超声波—阳离子交换树脂法提取污泥胞外聚合物的研究

【摘要】： 胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances ,简称EPS)是活性污泥的重要组成部分,是影响活性污泥絮凝性、沉降性和脱水性的重要因素。然而,目前没有被普遍接受的提取方法,这些方法大多存在着提取效率低与化学污染大等缺点。本文以葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性(简称G6PD活性)衡量提取过程中产生的细胞破损,研究超声波提取污泥中EPS的提取策略;考察国产阳离子交换树脂对污泥中EPS的提取效果,探讨较优的提取工况;将超声波法与阳离子交换树脂法组合使用,提出将超声波—阳离子交换树脂法用于提取EPS,该方法具有化学污染小、细胞破损率低、提取效率高的优点。主要研究结论如下: ①超声波提取EPS过程宜采用冰水浴,并且提取过程中不需要外加搅拌作用;提取容器的材质影响提取效果,采用硼酸玻璃容器优于聚乙烯与不锈钢材质的容器。超声波法的较优提取策略是:作用频率为21kHz,作用功率的范围为32W～40W,作用时间不宜超过3min。污泥龄影响EPS的提取效果,低污泥龄污泥的EPS易被提取,并且超声波法容易引起低污泥龄污泥中细菌细胞的破损。 ②国产凝胶型阳离子交换树脂001×7较大孔丙烯酸树脂D001更适于提取活性污泥中的EPS。液相环境的pH值是影响阳离子交换树脂提取EPS效果的关键因素,在pH为5.8～7.8的范围内,能得到比较稳定的提取效果;以pH平衡下的蒸馏水作为液相环境与以pH为7.0的磷酸盐缓冲液为液相环境具有相近的提取效果。中速离心分离结合抽滤提取能更好的提取EPS中的腐质酸,考虑到腐质酸为EPS中的重要组分,采取这种方式分离EPS较高速离心分离法更适宜。阳离子交换树脂法的较优提取策略为:树脂投加量为80g/g VSS,搅拌速率500r/min,提取时间为1h～3h。 ③超声波与树脂法两种方法的联合使用能在不引起细菌细胞大量破损的前提下,取得高效的提取效果;在超声波与树脂的各种组合方式中,超声波—树脂法是最优的组合方式。对于同一污泥,超声波—树脂法与加热提取法、EDTA提取法相比较,具有提取效率高、化学污染小、细胞破损量小以及操作方便的优点,表明超声波—树脂法是一种高效可靠的提取方法。对不同来源的污泥,超声波—树脂法也有较好的提取效果,提取得到的胞外聚合物量可占污泥挥发份的8%～13%。