不同种类污泥中胞外多聚物的研究

金淑芳 张 燚 刘 敏

（1.四川大学建筑与环境学院，四川成都，610065；2.深圳市中兰环保科技股份有限公司，广东深圳，518001；3.深圳市环境科学研究院，广东深圳，518001）

胞外多聚物是在一定的条件下细菌分泌的一种黏性物质，它主要由蛋白质、多糖、腐殖质、脂肪、核酸以及无机物质组成，其中蛋白质（PN）和多糖（PS）是胞外多聚物的主要组成部分［1，2］。EPS作为污泥中除水分和细胞外的第三大组成部分，对污泥物化性质、疏水性及絮凝性等均有较大影响。

阳离子交换树脂法具有对细胞破坏性小、污染少和提取率高等优点［3－5］，已广泛应用于活性污泥中EPS的提取，然而对于厌氧污泥，尤其是厌氧产氢污泥和产甲烷颗粒污泥中的研究较少。本研究采用阳离子交换树脂法分别对厌氧产氢颗粒污泥、厌氧产甲烷颗粒污泥、厌氧产氢絮状污泥和好氧污泥中EPS进行提取，以探究该方法的可行性及各污泥中EPS含量的差异。

1 试验材料与方法

1.1 污泥来源

本研究所采用厌氧颗粒污泥均为实验室自己培养，厌氧产氢絮状污泥为颗粒污泥储存后解体的污泥；好氧污泥为成都市某污水处理厂回流区的污泥。测定前污泥性质均较为稳定。

1.2 仪器与试剂

仪器：磁力搅拌器，分光光度计，离心机，电热鼓风干燥箱，电子天平等。

试剂：所用氯化钠、盐酸、氢氧化钠、阳离子交换树脂（001×7，50×8，Na＋型）、牛血清白蛋白、葡萄糖、酚试剂、浓硫酸、蒽酮、硫酸铜、碳酸钠、酒石酸钾钠等均为市售分析纯。

1.3 EPS的提取

本试验选取的是国产732型阳离子交换树脂，首先对该树脂进行清洗，具体为：用8%的氯化钠溶液浸泡14小时，水洗至中性；随后用5%的盐酸溶液浸泡5h，水洗至中性；最后用5%的氢氧化钠溶液浸泡5h，水洗至中性；如此反复清洗三次后待用。随后对EPS进行提取，取一定体积的污泥，混合均匀后作为样品。采用离心机，于3000r/min下离心10min，弃去上清液，补充二次磷酸盐缓冲液（pH值为7.0）至原污泥体积，并搅拌均匀，重复3次，得到洗去杂质的活性污泥。量取30mL该污泥样品，加入一定量的阳离子交换树脂（湿投加：80g/g VSS），磁力搅拌2h（500r/min）后于6000r/min下离心30min，再用0.22μm的滤膜过滤，滤液即为EPS样品。

1.4 EPS的测定

蛋白质采用Lowry法测定［6，7］，多糖采用蒽酮－硫酸法测定［8－10］。

2 结果与讨论

2.1 厌氧产氢污泥中EPS的分布

由图1可以看出，产氢污泥EPS中蛋白质为主要成分，且产氢絮状污泥中EPS含量较高，其EPS、PN和PS分别为27.8mg/g VSS、19.7mg/g VSS和8.1mg/g VSS。与絮状污泥相比，颗粒污泥中EPS总量、PN和PS也相对较少，原因可能有两种。其一，颗粒污泥解体为絮状污泥过程中，由于有机负荷较低时，微生物自身代谢速率变慢，内源代谢水平有所升高，使得部分细胞会发生自容，从而污泥EPS含量有所增加；其二，储存前，颗粒污泥强度较高，因此提取率较低，而储存一个月后，污泥大多为絮状污泥，污泥强度明显降低，因此提取率有所增加，EPS含量较高。

