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污泥胞外聚合物的提取方法及其对污泥脱水性能的影响
更新时间:2016-07-29 来源:《环境科学》 作者:周俊,周立祥,黄焕忠

摘要: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.

活性污泥法处理污水过程中产生大量的剩余污泥,剩余污泥主要是由污水中的悬浮物、胶状物及微生物的絮体组成[1]. 胞外聚合物( extracellularpolymeric substances,EPS) 是微生物在一定的环境下,其代谢过程中分泌的包围在细胞壁外的多聚物,EPS 的成分和微生物的胞内物质类似,主要是一些高分子的聚合物,如蛋白质、多糖和核酸等聚合物,一般认为EPS 占活性污泥总有机质的50% ~90%[1 ~ 3]. EPS 对污泥絮体的束水容量具有重要的贡献,污泥中大部分的水结合在EPS 中,因此EPS被认为是影响污泥脱水性能的最主要因素[3 ~ 5]. 国内外关于EPS 与污泥脱水性能的关系研究较多,但结果不一致. Kang 等[6]研究从一种污泥中提取的EPS 添加到另外一种污泥中,发现其对污泥的脱水有负作用; Houghton 等[7]研究发现添加一定量的EPS 能够促进污泥的脱水; 王红武等[8]研究发现EPS 的组成对污泥脱水有显著的影响,松散结合的胞外聚合物( LB) /紧密结合的胞外聚合物( TB) 越大,污泥的脱水性能越差,而EPS 的总量对污泥的脱水性能影响不大; Li 等[9]研究也发现尽管一定量的EPS 对污泥的脱水性能有促进作用,但是过多的EPS 反而导致污泥的絮凝和脱水性能变差. 因此,目前关于污泥EPS 的含量和组成对污泥脱水性能的影响尚存在争议.

为了更好地研究污泥胞外聚合物与污泥脱水性能的关系,需要探索合理的污泥胞外聚合物的分层及提取方法. EPS 提取的一个关键要素是所选的方法不但能够准确地将其从细胞表面分离出来,而且要足够温和,避免引起细胞的裂解和溶解,从而导致细胞的内聚物泄漏到胞外,造成EPS 数量和成分分析的误差,一般采取EPS 中DNA 的相对含量作为检验细胞相对破裂程度的标准[1, 10, 11]. 为了更好地研究污泥各层的EPS 及其组分对污泥的脱水性能的影响,本实验结合前人的研究结果[3, 12]及实验室摸索,引入污泥EPS 的分层概念,即按照有机物与细胞相的结合程度,将污泥的EPS 分为黏液层( Slime) 、松散结合的胞外聚合物( loosely boundextracellular polymeric substances,LB-EPS) 和紧密结合的胞外聚合物( tightly bound extracellular polymericsubstances,TB-EPS) ,然后研究加热法、超声波法、甲醛法、甲醛+ 超声波法、EDTA 法和甲醛+NaOH 法、对照等7 种方法对污泥胞外聚合物提取效果进行研究,通过对EPS 中组分的定量分析,评价不同方法的提取效果. 同时,研究污泥剥离不同层的EPS 前后污泥脱水性能的状况,了解污泥各层EPS 对污泥脱水性能的影响,以期为获得较为合理的EPS 提取方法及研究EPS 与污泥脱水性能的关系奠定基础.

版权、出处:《环境科学》

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