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。      

催化铁内电解法对胞外聚合物形成的影响

为深入了解催化铁内电解法预处理废水对后续生物处理的影响,探讨了污水中新生的铁离子促进载体挂膜的机理,通过对比实验分析了膜中胞外聚合物(EPS)的含量和成因.结果表明,铁离子作为金属连接剂被大量吸附在EPS中,含较多铁离子的废水能增加生物膜中EPS的含量,提高载体的挂膜速率和附着生物量,强化膜的生物降解作用.铁离子更多和糖类官能团连接在一起,EPS中糖类最易消耗,从而造成生物膜脱落,铁离子溶出.     

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）．     

活性污泥胞外聚合物的组成与结构特点及环境行为

在活性污泥处理系统中,微生物大多以污泥絮体的形式悬浮在水中。胞外聚合物(EPS)作为污泥絮体的重要组成部分,以其独特的聚合结构和化学组成,在污水生物处理系统中起到重要作用。为了更好的描述EPS的环境行为,文章综合了近年来国内外相关的研究成果,首先分析了EPS的来源、化学组成及结构分布,得出EPS中包含蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸、糖醛酸及脂类大分子等化学物质,其中蛋白质和多糖之和占总有机物含量的70%~80%;在结构上,EPS分为SB-EPS、LB-EPS和TB-EPS,三者与细胞结合的紧密程度递增,其中所含化学成分比例的不同将使其具有不同的理化特性。其次,文章对EPS的理化特征对污水处理系统的影响,如对系统中微生物降解特性的影响、磷和重金属的吸附等进行了讨论,并总结了EPS中相关的官能团对上述环境行为的贡献。同时,文章还论述了EPS中官能团的亲疏水特性及化学成分对污泥絮体的脱水性、絮凝沉降性能的影响。     

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.     

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...     

污泥性质的重要影响物质-胞外聚合物(EPS)

介绍了胞外聚合物的产生和组成(多聚糖,蛋白质,少量DNA,脂和腐质酸等);胞外聚合物在污泥处理系统中对污泥的絮凝性能、沉降性能、脱水性能及重金属吸附性能的影响;以及胞外聚合物本身的生物降解性。胞外聚合物在废水生物处理中发挥着重要作用。     

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.     

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。     

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。     

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。     

不同组成活性污泥胞外聚合物吸附Cd2+、Zn2+特征

以蛋白质和糖含量比分别为2.5∶1、7∶1和9∶1的3种活性污泥胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)EPS1、EPS2、EPS3作为吸附剂,研究其对水中Cd²⁺、Zn²⁺的吸附效能.结果表明,EPS对Cd²⁺和Zn²⁺的吸附与其组成有关,EPS1、EPS2和EPS3对Cd²⁺和Zn²⁺吸附量分别约为19.5、　27、　17　mg/g和40.5、 47.5、 37　mg/g. 3种胞外聚合物对Cd²⁺、Zn²⁺吸附过程可在1 h内快速平衡.动力学拟合结果表明,EPS1对2种重金属的吸附速率最快,而EPS2对Cd²⁺、Zn²⁺的平衡吸附容量最高.Freundlich和Langmuir方程均可描述3种EPS对Cd²⁺、Zn²⁺的吸附过程,方程参数拟合结果表明2种金属同EPS之间存在多种作用方式.3种EPS的吸附热力学方程拟合系数均表明EPS对Zn²⁺的吸附稳定性、吸附能力和亲和力均比对Cd²⁺的吸附强;当EPS中糖所占比例增加时,其对重金属的吸附能力也提高,表明糖在吸附过程中起着重要作用.     

铅锌矿周边岩溶流域重金属污染及健康风险评价

水质是岩溶区可持续发展中最重要的环境问题之一.为探讨铅锌矿周边岩溶流域重金属污染及健康风险,采集了思的河岩溶流域河水和地下水样品18组,测定了9种重金属的浓度（Cu、Pb、Zn、Cd、Mn、Fe、As、Cr和Sr）,采用了主成分分析、相关分析、水质指数、内梅罗综合污染指数、危害商和危害指数进行分析.结果表明,思的河水呈微碱性,河水中Cu、Pb、Zn、Cd、Mn、Fe、As和Sr浓度距离尾矿库越远其浓度越低.主成分分析和相关分析表明,思的河岩溶流域的重金属主要来自矿山废水的排放（55.42%）、碳酸岩风化溶解（21.41%）和人类活动（14.72%）.河水中82%的样品为优质水,地下水样均为优质水,河水中内梅罗综合污染指数为4.12,属于强污染级,所有危害指数均在1以下.Pb、Zn、As、Cd和Cr是思的河岩溶流域内有潜在威胁的金属.重金属进入岩溶管道后浓度发生了明显变化,表明岩溶含水层特有性质影响着重金属浓度的空间变化.研究结果可为思的河流域和类似岩溶水流域的水资源污染防治和人类健康保护提供数据参考.     

硫酸盐还原菌活性污泥胞外聚合物对环丙沙星的吸附机制

胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)是微生物污泥的重要组成部分,在废水生物处理过程中起着至关重要的作用.通过上流式硫酸盐还原反应器(sulfate-reducing up-flow sludge bed,SRUSB)的连续运行和批次实验评价了硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)活性污泥对环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的去除以及EPS在CIP去除过程中所起的重要作用.结果表明,SRB污泥可通过吸附和生物降解有效去除CIP,其中吸附是主要去除途径,EPS在吸附过程中起到重要作用.采用三维荧光光谱结合平行因子分析探究了SRB活性污泥的EPS与CIP结合的机制;采用傅里叶红外光谱分析鉴定了EPS中参与CIP结合的主要官能团.EPS主要通过静态猝灭与CIP结合形成EPS-CIP复合物,其中色氨酸和酪氨酸类蛋白质是EPS中主要参与CIP结合的物质,结合常数分别为1.43×104L·mol~(-1)和1.02×104L·mol~(-1);红外分析表明,羟基、氨基和羧基是EPS中主要参与CIP结合的基团.实验结果揭示了SRB污泥的EPS与CIP结合的机制,有助于更好地理解EPS在SRB污泥系统去除CIP,以及其他有机微污染物的过程中所起的重要作用.     

胞外聚合物与溶解性微生物产物的关系

通过活性污泥内源呼吸试验,发现胞外聚合物与溶解性微生物产物之间存在相互转化、吸附与被吸附的关系。内源呼吸初期(0~19h),bound EPS水解生成BAP,细胞自溶过程也释放部分SMP。19~43h,微生物利用SMP中易降解部分生成bound EPS和UAP,大分子量的SMP被bound EPS吸附,并存在一定程度的细胞水解。43~162h为SMP分泌、溶出阶段,内源呼吸加强,微生物脱氢酶活性几乎丧失,细胞水解、自溶。bound EPS表面出现SMP解吸-吸附的交替过程。162~210h期间bound EPS水解及细胞自溶为主要过程。并且产出的SMP可生物降解性较差,对微生物表现出毒性作用,抑制其脱氢酶活性,而在毒性环境下,微生物又产出更多的SMP。     

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.