有关研究表明：胞外多聚物中蛋白质具有疏水性，而多糖有利于污泥的亲水性能，所以胞外多聚物中蛋白质增多或多糖降低时，会使得污泥表面疏水性变差，而疏水性是细胞与细胞之间相互结合的重要亲和力，这将会使得细胞发生解体，因此，不利于污泥的颗粒化［11］。而本研究中产氢颗粒污泥PN/PS明显高于絮状污泥，即表明蛋白质/多糖的值越大，越有利于颗粒污泥的形成。

图1 厌氧产氢污泥中EPS的分布

2.2 厌氧产甲烷颗粒污泥中EPS的分布

由图2可知，厌氧产甲烷颗粒污泥中EPS、PN和PS分别为38.8mg/g VSS、35.9mg/g VSS和2.9mg/g VSS，蛋白质含量较高，占 EPS总含量的90%以上。有研究认为［12］：污泥SVI与EPS中蛋白质的含量呈较好的正相关性，而本研究所用厌氧产甲烷污泥蛋白质含量较高，且颗粒污泥沉降性能较好，颗粒结构较为密实，因此，对厌氧产甲烷颗粒污泥来讲，污泥胞外多聚物含量，尤其是蛋白含量对颗粒污泥的物理性质具有较大的影响。

产甲烷颗粒污泥PN/PS值可达12.4，明显高于其他污泥，而目前大多数研究表明，采用PN/PS值评价污泥的颗粒性更为合理，因此说明该污泥颗粒性能较好。

图2 厌氧产甲烷颗粒污泥中EPS的分布

2.3 好氧污泥中EPS的分布

EPS是活性污泥的重要组成部分，它在一定程度上影响着污泥的结构、沉降性、脱水性等等，因此，当系统运行参数变化时，污泥EPS含量会发生较大的变化，所以污泥EPS含量及其组分的变化在污水处理中发挥着重要的作用。

由图3可知，好氧污泥EPS含量较高，其EPS、PN 和PS含量分别为132.9mg/g VSS、91.5mg/g VSS和41.4mg/g VSS，且仍以蛋白质为主。说明采用阳离子交换树脂法对好氧污泥中EPS进行提取，提取率较高。

图3 好氧污泥中EPS的分布

2.4 四种污泥EPS分布的区别

通过对比四种污泥中EPS含量可知，好氧污泥中EPS含量明显高于厌氧污泥，而絮状污泥中EPS含量明显高于颗粒污泥。

通过对比产氢污泥与产甲烷污泥中EPS及其组分的含量可知，两种污泥EPS均以蛋白质为主，但产甲烷颗粒污泥中蛋白质含量较高，其PN/PS值可达12.4，明显高于产氢污泥的3.0，这可能是由于产氢颗粒污泥适宜的pH环境为4.0～4.5，而产甲烷颗粒污泥适宜的pH环境为7.0左右，长期在酸性的环境生长，对其颗粒性有一定的削弱，因此，PN/PS值明显低于产甲烷颗粒污泥。

对比厌氧污泥与好氧污泥可知，好氧污泥中EPS含量较高，这可能是由于，其一：好氧污泥中EPS含量本身就很高；其二：阳离子交换树脂法对好氧污泥的提取率更高。但好氧污泥PN/PS值较小，这与其沉降性能及疏水性能较差有关。

3 结论

（1）采用阳离子交换树脂法对四种污泥中EPS进行提取均有较好的效果，但对好氧污泥的提取率更高。

（2）不同污泥中EPS及其各组分的含量差别较大，且蛋白质为EPS中的主要成分。四种污泥中EPS含量最高的是好氧污泥，其次是产甲烷颗粒污泥，最后是产氢污泥，这与污泥的物化性质及系统的运行条件有关。

（3）污泥EPS中PN/PS值能较好的表征污泥絮凝性，较大的PN/PS值有利于污泥的颗粒化；而对与颗粒污泥来讲，PN/PS值越大，颗粒结构越强。

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