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。

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（R^2为0．921～0．995），又符合Langmuir模型（R^2为0．958～0．993），但不符合BET模型（R^2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104mg／g，其次为厌氧污泥的吸附（86mg／g）、活性污泥（65mg／g），干活性污泥的最大吸附量最低，仅为20mg／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（R^2为0．9986）．

不同污泥对印染废水中残余染料的吸附特性

研究了四种不同污泥（活性污泥、厌氧污泥、干活性污泥、干厌氧污泥）对染料阳离子嫩黄X-4GL的吸附，并考察了胞外聚合物（EPS）在此过程中所起的作用。结果表明四种污泥对阳离子嫩黄的吸附在90min内基本达到平衡，干活性污泥的吸附性能最好，干厌氧污泥的吸附性能最差，污泥浓度为250mg／L时，其吸附量分别为133和50mg／g。吸附量与染料平衡浓度之间符合Freundlich模型（R^2为0．828～0．947），又符合Langmuir模型（R^2为0．924～0．983），但不符合BET模型（R^2为0．053-0．516）。活性污泥和厌氧污泥对染料阳离子嫩黄X-4GL的吸附中，尤其在厌氧污泥的吸附中，EPS的最大相对吸附量可达32．5％，其中内层固着性胞外聚合物（BEPS）的吸附作用比外层溶解性胞外聚合物（SEPS）的吸附作用大。

nZVI强化活性污泥对偶氮染料脱色及对微生物产物的影响

为研究纳米零价铁(nano-scale zero-valent iron,nZVI)对活性污泥强化偶氮染料脱色及对活性污泥微生物产物的影响,采用间歇试验考察投加nZVI对厌氧/好氧处理偶氮染料活性艳红K-2BP的活性污泥系统中,污染物去除效果及微生物胞外聚合物(EPS)和溶解性微生物产物(SMP)的影响。结果表明,在投加nZVI的活性污泥系统中(R2),活性艳红K-2BP在12h内的脱色率达到97%,远高于未投加的活性污泥系统(28%)(R1)。nZVI的投加降低了R2厌氧段化学需氧量(COD)的降解速率,而在好氧段COD降解速率几乎不受影响。nZVI腐蚀生成的Fe2+降低了R2中EPS的提取量,同时nZVI投加和K-2BP降解中间产物刺激了SMP的产生,R2中厌氧末和好氧末SMP含量分别是R1的1.2和1.5倍。

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Mn 2+吸附性能的影响,研究了TB-EPS的吸附机理.结果表明:加热法提取的TB-EPS效率高,方法简单,操作方便,不破坏细胞结构.加热法提取的TB-EPS用于吸附重金属Mn^(2+),其最大吸附率为53.8%,吸附过程符合二级反应动力学特征和Langmuir吸附等温方程,该吸附以化学吸附为主.在TB-EPS中色氨酸和酪氨酸的疏水作用是主要的吸附机理.

活性污泥胞外聚合物吸附废水中铅的性能研究

将存在于活性污泥胞外聚合物菌体SX-1作为研究对象,研究探讨了菌体SX-1对废水中的Pb^(2+)吸附效果,结果表明:菌体SX-1吸附重金属Pb^(2+)的最佳条件为:p H值为6,Pb^(2+)初始质量浓度60 mg/L,菌体投加量为0. 04 g,吸附时间为90 min;最佳条件下,溶液中Pb^(2+)的去除率为69. 04%,SX-1吸附量为115. 28 mg/g;菌体SX-1对Pb^(2+)的吸附动力学结果显示伪二级动力学模型能够更好地描述吸附过程,其相关系数R2为0. 996 2,说明该吸附以化学吸附为主;菌体SX-1对Pb^(2+)的吸附热力学方程结果表明Langmuir等温模型更适合对Pb^(2+)吸附过程的拟合,说明该吸附属于单层吸附.

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5～40mg·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40mg·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8mg·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=240nm/375～394nm)和类富里酸类峰(λEx/λEm=270nm/410～416nm),但两个吸收峰的荧光强度不同.

胞外聚合物对活性污泥吸附去除全氟辛烷磺酸(PFOS)的影响

采用活性污泥和去除胞外聚合物(EPS)污泥作为吸附剂,探讨污泥吸附PFOS的机制和EPS在吸附过程中的作用.结果表明,活性污泥和去除EPS污泥吸附PFOS均符合准二级动力学方程,平衡吸附量(q_e)分别为0.46 mg·g^(-1)和0.38 mg·g^(-1),化学吸附占主要作用.吸附等温线可以用Freundlich、Langmuir及Temkin方程拟合.Ca^(2+)和Cu^(2+)通过离子架桥作用促进PFOS在污泥上的吸附.活性污泥吸附去除PFOS的效果明显优于去除EPS后的污泥.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电发射光谱(XPS)分析吸附前后的污泥官能团变化,发现去除了EPS的污泥中羟基、羧基和氨基活性基团减少,而这些基团是PFOS吸附过程中参与反应的主要成分.由此可见污泥EPS中蛋白质含有的羧基和氨基活性基团为PFOS提供了吸附反应位点,EPS在吸附过程中起到至关重要的作用.