不同種類污泥中胞外多聚物的研究

金淑芳 張 燚 劉 敏

（1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065；2.深圳市中蘭環(huán)保科技股份有限公司，廣東深圳，518001；3.深圳市環(huán)境科學(xué)研究院，廣東深圳，518001）

胞外多聚物是在一定的條件下細(xì)菌分泌的一種黏性物質(zhì)，它主要由蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)、脂肪、核酸以及無機(jī)物質(zhì)組成，其中蛋白質(zhì)（PN）和多糖（PS）是胞外多聚物的主要組成部分［1，2］。EPS作為污泥中除水分和細(xì)胞外的第三大組成部分，對(duì)污泥物化性質(zhì)、疏水性及絮凝性等均有較大影響。

陽離子交換樹脂法具有對(duì)細(xì)胞破壞性小、污染少和提取率高等優(yōu)點(diǎn)［3－5］，已廣泛應(yīng)用于活性污泥中EPS的提取，然而對(duì)于厭氧污泥，尤其是厭氧產(chǎn)氫污泥和產(chǎn)甲烷顆粒污泥中的研究較少。本研究采用陽離子交換樹脂法分別對(duì)厭氧產(chǎn)氫顆粒污泥、厭氧產(chǎn)甲烷顆粒污泥、厭氧產(chǎn)氫絮狀污泥和好氧污泥中EPS進(jìn)行提取，以探究該方法的可行性及各污泥中EPS含量的差異。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 污泥來源

本研究所采用厭氧顆粒污泥均為實(shí)驗(yàn)室自己培養(yǎng)，厭氧產(chǎn)氫絮狀污泥為顆粒污泥儲(chǔ)存后解體的污泥；好氧污泥為成都市某污水處理廠回流區(qū)的污泥。測(cè)定前污泥性質(zhì)均較為穩(wěn)定。

1.2 儀器與試劑

儀器：磁力攪拌器，分光光度計(jì)，離心機(jī)，電熱鼓風(fēng)干燥箱，電子天平等。

試劑：所用氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉、陽離子交換樹脂（001×7，50×8，Na＋型）、牛血清白蛋白、葡萄糖、酚試劑、濃硫酸、蒽酮、硫酸銅、碳酸鈉、酒石酸鉀鈉等均為市售分析純。

1.3 EPS的提取

本試驗(yàn)選取的是國產(chǎn)732型陽離子交換樹脂，首先對(duì)該樹脂進(jìn)行清洗，具體為：用8%的氯化鈉溶液浸泡14小時(shí)，水洗至中性；隨后用5%的鹽酸溶液浸泡5h，水洗至中性；最后用5%的氫氧化鈉溶液浸泡5h，水洗至中性；如此反復(fù)清洗三次后待用。隨后對(duì)EPS進(jìn)行提取，取一定體積的污泥，混合均勻后作為樣品。采用離心機(jī)，于3000r/min下離心10min，棄去上清液，補(bǔ)充二次磷酸鹽緩沖液（pH值為7.0）至原污泥體積，并攪拌均勻，重復(fù)3次，得到洗去雜質(zhì)的活性污泥。量取30mL該污泥樣品，加入一定量的陽離子交換樹脂（濕投加：80g/g VSS），磁力攪拌2h（500r/min）后于6000r/min下離心30min，再用0.22μm的濾膜過濾，濾液即為EPS樣品。

1.4 EPS的測(cè)定

蛋白質(zhì)采用Lowry法測(cè)定［6，7］，多糖采用蒽酮－硫酸法測(cè)定［8－10］。

2 結(jié)果與討論

2.1 厭氧產(chǎn)氫污泥中EPS的分布

由圖1可以看出，產(chǎn)氫污泥EPS中蛋白質(zhì)為主要成分，且產(chǎn)氫絮狀污泥中EPS含量較高，其EPS、PN和PS分別為27.8mg/g VSS、19.7mg/g VSS和8.1mg/g VSS。與絮狀污泥相比，顆粒污泥中EPS總量、PN和PS也相對(duì)較少，原因可能有兩種。其一，顆粒污泥解體為絮狀污泥過程中，由于有機(jī)負(fù)荷較低時(shí)，微生物自身代謝速率變慢，內(nèi)源代謝水平有所升高，使得部分細(xì)胞會(huì)發(fā)生自容，從而污泥EPS含量有所增加；其二，儲(chǔ)存前，顆粒污泥強(qiáng)度較高，因此提取率較低，而儲(chǔ)存一個(gè)月后，污泥大多為絮狀污泥，污泥強(qiáng)度明顯降低，因此提取率有所增加，EPS含量較高。

