿好氧颗粒中提取的EPS作为两者碳源时,均没有明显的利用效果,说明不可生物降解的EPS不能作为两者的能源.     

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）．     

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.     

胞外多聚物在好氧颗粒化中的作用机理

在上流式反应器中培养好氧颗粒污泥,研究胞外多聚物在好氧颗粒污泥中的作用.结果表明,胞外多聚物有机组成中蛋白质与总糖的比值在颗粒污泥形成过程中增加了近2.5倍,它是影响颗粒污泥形成的重要因素.蛋白质与总糖比值增加,则污泥表面负电荷降低、疏水性增加,有利于好氧颗粒污泥的形成和稳定.     

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。      

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。     

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.     

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.     

Fenton预处理强化污泥脱水:胞外聚合物和黏度的特性研究

Fenton试剂具有高效破坏污泥絮体及改善污泥生物可降解性的能力,而被视为强化污泥脱水的有效手段。对Fenton预处理强化污泥脱水过程中污泥胞外聚合物(EPS)和黏度对污泥脱水性能的影响进行了研究,污泥脱水性能采用毛细吸水时间(CST)评价。结果表明:Fenton预处理时,H_2O_2添加量和m(H_2O_2)∶m(Fe~(2+))对污泥的脱水性能有重要影响,优化的污泥脱水条件为m(H_2O_2)∶m(Fe~(2+))=1∶1,H_2O_2添加量200 mg/g(VSS);m(H_2O_2)∶m(Fe~(2+))和H_2O_2添加量对污泥中EPS分布影响显著,EPS分量分布具有明显差异,可能原因为Fenton试剂对污泥絮体结构的破坏程度不同;污泥CST与EPS分量之间基本不符合线性相关,而非线性回归随H_2O_2添加量变化相关性排序为:100>150>200>25(单位为mg/g,以单位质量VSS计);污泥黏度总体上随m(H_2O_2)∶m(Fe~(2+))的增大而增加,而随H_2O_2添加量的增加逐渐下降,污泥CST值与黏度总体上呈显著正相关。     

Ca~(2+)、Mg~(2+)对好氧污泥快速颗粒化的影响研究

为研究金属离子的投加对好氧污泥颗粒化进程的影响,在3个构造一致的序批式活性污泥反应器(SBR)中分别接种普通活性污泥、投加50 mg·L-1Ca2+的活性污泥和投加50 mg·L-1Mg2+的活性污泥来培养好氧颗粒污泥.结果表明:金属离子的投加能缩短好氧污泥颗粒化时间,改善颗粒污泥的性质,Ca2+更多地影响颗粒污泥的物理性质,Mg2+主要影响生化性质.Ca2+、Mg2+的投加可促进细胞分泌胞外聚合物(EPS),以及蛋白质(PN)和多糖(PS)的含量增加,且Mg2+较Ca2+对EPS中组分及组分比例影响更大.此外,Ca2+、Mg2+投加下培养的好氧颗粒污泥具有更强的除污性能.     

Functions and behaviors of activated sludge extracellular polymeric substances (EPS): a promising environmental interest

Extracellular polymeric substances （EPS） are the predominant constituents of activated sludge and represent up to 80% of the mass of activated sludge. They play a crucial role in the flocculation, settling and dewatering of activated sludge. Furthermore, EPS also show great efficiency in binding heavy metals. So EPS are key factors influencing reduction in sludge volume and mass, as well as activity and utilization of sludge. EPS are of considerable environmental interest and hundreds of articles on EPS have been published abroad, while information on EPS in China is limited. In this paper, results of over 60 publications related to constituents and characteristics of EPS and their influences on flocculation, settling and dewatering of sludge are compiled and analyzed. Metal-binding ability of EPS is also discussed, together with a brief consideration of possible research interests in the future.     

连续进水对好氧颗粒污泥稳定维持的影响

为了考察连续进水对好氧颗粒污泥稳定维持的影响,在SBR反应器中接种成熟的好氧颗粒污泥,采用连续进水、间歇出水的方式运行.在反应器运行过程中,部分好氧颗粒污泥解体,完整存在的好氧颗粒污泥表面附着生长树枝状污泥和少量丝状菌.SVI在最初的13d内逐步上升,随后趋于稳定.同时,考察了好氧颗粒污泥在连续进水运行过程中EPS含量的变化以及EPS的空间分布变化:胞外多糖的含量在运行过程中呈下降趋势;胞外蛋白的含量整体呈先上升后下降的趋势;反应器运行15d后,胞外蛋白和胞外多糖的含量趋于稳定.连续进水运行30d后,EPS空间分布最大变化是β-D吡喃葡萄糖,它大量聚集在颗粒的表层及颗粒中伸出的树枝状污泥及丝状菌的表层.本研究表明,连续进水的运行方式不利于好氧颗粒污泥的稳定维持,底物浓度梯度为好氧颗粒污泥稳定维持的重要因素之一;EPS的分泌量以及空间分布对好氧颗粒污泥的形成及其稳定维持起着至关重要的作用.     

