有機(jī)底物對(duì)活性污泥胞外聚合物的影響.doc

論文寫(xiě)作指導(dǎo)、各類(lèi)文案代寫(xiě)QQ625880526摘要隨著社會(huì)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(lái)越嚴(yán)重，這對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成了嚴(yán)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(shì)，尤其對(duì)低濃度重金屬?gòu)U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(shí)驗(yàn)主要以3種污泥為研究對(duì)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(tuán)等.實(shí)驗(yàn)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(xì)胞破壞程度較小，為最佳提取條件；在一個(gè)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?yàn)椋篍PSIEPSIIEPSIII，蛋白質(zhì)含量順序?yàn)椋篍PSIIEPSIIIEPSI；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(tuán)，其中蛋白質(zhì)和多糖所含官能團(tuán)產(chǎn)生的特征峰比較強(qiáng)。關(guān)鍵詞：活性污泥；胞外聚合物；多糖；蛋白質(zhì)；有機(jī)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(xiě)作指導(dǎo)、各類(lèi)文案代寫(xiě)QQ625880526ABSTRACT.2參考文獻(xiàn)29錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。緒論.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.1引言.11.2.1胞外聚合物（EPS）的來(lái)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(jī)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(jī)底物對(duì)活性污泥及其胞外聚合物的影響.72.1前言.72.2實(shí)驗(yàn)儀器與試劑.72.2.1實(shí)驗(yàn)儀器.72.2.2實(shí)驗(yàn)試劑.82.3分析與測(cè)試方法.92.4活性污泥的制備及有機(jī)底物對(duì)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(cè)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(jī)底物對(duì)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(cè)定.20參考文獻(xiàn).1致謝.1論文寫(xiě)作指導(dǎo)、各類(lèi)文案代寫(xiě)QQ625880526緒論1.1引言活性污泥胞外聚合物（ExtracellularPolymericSubstancesEPS）對(duì)生物絮凝有促進(jìn)作用。胞外多糖包裹細(xì)胞壁，降低了細(xì)胞的有效臨界電勢(shì)而發(fā)生凝絮。而EPS中含有的脂類(lèi)、蛋白質(zhì)等疏水分子，可使污泥表面呈局部疏水性；同時(shí)，EPS含有能與陽(yáng)離子結(jié)合的陰離子基團(tuán)，這種高分子聚合物可以在顆粒間起到架橋作用。同時(shí)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(lèi)和DNA含量都與污泥容積指數(shù)成正比關(guān)系，認(rèn)為污泥的沉降性能與高濃度的EPS有關(guān)21。同時(shí)，EPS為高濃度膠體狀態(tài)的生物聚合物，它對(duì)污泥的濃縮脫水性能也會(huì)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?gòu)U水處理方法相比，具有操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)，二次污染小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊，能實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)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(kāi)采工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)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(xì)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(lái)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(lái)源和組成胞外聚合物（EPS）的來(lái)源活性污泥EPS存在于活性污泥的細(xì)菌細(xì)胞外，主要由微生物代謝產(chǎn)物或死亡的細(xì)胞以及從周?chē)h(huán)境中吸附的有機(jī)物構(gòu)成。EPS是細(xì)胞和水分外第三大類(lèi)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(jī)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(shí)，EPS對(duì)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(xì)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(xì)胞壁外圍有莢膜和粘2液層，莢膜和粘液層可自細(xì)胞上除去而不影響其生命。在形態(tài)上它們可以分為三類(lèi)：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(jiǎn)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(xì)胞表面結(jié)合緊密，穩(wěn)定地附著于細(xì)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(kuò)展，無(wú)明顯邊緣。不同的培養(yǎng)工藝會(huì)影響LB的含量，而且LB是一種在特殊條件下能夠被細(xì)菌作為碳源和能源的物質(zhì)，隨著污泥齡的延長(zhǎng)，內(nèi)源呼吸作用增強(qiáng)，LB因不斷被消耗而減少。這正是LB隨著污泥齡延長(zhǎng)而含量減少的原因。根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，LB占EPS總量的0.6%-13.5%，其含量的變化對(duì)EPS總量的變化影響較小，因此，EPS總量隨運(yùn)行方式和泥齡的變化不大15。圖1-1EPS與細(xì)胞位置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖活性污泥胞外聚合物是在污水生化處理過(guò)程中，活性污泥中細(xì)胞表面的有機(jī)聚合物。EPS為細(xì)胞形成一個(gè)保護(hù)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(lái)源5。EPS對(duì)活性污泥的絮凝和脫水性能起著關(guān)鍵的作用，對(duì)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(guò)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(duì)胞外聚合物展開(kāi)細(xì)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(jiǎn)稱(chēng)humic）、糖醛酸（uronicacid）、脂類(lèi)（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(lèi)物質(zhì)是蛋白質(zhì)和多糖，其它的如腐殖質(zhì)、糖醛酸、脂類(lèi)和DNA等的量則相對(duì)少些。胞外多糖含有多種功能團(tuán)，如羧基、羥基和磷酸基，這些基團(tuán)對(duì)不同類(lèi)型離子表現(xiàn)了強(qiáng)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(xiě)作指導(dǎo)、各類(lèi)文案代寫(xiě)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(tuán)（例子）聚糖單糖糖醛酸氨基糖糖苷鍵線性，分支有機(jī)基團(tuán)：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(lèi)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(duì)胞外聚合物中糖類(lèi)和蛋白質(zhì)的成分進(jìn)行了定性的分析，胞外多糖所含單糖種類(lèi)較多。MethanobacteriumformiciZnm和Methanosarcinamazeii是從厭氧顆粒物上分離到的兩種優(yōu)勢(shì)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