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膜生物反应器中EPS的提取方法

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【中文关键词】 一体式膜生物反应器  B-EPS  
【摘要】 以一体式膜生物反应器中的活性污泥为对象,以蛋白质、多糖和核酸的提取量作为污泥中附着性胞外聚合物提取总量的衡量指标,研究加热法、超声法、NaOH+甲醛法、高速离心法、蒸汽法、硫酸法等6种不同方法对B-EPS提取的最优条件。
【部分正文预览】

膜生物反应器( membrane bioreactor,MBR) 是将高效膜分离技术与污水生物处理工艺相结合而开发的新型系统,具有污染物去除效率高、抗冲击负荷能力强、操作运行方便等优点[1-3],在国内外废水处理领域得到广泛应用[4-9]。然而,MBR 的主要局限是由于膜污染造成的通量显著减少,使得其中的微生物胞外聚合物积累,成为影响出水水质及膜污染的重要因素[10-12]。因此对胞外聚合物的研究是MBR 膜污染防治的一个重点内容。

胞外聚合物( extracellular polymeric substances,EPS) 是在一定环境条件下微生物分泌于细胞外的一些高分子黏性聚合物,是活性污泥絮体中继水分和细胞外的第三大组成部分[13]。EPS 具有复杂的化学组成,其中蛋白质和多糖是其主要成分[14],占总量的70% ~ 80% ,而核酸、腐殖质、糖醛酸、脂类和氨基酸等物质的含量相对较低[15]。EPS 具有重要的生理功能,可将环境中的营养成分富集,通过胞外酶降解成小分子后吸收到细胞内,起到储备碳源和能源的作用; 还可以聚集在细胞外部形成保护层以抵制杀菌剂和有毒物质对细胞的危害; 并对活性污泥的絮凝、沉降和脱水性能起到关键作用。
 
EPS 普遍存在于活性污泥絮体内部及表面,其主要存在形式有2 种,即附着性EPS ( bound EPS,BEPS)和溶解性EPS ( soluble EPS,S-EPS) 。S-EPS 可以通过离心来提取,而B-EPS 与细胞壁结合紧密,需要特定方法才能将其从污泥中分离提取。B-EPS 的提取方法多种多样,且不同研究人员由于研究目的、研究方向及研究手段的不同而采取不同的提取方法,导致所得结果并不统一且无可比性。这就使得关于EPS 特性及其对污泥性能影响的研究结果没有很好的共性,而有效的提取方法则应是在低细胞死亡率的前提下最大程度地分离出B-EPS。目前常见的提取方法有高速离心法、加热提取法、超声提取法、NaOH提取法等,每种提取方法都有各自的优缺点。
 
为了保证B-EPS 的结构完整,保持B-EPS 物理性质和化学性质稳定,本研究以污泥中蛋白质、多糖和核酸含量作为B-EPS 提取量的考察指标,将加热法、超声法、NaOH + 甲醛法等6 种不同方法应用于MBR 中活性污泥B-EPS 的提取,探讨不同提取法的提取效果、简便性,并经过分析比较后确定出最简便而有效的提取方法,为后续研究工作提供方法依据。

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