有機底物對活性污泥胞外聚合物的影響.doc

論文寫作指導(dǎo)、各類文案代寫QQ625880526摘要隨著社會工業(yè)化發(fā)展的加快和人口的增加，水體重金屬污染越來越嚴重，這對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成了嚴重危害。水體重金屬污染處理方法很多，同傳統(tǒng)重金屬處理方法相比，生物吸附法具有明顯的優(yōu)勢，尤其對低濃度重金屬廢水的處理效果非常好。本文首先以污水處理廠活性污泥III為菌種，用分別含有葡萄糖和蛋白胨的人工配置污水培養(yǎng)得到活性污泥I和II。實驗主要以3種污泥為研究對象，考察了3種污泥的絮凝沉降性能、污泥形態(tài)、EPS熱提取法最優(yōu)提取條件、EPS成分、EPS所含官能團等.實驗結(jié)果表明，3種活性污泥的SV都在15%-50%之間，SVI都在80-120mL/g之間，MLSS都在2000-3000mg/L之間，污泥的絮凝沉降性能良好，其中活性污泥I的絮凝沉降性能最差，活性污泥III的絮凝沉降性能最好；熱提取法（80，35min）提取EPS的量最多，且微生物細胞破壞程度較小，為最佳提取條件；在一個培養(yǎng)周期內(nèi)，3種活性污泥生成多糖、蛋白質(zhì)、EPS總量的速度為：活性污泥I活性污泥III活性污泥II；3種EPS中多糖的含量幾乎占了EPS總量的50%，蛋白質(zhì)的含量卻非常低，并且多糖含量順序為：EPSIEPSIIEPSIII，蛋白質(zhì)含量順序為：EPSIIEPSIIIEPSI；3種EPS中多糖/蛋白質(zhì)分別為：21.3、4.8、6.4，C/N分別為：8.5、5.5、6.1；3種EPS的紅外譜圖非常相似，都含有羧基、羥基、蛋白質(zhì)肽鍵等多種官能團，其中蛋白質(zhì)和多糖所含官能團產(chǎn)生的特征峰比較強。關(guān)鍵詞：活性污泥；胞外聚合物；多糖；蛋白質(zhì)；有機底物2ABSTRACTWiththedevelopmentofindustryandtheincreaseofpopulation,theproblemofheavymetalpollutioninwaterbecomesmoreandmoreserious,whichisharmfultoeco-environmentsandhumanbeing.Therearemanymethodstotreatheavymetalpollutedwater.Comparedwithtraditionalmethodtotreatheavymetalpollution,biosorptionhasmanyadvantages.Especiallywhenitisusedtodealwithwastewatercontaininglow-levelmetals,theefficiencyissatifying.Threeactivatedsludgeshavebeenstudiedinthispaper,activatedsludgeIandIIwereseededwithactivatedsludgeIIIcollectedfromafull-scalemunicipalwastewaterplantcultivatedwithsyntheticwastewaterthatcontaineddifferentcarbonsourceglucoseandpeptone,respectively.Theexperimentalresultsdemonstratethatflocculationandsettlementofthreeactivatedsludgesaresatisfying.Thesettlingvelocity(SV)ofthreesludgesare15%-50%,sludgevolumeindex(SVI)are80-120ml/g,mixedliquorsuspendedsolids(MLSS)are2000-3000mg/L.Furthermore,activatedsludgeIhastheworstflocculationandsettlementperformance,whileactivatedsludgeIIIhasthebest.Theoptimalextractionparametersofheatingextractionis80and35min,whichextractsthemostEPSandthelevelofdestructiononcellisthesmallest.Duringaculturecycle,orderofpolysaccharide,proteinandEPSgeneratespeedis:activatedsludgeIactivatedsludgeIIIactivatedsludgeII；EPSsarehighinpolysaccharidebutlowinprotein.Polysaccharidecontributestonearly50%ofEPS.Orderoftheamountofpolysaccharideis:EPSIEPSIIEPSIII,orderoftheamountofproteinis:EPSIIEPSIIIEPSI；TheratioofpolysaccharidetoproteinofthreeEPSsare21.3、4.8、6.4,respectively；TheratioofCtoNofthreeEPSsare8.5、5.5、6.1,respectively；TheIRspectrumshowthepresenceofthefunctionalgrounpsofthreeEPS,theyareexceedinglysimilar.ThemainchemicalgroupsinthreeEPSsarecarboxyl,alcohol,peptidebondsinproteinsandsoon.Thepeaksofchemicalgroupsinpolysaccharideandproteinarestrong.Keywords：activatedsludge；extracellularpolymeric；polysaccharide；protein；organicsubstrate論文寫作指導(dǎo)、各類文案代寫QQ625880526ABSTRACT.2參考文獻29錯誤!未定義書簽。緒論.錯誤!未定義書簽。1.1引言.11.2.1胞外聚合物（EPS）的來源和組成.11.2.2胞外聚合物的提取方法.41.3胞外聚合物的作用機理.41.4胞外聚合物的應(yīng)用.51.4.2胞外聚合在環(huán)境工程中的研究和應(yīng)用.61.4.3胞外聚合物在食品工程中的研究和應(yīng)用.61.4.4胞外聚合物在生物醫(yī)學(xué)工程中的研究和應(yīng)用.6第二章有機底物對活性污泥及其胞外聚合物的影響.72.1前言.72.2實驗儀器與試劑.72.2.1實驗儀器.72.2.2實驗試劑.82.3分析與測試方法.92.4活性污泥的制備及有機底物對其沉降性能的影響研究.112.4.1活性污泥I、II的培養(yǎng).112.4.2活性污泥MLSS、SV和SVI的測定.112.4.3活性污泥掃描電鏡分析.122.5活性污泥胞外聚合物的制備.132.5.1EPS熱提取方法條件優(yōu)選.132.5.2活性污泥胞外聚合物的提取.162.6EPSI、EPSII、EPSIII分析.162.6.1有機底物對EPS多糖、蛋白質(zhì)、EPS量的影響.162.6.2EPSI、EPSII、EPSIII成分分析.182.6.3EPSI、EPSII、EPSIII元素分析.192.6.4EPSI、EPSII、EPSIII的紅外光譜測定.20參考文獻.1致謝.1論文寫作指導(dǎo)、各類文案代寫QQ625880526緒論1.1引言活性污泥胞外聚合物（ExtracellularPolymericSubstancesEPS）對生物絮凝有促進作用。胞外多糖包裹細胞壁，降低了細胞的有效臨界電勢而發(fā)生凝絮。而EPS中含有的脂類、蛋白質(zhì)等疏水分子，可使污泥表面呈局部疏水性；同時，EPS含有能與陽離子結(jié)合的陰離子基團，這種高分子聚合物可以在顆粒間起到架橋作用。同時有研究表明：EPS的存在不利于污泥沉降，污泥表面離子化聚合物的濃度和性質(zhì)決定了污泥表面的電荷，隨著EPS濃度增大，污泥電泳遷移率增大，由于系統(tǒng)間斥力導(dǎo)致污泥沉降性能惡化；并且EPS的主要成分蛋白質(zhì)、糖類和DNA含量都與污泥容積指數(shù)成正比關(guān)系，認為污泥的沉降性能與高濃度的EPS有關(guān)21。同時，EPS為高濃度膠體狀態(tài)的生物聚合物，它對污泥的濃縮脫水性能也會產(chǎn)生影響22。此外，活性污泥的EPS還能大量吸附溶液中的金屬離子，尤其是重金屬離子與EPS的絡(luò)合產(chǎn)物更為穩(wěn)定。EPS吸附廢水重金屬與其它重金屬廢水處理方法相比，具有操作簡便，經(jīng)濟，二次污染小等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊，能實現(xiàn)環(huán)境效益、社會效益、經(jīng)濟效益三者的完美統(tǒng)一。微生物胞外聚合物可以應(yīng)用于多種工業(yè)，如：石油開采工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護和環(huán)境工程等方面。其主要作用表面活性劑、絮凝劑或助凝劑和沉淀劑。研究者逐漸發(fā)現(xiàn)一些微生物的胞外聚合物（EPS）在濕法冶金領(lǐng)域中有著非常重要的作用，它介導(dǎo)了細菌和礦物的接觸，改變礦物表面化學(xué)性質(zhì)，幫助礦物在水溶液中溶解，去除冶金廢水中的金屬離子，在濕法冶金的選礦和廢水處理等各環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重大作用。