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微生物胞外聚合物的生成及其对树脂特性的影响研究

杨敏  
【摘要】:胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances, EPS)是在一定环境条件下由微生物分泌,存在于细胞体外的一类高分子聚合物,普遍存在于废水处理反应器中微生物聚集体中,并且在废水处理中发挥重要作用,保持了微生物聚集体的结构和功能的完整性,是决定微生物聚集体的表面性质的关键物质,与微生物聚集体的结构、组成、性能以及微生物生态有着密切的联系。此外,生物强化处理难降解废水过程中微生物产生的EPS还会对多孔吸附材料(活性炭、树脂吸附剂等)的理化性质及吸附性能产生明显的影响。本研究通过对活性污泥进行筛选和驯化,从而获得可降解邻苯二酚的菌种,研究了降解邻苯二酚菌及活性污泥EPS的提取方法及不同环境因素下分泌的EPS含量的变化,并对不同微观物理结构和表面化学性质树脂与EPS接触后的表面形态变化进行了初步探索研究。研究结果表明: 1)筛选出的两株菌株:一株为曲霉属,编号为A,一株为寡养单胞菌属,编号为B;它们对邻苯二酚都有一定的降解能力,菌A的降解效果比菌B好;随着邻苯二酚起始质量浓度的提高,菌A和菌B对邻苯二酚的降解能力均有所下降。 2)各种EPS(活性污泥、菌A和菌B的EPS)因其种类和提取方法的不同表现为其成分含量的不同。三种方法提取活性污泥EPS的顺序为:热提法超声法高速离心法;采用高速离心法提取菌A的EPS,发现其EPS以蛋白质为主;采用四种方法提取细菌EPS,提取顺序为:热提法NaOH法H2S04法高速离心法,其中,热提法、NaOH法、高速离心法对蛋白质的提取有利,而H28O4法则对多糖的提取有利;对比各种EPS的FTIR图谱可知,无论哪种EPS,都存在蛋白质和多聚糖中特征基团对应的强频段。 3)菌A的EPS的成分和含量与生长期、底物类型有显著关系;邻苯二酚浓度升高,菌A的EPS量会发生变化,然而当邻苯二酚浓度超过一个阈值后,EPS的含量便不会再增加反而有所减少;在有毒化学物质(邻氨基酚,对氨基酚、间氨基酚)存在的情况下,菌A的EPS含量会增加,EPS分泌量的大小顺序为:对氨基酚间氨基酚葡萄糖邻苯二酚邻氨基酚。相对于蛋白质的变化来说,多糖的含量变化幅度不大。 4)两种树脂对多糖的吸附效果相差不大;树脂11#对蛋白质的吸附效果强于树脂28#;对吸附EPS前后的树脂做SEM分析,发现树脂与EPS接触后,EPS会覆盖在树脂表面形成附着,可能会形成类凝胶层,影响其传质,但是EPS在树脂表面的分布并不均匀;通过EDX分析发现树脂接触EPS后,其表面会出现EPS中成分所含的元素,进—步证明树脂能将EPS吸附在其表面;对吸附EPS前后的树脂做红外分析,发现吸附后树脂官能团会有峰的消失和减弱,而且树脂的吸收峰变强的官能团都是EPS中本身就存在的官能团,据此推测两种树脂对EPS的吸附均为复合吸附。


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