胞外聚合物的提取与特性分析研究进展

胞外聚合物(EPS)由于具有独特的性能,在废水处理过程中扮演着重要角色,已成为目前的研究热点之一。它是一种附着于细胞表面的不溶性有机物,其主要来源于微生物的新陈代谢和细胞自溶,主要由多糖、蛋白质、核酸和腐殖酸等组成。本文在介绍胞外聚合物的组成、性质和特性的基础上,对生物膜、污泥和细菌胞外聚合物的提取技术、胞外聚合物组成和表面特性分析方法的研究概况进行了综述,并总结了近年来胞外聚合物的发展趋势和应用前景,为胞外聚合物的进一步研究和应用提供有价值的参考。     

胞外聚合物(EPS)在藻菌生物膜去除污水中Cd的作用

基于藻菌生物膜在自然水体和污水生物处理工艺中起到去除水体中重金属的重要作用．在室内模拟实验的基础上探讨了丝藻(Ulothrix sp.)-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的去除率及生物膜中Cd的积累量之间相关性良好．处理含Cd污水生物膜和对照组的生物膜ATP的含量比较表明：Cd对藻菌生物膜整体上具有一定的毒性，并在一定程度上抑制了生物膜的活性和生物量的增长．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．     

亚甲基兰的生物污泥吸附及胞外聚合物作用

对比研究了活性污泥和厌氧污泥对染料亚甲基兰的吸附性能,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,活性污泥中的EPS,SEPS,BEPS以及厌氧污泥中的EPS,BEPS对染料哑甲基兰的吸附更符合Langmuir等温式,厌氧污泥中的SEPS则更符合Freundlich 模型.活性污泥和厌氧污泥中SEPS绝对吸附量均大于BEPS的绝对吸附量,分别为14.1倍和5.8倍.但由于单位质量活性污泥和厌氧污泥中BEPS的质量均远大于SEPS,故活性污泥和厌氧污泥EPS对染料亚甲基兰的吸附主要是BEPS的吸附所贡献.     

亚甲基兰的生物污泥吸附及胞外聚合物作用

对比研究了活性污泥和厌氧污泥对染料亚甲基兰的吸附性能,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,活性污泥中的EPS,SEPS,BEPS以及厌氧污泥中的EPS,BEPS对染料哑甲基兰的吸附更符合Langmuir等温式,厌氧污泥中的SEPS则更符合Freundlich 模型.活性污泥和厌氧污泥中SEPS绝对吸附量均大于BEPS的绝对吸附量,分别为14.1倍和5.8倍.但由于单位质量活性污泥和厌氧污泥中BEPS的质量均远大于SEPS,故活性污泥和厌氧污泥EPS对染料亚甲基兰的吸附主要是BEPS的吸附所贡献.     

胞外聚合物的提取及其吸附性能

为了快速、高效地提取活性污泥的胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS),采用4种方法提取紧密结合型EPS(tightly bound EPS,TB-EPS),对比不同提取方法的优缺点,考察TB-EPS对Mn2+吸附性能的影响,研究了TB-EPS的吸附机理.结果表明:加热...     

活性污泥和生物膜的胞外聚合物提取方法比较

采用加热法、NaOH法、硫酸法、阳离子交换树脂（CER）法、甲醛-NaOH法对3个污水厂的5种生物膜和活性污泥的胞外聚合物（EPS）进行提取实验研究,并以常规高速离心作为对照组.结果表明,不同的提取方法对同一种污泥的EPS各组分构成影响较大.一般情况下,提取总量按从多到少排列如下：NaOH法〉加热法〉甲醛-NaOH法〉...     

氢氧化钠法分离自然水体中的生物膜胞外聚合物

利用氢氧化钠水溶液作为萃取剂,对自然水体中培养的生物膜中的胞外聚合物进行了萃取和分离。通过对糖类、蛋白质、DNA 含量的测定,选择了最佳萃取分离条件。     

磷酸氢二钾法分离自然水体中的生物膜胞外聚合物

利用磷酸氢二钾水溶液作为萃取剂,对自然水体中培养的生物膜胞外聚合物进行了萃取和分离。通过时糖类、蛋白质、DNA含量的测定,选择了最佳萃取分离条件。     

天然水中细菌胞外聚合物对重金属的吸附规律

研究了长春南湖水中优势菌种的胞外聚合物对金属锰、 铅和镉的吸附规律, 结果表明, 3种金属在胞外聚合物上的吸附均遵守Langmuir和Freundlich热力学方程. 而胞外聚合物中锰的存在会影响其对Pb和Cd的吸附.     