故而胞外聚合物的研究越來越深入。1.2胞外聚合物的研究現(xiàn)狀1.2.1胞外聚合物（EPS）的來源和組成胞外聚合物（EPS）的來源活性污泥EPS存在于活性污泥的細菌細胞外，主要由微生物代謝產(chǎn)物或死亡的細胞以及從周圍環(huán)境中吸附的有機物構(gòu)成。EPS是細胞和水分外第三大類活性污泥組成物質(zhì)26,27，約占活性污泥質(zhì)量的80%28、總有機物的50-90%、污泥干重的15%29，因此EPS是阻礙污泥高效減容減量的關(guān)鍵物質(zhì)；同時，EPS對自然界重金屬具有良好的富集作用25，是影響污泥資源利用的重要物質(zhì)。胞外聚合物（EPS）是微生物細胞分泌的粘性物質(zhì)，是生物膜的主要組成成分。許多微生物在細胞壁外圍有莢膜和粘2液層，莢膜和粘液層可自細胞上除去而不影響其生命。在形態(tài)上它們可以分為三類：大莢膜、微莢膜和粘液層。按照EPS結(jié)構(gòu)組成，可分為緊密粘附的EPS（TightlyBoundEPS，TB）和松散附著的EPS（LooselyBoundEPS，TB）兩部分32。結(jié)構(gòu)簡圖如1-1(b)所示。EPS的結(jié)構(gòu)為流變性的雙層結(jié)構(gòu)，TB位于結(jié)構(gòu)內(nèi)層，與細胞表面結(jié)合緊密，穩(wěn)定地附著于細胞壁外，具有一定的外形。LB位于外層，結(jié)構(gòu)比較松散，可向周邊環(huán)境擴展，無明顯邊緣。不同的培養(yǎng)工藝會影響LB的含量，而且LB是一種在特殊條件下能夠被細菌作為碳源和能源的物質(zhì)，隨著污泥齡的延長，內(nèi)源呼吸作用增強，LB因不斷被消耗而減少。這正是LB隨著污泥齡延長而含量減少的原因。根據(jù)文獻數(shù)據(jù)顯示，LB占EPS總量的0.6%-13.5%，其含量的變化對EPS總量的變化影響較小，因此，EPS總量隨運行方式和泥齡的變化不大15。圖1-1EPS與細胞位置結(jié)構(gòu)簡圖活性污泥胞外聚合物是在污水生化處理過程中，活性污泥中細胞表面的有機聚合物。EPS為細胞形成一個保護層以抵抗外面不利的環(huán)境，也可以作為饑餓期碳和能量的來源5。EPS對活性污泥的絮凝和脫水性能起著關(guān)鍵的作用，對產(chǎn)甲烷的粒狀污泥的微觀結(jié)構(gòu)也同樣起著作用。在廢水處理過程中，胞外聚合物的空間結(jié)構(gòu)和組成在較大程度上決定了基質(zhì)在生物膜內(nèi)傳質(zhì)阻力的大小，若要提高廢水的處理效率，首先應(yīng)對胞外聚合物展開細致的研究。胞外聚合物（EPS）的組成EPS是大分子物質(zhì)的集合，因此成分復(fù)雜，通常含有蛋白質(zhì)（protein，大約占EPS的l%-60%）、多糖（polysaccarides，40%-95%）、腐殖質(zhì)（humic-likesubstances，以下簡稱humic）、糖醛酸（uronicacid）、脂類（1ipid）和DNA等33-37，其中以蛋白質(zhì)和多糖最為重要6。Liu和Fang38總結(jié)了多種EPS提取方法后發(fā)現(xiàn)，EPS成分中量最多的兩大類物質(zhì)是蛋白質(zhì)和多糖，其它的如腐殖質(zhì)、糖醛酸、脂類和DNA等的量則相對少些。胞外多糖含有多種功能團，如羧基、羥基和磷酸基，這些基團對不同類型離子表現(xiàn)了強烈的親和性。除了多聚糖和蛋白質(zhì)外，胞外聚合物其他成分的作用還不是十分清楚。胞外聚合物的具體組成如表1-1。論文寫作指導(dǎo)、各類文案代寫QQ625880526表1-1胞外聚合物的基本組成EPS的成分主要組成（及組成單元）組成單元中的主要聯(lián)系方式聚合物骨架結(jié)構(gòu)取代基團（例子）聚糖單糖糖醛酸氨基糖糖苷鍵線性，分支有機基團：O-十六烷基，N-十六烷基蛋白質(zhì)（聚多肽）氨基酸肽鍵線性低聚糖（糖蛋白）脂肪酸（脂蛋白）核酸核苷脂肪酸丙三醇磷酸二脂鍵線性脂類磷酸鹽乙醇胺絲氨酸脂鍵側(cè)鏈腐殖質(zhì)腐植酸單糖氨基酸脂鍵，C-C鍵，縮氨酸鍵交叉有人對胞外聚合物中糖類和蛋白質(zhì)的成分進行了定性的分析，胞外多糖所含單糖種類較多。MethanobacteriumformiciZnm和Methanosarcinamazeii是從厭氧顆粒物上分離到的兩種優(yōu)勢菌。MethanobacteriumformiciZnm產(chǎn)生的胞外多糖主要由鼠里糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖、氨基酸組成，而由Methanosarcinamazeii產(chǎn)生的包括核酸、半乳糖