污泥EPS作为阻燃剂的机制归纳与潜力分析

高附加经济价值回收产物胞外聚合物（EPS）提取可以有效推动剩余污泥资源化目标.EPS除可替代传统藻酸盐应用于食品、医药、纺织、印染、造纸和日化等行业外,它在阻燃方面独特的性能已展现出用作高端航空器防火涂层的诱人潜力.这得益于EPS本身复杂的化学结构与物质成分,其优异的相容性、黏附性和生物合成性等优势使它的阻燃与环保性能可能优于市场目前已应用上各种阻燃剂.因此,系统分析和总结EPS的阻燃特性机制对其广泛应用极具现实意义.首先,在总结市售现有各类阻燃剂之优缺点基础上,对比分析EPS阻燃特性以及应用潜力.其次,在阐述EPS中磷（P）元素与类藻酸盐（ALE）物质阻燃原理的情况下,厘清EPS胞外蛋白的协同阻燃过程,以揭示EPS阻燃性能的可能机制.以此为基础上,随之综合评价EPS阻燃特性,并与其他阻燃剂横向对比,总结EPS作为阻燃剂的优势所在.最后,为进一步提高EPS用作表面涂层阻燃材料性能,提出增加EPS磷元素含量、提高和纯化EPS中ALE以及优化EPS与基质的修饰策略.     

除磷颗粒污泥中磷的形态及其含量分析

以实验室培养的4种除磷颗粒污泥为研究对象,利用X衍射法和SMT法对除磷颗粒污泥中磷（P）的形态和含量进行了分析测定,同时利用加热法和超声法将除磷颗粒污泥中胞内物质和胞外物质分离,提取胞外聚合物（EPS）,分析其中总磷（TP）的含量,并进一步研究除磷颗粒污泥的除磷机理。结果表明：除磷颗粒污泥中的磷与Ca、Fe、Al、Na、K、Mg等结合形成磷酸盐化合物,其中无机磷（IP）含量达97%以上,且IP中钙结合磷（Ca-P）含量在53.50%-82.73%之间;EPS的TP含量在34.87%-56.91%之间,说明除磷颗粒污泥中EPS对磷的去除具有积极作用。     

预曝气及提取方法对活性污泥胞外聚合物的影响

为了获得更高的胞外聚合物质（EPS）得率及其对污染物的去除效果,比较了活性污泥预曝气时间及2种提取方法（超声法和甲醛+NaOH法）对提取EPS的影响,分析了EPS的荧光组分以及与污染物去除有关的基团差异.结果表明,污泥经过4h预曝气,EPS得率最高;甲醛+NaOH法提取的EPS是超声法的1.5~1.7倍;其中蛋白质、多糖、DNA含量分别是后者的1.4~1.7、0.8~2和2.3~2.7倍.甲醛+NaOH提取法获得的EPS对高岭土的絮凝率和对Cr³⁺的去除率分别高出超声法16%和33%,絮凝率和去除率分别达到了65%和63%.三维荧光光谱分析结果表明,甲醛+NaOH法提取的EPS中芳香蛋白和溶解性微生物代谢产物含量分别是超声法的1.4~1.9倍和1.8~2.4倍;胡敏酸类物质仅大量存在于甲醛+NaOH法提取的EPS中,且腐殖质与Cr³⁺去除率呈显著相关（P<0.01,R²=0.920）.红外光谱分析表明,甲醛+NaOH法提取的EPS中有区别于超声法的特殊基团,其中-OH、-COOH、-NH₂等基团与Cr³⁺发生了配位络合作用.     

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.     

污泥性质对动态膜形成和膜污染的影响

以一体式尼龙筛网动态膜生物反应器（DMBR）为研究体系,探讨了正常污泥、膨胀污泥和解体污泥的动态膜形成和膜污染特点,并从胞外聚合物（EPS）、相对疏水性（RH）、污泥混合液粘度（μ）、接触角这些物化性质角度定量研究膜污染机理.研究结果表明,膨胀污泥由于丝状菌累积导致严重的泥饼层污染;解体污泥由于胶体颗粒和可溶性物质沉积...     

好氧污泥颗粒化中胞外聚合物（EPS）的动态变化

在SBR中分别运行普通活性污泥和好氧颗粒污泥工艺,考察普通絮体污泥颗粒化过程中EPS的组分变化和分布情况.结果表明,通过减少沉淀时间可以获得质量高的颗粒污泥,污泥系统中的EPS可划分为紧密结合型、松散结合型和溶解性3种;普通污泥期、颗粒污泥初期和颗粒污泥稳定期的EPS含量均以紧密结合型EPS为主,颗粒污泥中总EPS和溶解性EPS含量均高于普通污泥,且颗粒形成初期溶解性EPS增长明显;颗粒污泥中紧密结合型EPS含量相对稳定,松散结合型EPS在不同污泥中含量很低,一个典型反应周期中蛋白质和多糖的变化趋势普遍是先降低后上升,普通污泥和颗粒污泥EPS中蛋白质含量均高于多糖,颗粒形成初期EPS中蛋白质含量有明显上升;普通絮体污泥中EPS和细菌分布均匀,颗粒污泥的表层聚集大量的细菌、内部主要成分是EPS.     

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。     

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.     