好氧颗粒污泥中胞外聚合物作用机理的探讨

结合国内外对胞外聚合物和好氧颗粒污泥技术的最新研究进展,探讨胞外聚合物主要成分蛋白质和多糖对好氧颗粒污泥形成、结构及稳定性的作用机理。蛋白质能增加污泥表面相对疏水性和降低污泥表面电负性,而多糖则起到架桥作用,EPS主要成分变化所引起的疏水反应、离子反应、正负电荷中和反应、架桥作用以及静电反应共同作用于好氧颗粒污泥中。同时分析了剪切力、有机负荷、接种污泥、基质类型、好氧饥饿期等培养条件对胞外聚合物的影响。     

胞外聚合物对厌氧消化酸化预警作用的研究

针对餐厨垃圾高负荷厌氧消化极易酸化且缺乏有效预警指标的技术问题,在中温条件下进行模拟餐厨垃圾单相厌氧消化实验。通过分析对比pH值、产气量、挥发性脂肪酸（VFA）以及胞外聚合物（EPS）等指标在消化过程中的变化,比较了这些指标的酸化预警能力与时间上的先后性。结果表明：pH值在第26 h降到5.5以下,产气量在第22 h增幅小于1%,VFA质量浓度在第22 h超过10 000 mg/L,以常规指标作为酸化预警指标存在一定的滞后性。EPS能更敏感地对体系变化做出反映,即在体系酸化前胞外多糖质量浓度下降,胞外蛋白质质量浓度上升,蛋白质与多糖质量浓度比值整体趋势持续上升直至酸化。以EPS中的蛋白质与多糖质量浓度比作为酸化预警指标能比传统指标提前约5 h,便于对体系及时作出调整,减少工程上不必要的损失。     

进水容积负荷对胞外聚合物的影响

为了提高污水处理的效率,利用序批式活性污泥工艺考察进水容积负荷对胞外聚合物(EPS)的影响.采用Jasco FP-6500三维荧光光度计对EPS进行了荧光分析.结果表明,在进水容积负荷为8.63kg COD/(m3·d)时,EPS质量浓度为75～80mg/L,通过三维荧光光谱分析得到两条独立清晰的类蛋白荧光吸收峰.当进水容积负荷为18.5kg COD/(m3 ·d)时,EPS质量浓度为(89.52+0.46)mg/L,蛋白质质量浓度为26.45～28.9mg/L,多糖质量浓度为(9.38±0.35)mg/L,荧光峰强度显著增加.高容积负荷导致EPS质量浓度增加,组分未发生变化.当进水容积负荷为3.73kg COD/(m3·d)时,EPS质量浓度为(69.8±1)mg/L,蛋白质质量浓度为22.02～29.05mg/L,多糖质量浓度为(5.34±0.6)mg/L,荧光峰强度减弱.低进水容积负荷导致EPS质量浓度较低.     

重金属离子检测方法研究进展

重金属污染已成为农业环境和农产品安全亟待解决的问题,对重金属离子的检测研究和重金属污染防控至关重要。现从原理、优缺点、研究进展方面综述了电化学检测法、光学检测法、生物学检测法等常规重金属离子检测方法,并对高光谱遥感技术、太赫兹时域光谱技术、共振光散射技术、纳米技术等新型检测技术做出相关介绍,最后对各种传统检测方法与新型检测方法做了对比分析,在此基础上提出了新的重金属同位素检测技术可能性方案,并对重金属检测技术研究发展方向做出展望。     

水溶性共轭聚合物对过渡金属离子的检测

通过对3种主链分别带有联吡啶、吡啶和苯的阴离子型水溶性聚对芳撑乙炔水溶液中加入不同价态的过渡金属离子,研究其紫外吸收和荧光发射谱图的变化,了解水溶性聚对芳撑乙炔产生荧光猝灭的机理.研究表明,过渡金属离子的价态会影响聚合物在水溶液的链积聚程度,并最终对共轭聚合物猝灭效应产生很大的影响.     

响应面法优化胞外聚合物的提取方法

以啤酒厂废水处理过程中的活性污泥为研究对象,采用Box-Behnken设计及响应面法对EPS的提取条件进行优化,得到最优EPS的提取条件为pH值7.1,温度57℃,超声时间3min左右,超声波功率37W.在最优条件下,EPS的实际提取量为153.446mg/g VSS.     

