胞外聚合物EPS对污泥理化性质影响研究

胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance,EPS)是一种附着于细胞表面的不溶性有机聚合物,其主要来源于微生物的新陈代谢和细胞自溶,主要是由多聚糖、蛋白质、核酸和腐殖酸等组成.分析了EPS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的影响.     

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。     

胞外聚合物(EPS)对污水处理影响的研究进展

胞外聚合物(EPS)是污水处理厂生物处理单元常见的微生物副产物,它的赋存情况对污水处理厂不同单元的影响不同。基于已有研究成果,总结了EPS的定义,对其架构、组成及功能等进行了详细描述;分别综述了EPS在生物处理单元对微生物生长、颗粒污泥的形成、微生物聚集体的絮凝与沉降性能的影响,在深度处理单元对渗透膜通透性、催化剂传质等性能的影响,在污泥处理单元对污泥消化和脱水性能的影响,并对EPS在不同污水处理单元的行为机理进行了汇总与探索;最后对未来EPS在污水处理中的研究方向与研究内容进行了展望。     

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.     

污泥胞外聚合物的提取方法及其对污泥脱水性能的影响

采用7种不同方法提取污泥胞外聚合物(EPS),并研究污泥不同层EPS剥离前后对污泥脱水性能的影响.结果表明,甲醛+NaOH和2%EDTA提取法对污泥中紧密结合的胞外聚合物(tightly bound extracellular polymeric substances,TB-EPS)提取效率最高,总固体(SS)中的EPS提取量分别为128.9 mg.g-1和42.38 mg.g-1,但提取后细胞破裂严重,不能代表污泥EPS的真实含量,不宜采用.加热法较为温和,提取效率较高,总SS中EPS产量为21.97 mg.g-1.污泥剥离黏液层(Slime层)、松散结合的胞外聚合物(loosely bound extracellular polymeric substances,LB-EPS)和TB-EPS层后污泥的脱水性能大幅度改善,其中Slime层EPS含量越高污泥的脱水性能越差,当污泥EPS大量地释放到溶液中即Slime层时污泥的CST值大幅度升高,污泥的脱水性能变差.石湖墟和昂船舟污泥初始的毛细吸水时间(CST)为132.9 s和229.9 s,当剥离Slime层时这2种污泥的CST值分别为80.8 s和79.4 s,脱水性能得到明显改善.     

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）．     

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。     

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。     

有机负荷对污泥胞外聚合物(EPS)分泌特性及信号分子释放差异的影响

考察了连续流A2/O系统在3个有机负荷[0.29,0.58,1.16 kg COD/(m3·d)]条件下,胞外聚合物(EPS)分泌特性及信号分子(AHLs)的释放差异.结果表明:TB-EPS是污泥系统中EPS主要成分,TB-EPS组分具有较高的分子量,且分子量分布更广.有机负荷对LB-EPS各组分的影响大于TB-EPS...     

电子受体类型对聚磷污泥胞外聚合物的影响研究

采用3种电子受体(硝氮、亚硝氮、氧),在SBR反应器中分别驯化了具有稳定除磷能力的聚磷污泥。对比研究了不同聚磷污泥胞外聚合物(EPS)的组分与含量,结合三维荧光光谱对EPS中有机物质进行分析。研究表明,以硝氮、亚硝氮为电子受体的聚磷污泥EPS平均浓度较为接近,分别为115.6mg/gVSS、133.5 mg/gVSS,由厌氧段至缺氧段,EPS总浓度有所下降。以氧为电子受体聚磷污泥的EPS平均浓度相对较高,为194.5 mg/gVSS,由厌氧段至好氧段,EPS总浓度略有升高。不同聚磷污泥的EPS组分均以胞外蛋白为主,占EPS总量的53%~65%,多糖与核酸占EPS总量28%~34%、5%~7%。三维荧光光谱显示3种聚磷污泥EPS均具有芳香结构蛋白质、可溶性代谢物的荧光峰,另外,以硝氮为电子受体的聚磷污泥还具有明显的腐殖酸类物质的荧光峰。研究结果表明电子受体对聚磷污泥EPS的组分、浓度、有机质类别有一定的影响。     

厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及其对污泥表面特性的影响

取厌氧氨氧化EGSB反应器中颗粒污泥,根据粒径筛分为R1(0. 5～1. 4 mm)、R2(1. 4～2. 8 mm)和R3( 2. 8 mm)这3组.提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS,分析EPS特性及其对厌氧氨氧化聚集体表面特性的影响.随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增加,PS含量介于(10. 69±0. 11)～(12. 28±0. 15) mg·g~(-1)之间,而PN含量从(56. 88±0. 86) mg·g~(-1)增加到(98. 59±2. 10) mg·g~(-1),且PN/PS从5. 32提高到9. 05.不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS官能团及三维荧光组分含量不同.随着颗粒污泥粒径增大,蛋白质二级结构α-螺旋/(β-折叠+无规卷曲)值从0. 60逐渐降低到0. 43,这种变化有利于污泥表面疏水性的表达.随着颗粒污泥粒径的增大,污泥表面疏水性由54. 2%提高到63. 1%,Zeta电位由-41. 2 m V增加到-31. 5 m V,疏水性的增强和表面电荷的增大有利于颗粒污泥的聚集.厌氧氨氧化颗粒污泥EPS可以增强污泥疏水性和提高Zeta电位,EPS中的PN发挥着重要的作用.     

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。     

Fenton氧化破解剩余污泥中的胞外聚合物

利用Fenton试剂的强氧化性破解剩余污泥中的胞外聚合物（EPS）,通过释放出的多聚糖、蛋白质浓度以及SCOD的变化表征EPS的破解程度,旨在找出Fenton氧化破解EPS的适宜反应条件．结果表明,pH = 2.5,反应时间90 min,H₂O₂/Fe²⁺（质量比）= 8∶1,温度65～70℃为适宜反应条件．该条件下经Fenton氧化,污泥上清液中的SCOD、多聚糖和蛋白质浓度分别由45.88、 10.96和11.99 mg·L^-1增加到684.93、 382.17和302.62 mg·L^-1;污泥颗粒平均粒径和中值粒径分别由供试污泥的838.89 μm和859.20 μm减小到137.22 μm和148.69 μm．Fenton氧化可以有效破解污泥中的EPS,提高污泥的无机化程度,有利于污泥的减量化和资源化．     

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.     

膜生物反应器中排泥方式对污泥胞外聚合物的影响

研究了膜生物反应器(MBR)中间歇排泥以及连续排泥条件下污泥停留时间(SRT)与污泥胞外聚合物(EPS)变化的关系。试验结果表明:在间歇排泥方式下的污泥EPS都明显高于连续排泥方式下的。随着SRT的增加,附着型EPS浓度先是稍有减少,之后快速增加,溶解性EPS则增加。     

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。     

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.