处理含油废水的好氧颗粒污泥形成过程及其特性研究

含油废水中因含有较高浓度的油脂类物质和聚合物而对环境造成危害,威胁人类健康,同时,为解决采用传统膜分离工艺运行成本较高的难题,开展了基于好氧颗粒污泥技术的含油废水处理研究.结果表明,以含油废水启动反应器,经35 d好氧颗粒污泥培养成熟,COD和溶解性油的去除率高达86.0%和94.2%;在絮状污泥颗粒化过程中,污泥胞外聚合物中蛋白质类物质含量提高3.7倍,蛋白质类物质与多糖类物质比值升高到2.72,证明胞外聚合物内蛋白质类物质浓度增加是活性污泥颗粒化的重要因素;好氧颗粒污泥荧光光谱结果显示好氧颗粒污泥中蛋白质类物质的稳定存在是好氧颗粒污泥形成的重要因素.选取好氧颗粒污泥技术处理含油废水的效果和成本均优于常规生物处理工艺和膜分离工艺,由于污泥及其胞外聚合物中多糖类和蛋白质类物质含量均较高,适用于回收污泥资源,对含油污泥的资源化利用意义重大.     

信号分子在好氧颗粒污泥形成过程中的作用

采用人工配水成功培养好氧颗粒污泥,针对絮状污泥颗粒化过程中污泥的理化性质、污染物去除效率、胞外聚合物和信号分子变化进行相关分析.结果发现,在好氧颗粒污泥的形成过程中,污泥对污染物去除能力明显提高.与接种污泥相比,成熟的好氧颗粒污泥对COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率分别提高20%、36%和57%.好氧颗粒污泥中胞外蛋白质和多糖含量分别增加了116和31mg/gMLVSS.采用激光共聚焦扫描显微镜对接种污泥和好氧颗粒污泥进行空间表征,发现后者蛋白质含量明显增加,说明蛋白质在污泥颗粒化过程中具有重要作用;磷酸二酯酶活性总体呈现上升趋势,第二信使环二鸟苷酸（cyclic diguanylic,c-di-GMP）含量先增加后降低,与胞外聚合物中蛋白质和多糖的变化规律相似.通过SPSS软件进一步分析得知,c-di-GMP与蛋白质相关系数R²=0.92871,呈极显著相关性;与紧密结合型胞外聚合物中蛋白质相关系数R²=0.89025,呈显著相关性,推测c-di-GMP可能是通过指导紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质合成以促进好氧颗粒污泥的形成.     

颗粒活性炭诱导亚硝化污泥快速颗粒化

采用两组平行SBR反应器,R1反应器投加颗粒活性炭,R2反应器不投加,其他运行参数保持一致.在常规生活污水中投加氨氮作为进水,研究颗粒活性炭对亚硝化颗粒污泥形成的影响.结果表明,在颗粒形成初期,投加的颗粒活性炭作为初始晶核,节约了小颗粒的形成时间,R1反应器仅22d便实现污泥颗粒化,而R2反应器运行38d才形成颗粒;同时,在整个运行阶段,R1反应器中的胞外聚合物(EPS)含量,尤其是其中的蛋白质(protein, PN)含量,明显高于R2反应器的,进一步证实颗粒活性炭的投加有利于亚硝化颗粒污泥的快速形成.除此之外,R1反应器中的氨氧化率和亚硝化率相对较高,且波动幅度小,表明颗粒活性炭的投加有助于维持亚硝化颗粒污泥处理效果的稳定性.     

以脱水污泥为接种污泥促进好氧污泥颗粒化

以脱水造粒形成的物理颗粒污泥为接种污泥,明显提高了好氧污泥颗粒化速度.研究结果表明：在第20d,接种物理颗粒污泥的R2中90%以上的污泥粒径即大于0.2mm,而接种絮状污泥的R1中只有26.7%.颗粒化过程中,接种物理颗粒污泥的R2中SVI始终小于80mL/g沉降性能良好,第25d时污泥浓度为6300mg/L,而R1为3200mg/L.脱水过程未对污泥活性造成明显影响,培养期间两者COD去除率均大于90%,但培养后期R2中TN的去除率约为70%,明显优于R1的55%,其主要原因为R2中的污泥粒径大于R1.经过5d的曝气剪切后仍有39.8%的物理颗粒污泥大于0.2mm,为颗粒化提供了大量诱导核,同时物理颗粒污泥内部营养传输孔道的形成与EPS的內源消化和反硝化产气有关.     

亚硝化颗粒污泥中EPS提取方法与组成特性的比较研究

以异养型好氧颗粒污泥(AGS)、普通活性污泥(AS)和厌氧颗粒污泥(An GS)为参照,考察了5种方法对亚硝化颗粒污泥(GNS)中胞外聚合物(EPS)的提取效果,以选出最佳方法,并通过测定蛋白质(PN)/多糖(PS)含量、三维荧光(3D-EEMs)与傅里叶红外(FT-IR)图谱,比较分析了GNS中EPS的组成特性.结果表明,甲醛-Na OH法能在有效保护细胞结构的同时,获得较高的EPS提取效率,而耗时更短的甲醛-热碱法对GNS也同样适用.尽管亚硝化颗粒污泥的EPS总量低于其他污泥样品,但高比例的PS成分有利于自养型微生物的固着生长.从可溶性微生物代谢产物(λEx/λEm=250~310 nm/320~380 nm)和芳香类蛋白质(λEx/λEm=200~250 nm/280~380 nm)所对应的荧光峰强度及红外图谱可知,GNS具有比AS更高的微生物活性和更丰富的结构性蛋白,且EPS组成更为简单.