水质对生物黏泥胞外聚合物成分的影响

针对循环冷却水补充水的水质特点,采用单因素实验方法分别考察了营养物质(BOD5,NH4+-N,TP)、颗粒物(CaCO3)、矿物质(Ca2+,Mg2+,Na+,Fe3+)等因素对生物黏泥胞外聚合物成分的影响.研究结果表明:循环冷却水系统生物黏泥胞外聚合物主要由多糖构成;控制营养物质达到c(BOD5)≤5 mg/L,c(NH4+-N)≤6 mg/L,c(TP)≤1mg/L,颗粒物满足c(CaCO3)≤40 mg/L,矿物质满足c(Ca2+)≤210 mg/L,c(Mg2+)为85～185 mg/L,c(Na+)≤120mg/L,C(Fe3+)≤1 mg/L,可使生物膜中的胞外聚合物(EPS)含量最少.     

微生物胞外聚合物在环境工程中的应用进展

微生物胞外聚合物(EPS)具有可以充当吸附剂、絮凝剂、混凝剂及固定微生物等潜能.系统综述了基于EPS在环境工程领域中的应用研究进展,详细阐述了EPS在土壤中污染物去除及土壤修复的研究成果,指出了EPS作为生物絮凝剂的优势,并对EPS的作用机理进行探讨,以期为EPS在环境工程中的深入研究给予借鉴和指导.     

A／O 两种工况条件下污泥胞外聚合物的比较研究

研究A/O全部回流与部分回流工艺各反应阶段污泥胞外聚合物的组成情况以及与污泥性能的关系,采用蒽酮-硫酸法、考马斯亮蓝法分别测定了污泥胞外聚合物中多糖和蛋白质的浓度,结果表明,污泥的絮凝沉降性与多糖蛋白质总量没有明显规律,而是受多糖与蛋白质比值的影响,多糖所占比例越大,污泥絮凝性就越差;多糖与蛋白质比值在中性环境比碱性环境和酸性环境大,多糖/蛋白质值约32.7,酸性环境下,多糖与蛋白质比值最小,多糖/蛋白质值约4.72．     

表面活性剂调理下污泥中胞外聚合物分布与束缚水含量的关系

通过考察污泥调理过程中滤饼含水率、束缚水含量变化、EPS各层组分分布、傅里叶红外光谱等指标,研究表面活性剂作用下,胞外聚合物分布与束缚水含量的变化关系。研究结果表明:十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)的加入导致污泥中紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS)含量降低,松散结合的胞外聚合物(LB-EPS)、黏液层胞外聚合物(S-EPS)含量升高,有效降低束缚水的含量,提高了污泥脱水效果。表面活性剂投加量为75 mg·g-1时,污泥中束缚水含量降至1.58 g·g-1,污泥滤饼含水率降至65.78%。在表面活性剂作用下,部分EPS水解生成小分子有机物,S-EPS中有机官能团的总量和种类都有明显增多。TB-EPS占污泥中EPS总量的大部分,其中,蛋白质、多糖与束缚水存在显著的正相关性,是影响污泥束缚水含量的主要因素。     

浓缩污泥中胞外聚合物组分与脱水性的关系

为研究浓缩污泥中胞外聚合物的组分(蛋白质和多糖) 对污泥脱水性的影响, 对添加和未添加腐殖土的浓缩污泥进行21天的高温(55℃) 厌氧消化试验。通过离心和热提取的方法分别提取浓缩污泥中的溶解态胞外聚合物(dissolve-EPS)及结合态胞外聚合物(bound-EPS),并对污泥的溶解态和结合态的胞外聚合物以及脱水性(毛细吸水时间表征) 进行跟踪监测。结果表明, 高温厌氧消化过程中, 污泥毛细吸水时间随时间的增加逐渐增大。统计分析结果表明, 污泥毛细吸水时间与溶解态蛋白质和多糖有显著地正相关(0.868, 0.959), 与结合态蛋白质和多糖有显著地负相关(-0.783, -0.831)。厌氧消化21天后, 添加腐殖土的污泥中溶解态多糖比未添加的低 7% 左右, 而溶解态蛋白质、结合态蛋白质和多糖没有明显变化。添加腐殖土的污泥毛细吸水时间比未添加的降低了25% , 这表明, 污泥中溶解态多糖对污泥的脱水性起主要作用。