有關(guān)研究表明：胞外多聚物中蛋白質(zhì)具有疏水性，而多糖有利于污泥的親水性能，所以胞外多聚物中蛋白質(zhì)增多或多糖降低時(shí)，會(huì)使得污泥表面疏水性變差，而疏水性是細(xì)胞與細(xì)胞之間相互結(jié)合的重要親和力，這將會(huì)使得細(xì)胞發(fā)生解體，因此，不利于污泥的顆?；?1］。而本研究中產(chǎn)氫顆粒污泥PN/PS明顯高于絮狀污泥，即表明蛋白質(zhì)/多糖的值越大，越有利于顆粒污泥的形成。

圖1 厭氧產(chǎn)氫污泥中EPS的分布

2.2 厭氧產(chǎn)甲烷顆粒污泥中EPS的分布

由圖2可知，厭氧產(chǎn)甲烷顆粒污泥中EPS、PN和PS分別為38.8mg/g VSS、35.9mg/g VSS和2.9mg/g VSS，蛋白質(zhì)含量較高，占 EPS總含量的90%以上。有研究認(rèn)為［12］：污泥SVI與EPS中蛋白質(zhì)的含量呈較好的正相關(guān)性，而本研究所用厭氧產(chǎn)甲烷污泥蛋白質(zhì)含量較高，且顆粒污泥沉降性能較好，顆粒結(jié)構(gòu)較為密實(shí)，因此，對(duì)厭氧產(chǎn)甲烷顆粒污泥來講，污泥胞外多聚物含量，尤其是蛋白含量對(duì)顆粒污泥的物理性質(zhì)具有較大的影響。

產(chǎn)甲烷顆粒污泥PN/PS值可達(dá)12.4，明顯高于其他污泥，而目前大多數(shù)研究表明，采用PN/PS值評(píng)價(jià)污泥的顆粒性更為合理，因此說明該污泥顆粒性能較好。

圖2 厭氧產(chǎn)甲烷顆粒污泥中EPS的分布

2.3 好氧污泥中EPS的分布

EPS是活性污泥的重要組成部分，它在一定程度上影響著污泥的結(jié)構(gòu)、沉降性、脫水性等等，因此，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)變化時(shí)，污泥EPS含量會(huì)發(fā)生較大的變化，所以污泥EPS含量及其組分的變化在污水處理中發(fā)揮著重要的作用。

由圖3可知，好氧污泥EPS含量較高，其EPS、PN 和PS含量分別為132.9mg/g VSS、91.5mg/g VSS和41.4mg/g VSS，且仍以蛋白質(zhì)為主。說明采用陽離子交換樹脂法對(duì)好氧污泥中EPS進(jìn)行提取，提取率較高。

圖3 好氧污泥中EPS的分布

2.4 四種污泥EPS分布的區(qū)別

通過對(duì)比四種污泥中EPS含量可知，好氧污泥中EPS含量明顯高于厭氧污泥，而絮狀污泥中EPS含量明顯高于顆粒污泥。

通過對(duì)比產(chǎn)氫污泥與產(chǎn)甲烷污泥中EPS及其組分的含量可知，兩種污泥EPS均以蛋白質(zhì)為主，但產(chǎn)甲烷顆粒污泥中蛋白質(zhì)含量較高，其PN/PS值可達(dá)12.4，明顯高于產(chǎn)氫污泥的3.0，這可能是由于產(chǎn)氫顆粒污泥適宜的pH環(huán)境為4.0～4.5，而產(chǎn)甲烷顆粒污泥適宜的pH環(huán)境為7.0左右，長期在酸性的環(huán)境生長，對(duì)其顆粒性有一定的削弱，因此，PN/PS值明顯低于產(chǎn)甲烷顆粒污泥。

對(duì)比厭氧污泥與好氧污泥可知，好氧污泥中EPS含量較高，這可能是由于，其一：好氧污泥中EPS含量本身就很高；其二：陽離子交換樹脂法對(duì)好氧污泥的提取率更高。但好氧污泥PN/PS值較小，這與其沉降性能及疏水性能較差有關(guān)。

3 結(jié)論

（1）采用陽離子交換樹脂法對(duì)四種污泥中EPS進(jìn)行提取均有較好的效果，但對(duì)好氧污泥的提取率更高。

（2）不同污泥中EPS及其各組分的含量差別較大，且蛋白質(zhì)為EPS中的主要成分。四種污泥中EPS含量最高的是好氧污泥，其次是產(chǎn)甲烷顆粒污泥，最后是產(chǎn)氫污泥，這與污泥的物化性質(zhì)及系統(tǒng)的運(yùn)行條件有關(guān)。

（3）污泥EPS中PN/PS值能較好的表征污泥絮凝性，較大的PN/PS值有利于污泥的顆?；?；而對(duì)與顆粒污泥來講，PN/PS值越大，顆粒結(jié)構(gòu)越強(qiáng)。

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