剩余污泥水解酸化过程中胞外聚合物的影响因素研究

为了解胞外聚合物(EPS)对污泥水解酸化处理的影响,采用批量试验研究了污泥厌氧水解酸化处理过程中EPS的变化以及温度、pH值、污泥来源、污泥浓度对其的影响.结果表明,pH值和污泥来源对EPS产率、成分有显著的影响.强酸性和强碱性条件下污泥水解过程中溶解性EPS产率是中性条件下的2倍多;强酸性条件下细胞破裂较多,DNA物质占总EPS含量的20%左右;强碱性条件多糖类物质溶出量占总EPS的80%以上.A/O工艺污泥水解酸化EPS产率最大,平均值为41.1mg/gVSS;其次为SBR、氧化沟(OD)和A2/O工艺污泥,其中OD工艺污泥水解酸化产生的EPS中糖类与蛋白质的质量比(φ)值远小于其他工艺污泥.温度由18℃升高至35℃时,溶解性EPS产率增加近50%,多糖所占比例逐渐增大.污泥浓度由2000mg/L升高至6000mg/L,EPS产率增大至38.1mg/gVSS,当污泥浓度达到8000mg/L时,EPS产率明显减少(23.1mg/gVSS).     

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。     

活性污泥胞外多聚物提取方法的比较

活性污泥胞外多聚物(EPS)的定量与其提取方法密切相关。基于文献报道的提取方法,采用超声、加热、甲醛加碱等6种方法对活性污泥的EPS进行提取。测定了其中多糖、蛋白质及DNA含量,以评价提取效率及对细胞的破坏程度。结果表明,各种方法提取活性污泥EPS中的蛋白质均多于多糖,且对细胞破坏程度均较小。加热法,甲醛加碱法和超声提取法的提取效率较高,所得多糖和蛋白质含量之和分别为94.30,72.33和56.55mg/gVSS(挥发性悬浮物);通过对不同超声功率和时间的比较,表明在较低功率(25￣50W)超声,提取效率变化不大,最佳超声提取时间为4min。     

藻-菌颗粒污泥胞外聚合物及其表面特性研究

藻-菌颗粒污泥具有能耗低、温室气体排放量少等优点,近年来在污水处理领域受到关注.胞外聚合物(EPS)在保护微生物免受恶劣环境影响及促进细胞聚集方面发挥重要作用,而关于藻-菌颗粒EPS及其表面特性鲜有报道.选取了粒径范围在0.36~0.71、1~1.25、1.6~2.0 mm的3组藻-菌颗粒,分析了其EPS中多糖和蛋白质的含量,并进一步地对其组成差别以及官能团特征进行探究,探讨了EPS提取前后藻-菌聚集体表面电荷的变化.结果表明,随着粒径的增大,藻-菌颗粒污泥EPS中多糖和蛋白质的含量均有增加,而蛋白质与多糖的比值减小.不同粒径的藻-菌颗粒污泥EPS中芳香蛋白与酪氨酸类物质的含量明显增加,腐殖酸类物质含量亦呈总体增加趋势,与胞外蛋白相比,胞外多糖特征峰的波峰强度增加较明显.进一步分析表明,粒径较大的颗粒可能更能抵御外界环境因素的变化,以维持颗粒性能.以上结果表明,粘性和亲水性的多糖、芳香蛋白和酪氨酸类物质可能更有利于藻-菌颗粒的微生物细胞聚集.本文的研究结果进一步地拓展了对藻-菌颗粒污泥的认识,并为其进一步的工程应用提供基础.     

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.     

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.     

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.     

Purification and molecular weight distribution of a key exopolysaccharide component of Bacillus megaterium TF10

Extracellular polymeric substances (EPS) are organic metabolic compounds excreted by microorganisms. They largely impact microbial aggregate structures and functions. Extracellular polysaccharides (EP) in EPS are responsible for the formation of microbial aggregates. In this work, we successfully separated and characterized EP from EPS of the bacterium Bacillus megaterium TF10. Extraction of EP from EPS was optimized using Sevag''s reagent. Chemical characteristics, functional groups, and molecular weight (MW) distribu-tion of EP were compared with the harvested EPS and soluble microbial products (SMP). We found that the polymers of lower MW and free proteins were successfully removed by Sevag''s reagent. The higher MW components of EPS were predominantly polysaccharides, while the polymers of lower MW tended to secrete to the supernatant and were described as SMP. A part of the proteins in the EP was polysaccharide-bonded. Our results can be further used in elucidating the complex flocculation mechanisms in which EP play a major role.     

烟曲霉胞外聚合物对Pb2+的吸附特性

采用阳离子交换树脂(CER)法提取了烟曲霉胞外聚合物（EPS）,并分析了其生物化学成分.同时,考察了烟曲霉EPS对重金属离子Pb2+的去除效果,探讨了其生物吸附机理和动力学特性.结果表明,CER法提取的烟曲霉EPS多糖含量较高,对细胞破坏程度较小.烟曲霉EPS吸附Pb2+的平衡时间约为3h,最佳吸附pH为6.5,吸附平衡时 Pb2+去除率为73.48%.烟曲霉EPS对Pb2+的吸附平衡均能较好地用Langmuir模型和Freundlich模型来描述,而且更适用Langmuir模型,最大吸附量qm为32.22mg·g -1.烟曲霉EPS的FTIR分析结果表明,多聚糖中的羟基、羧基和C—O—C等是与Pb2+发生了作用的基团,而其中蛋白质的作用不明显.