活性污泥胞外聚合物吸附重金属离子的研究进展
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摘要： 指 出 了胞 外 聚合 物 （ Ｅ Ｐ Ｓ ） 是 一 种 复 杂 的 高分 子 聚 合 物 ， 主 要 由微 生 物 分 泌 、 细 胞 裂 解 和 水 解 以及 吸 附
环境 中的有机物形成 ， 活性 污 泥 中的 Ｅ Ｐ Ｓ是 维持 其 三 维 结 构 的 关键 ， 对活性污泥的絮凝 能力、 脱 水性能 、 沉 降性 能 、 重 金 属 吸 附性 能等 有 重要 影 响 。结 合 国 内 外研 究现 状 ， 对 活 性 污泥 Ｅ Ｐ Ｓ的 组 成 、 提 取方 法、 表 征 手
段、 重 金 属 吸 附特 性 等 方 面进 行 了总 结 ， 并在 此 基础 上 对 未 来 的 Ｅ Ｐ Ｓ相 关 研 究 给 出 了建 议 。 关键词 ： 胞 外 聚 合 物 ；活 性 污泥 ；重金 属 中 图分 类 号 ： Ｘ ７ ０ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ４ — ９ ９ ４ ４ （ ２ ０ １ ７ ） １ ６ － ０ ０ ７ ５ — ０ ６
～
２ Ｅ Ｐ Ｓ的性 质 与 表 征
２ ． １ Ｅ Ｐ Ｓ组 成 性 质
Ｅ ＰＳ主 要 由 蛋 白 质 、 多糖 、 腐 殖质 、 核 酸组成 ， 其中 蛋 白质 和 多 糖 是 Ｅ Ｐ Ｓ中 的 主 要 组 成 部 分 （ 图 １ ） 。腐 殖 质、 核酸等也是重要组成部分， 一般来说， 占 ２ ｏ 左
１ 引言
胞外聚合物 （ Ｅ Ｐ Ｓ ） 是 一 种 由微 生 物 分 泌 ， 细 胞 裂 解 和水 解 以 及 吸 附 废 水 中 有 机 物 而 产 生 的 复 杂 高 分 子 聚 合 物 ］ 。Ｅ Ｐ Ｓ通 常 覆 盖 在 微 生 物 聚 集 体 的 表 面 或 填 充 于微 生 物 聚 集 体 内部 口 ］ 。 在 微 生 物 废 水 处 理 过 程 中 的 ＥＰ Ｓ主 要 来 源 于 好 氧 或 厌 氧 微 生 物 细 胞 表 面 物 质 脱 落、 细胞 裂 解 和 环 境 有 机 物 的 吸 附 ， 并 在 污 泥 中积 累 ］ 。 研究 发现 ， 活 性 污 泥 中 ＥＰ Ｓ在 污 泥 生 物 量 中 占 据 总 有 机碳 （ Ｔ０Ｃ ） 的５ ０ ～９ Ｏ Ｅ ４ ３ 。Ｅ Ｐ Ｓ的 主要 成 分 是 多糖 、 蛋 白质 、 腐殖 质和核酸 ， 其 中多 糖 和 蛋 白质 含 量 占 ７ Ｏ
多糖是 Ｅ Ｐ Ｓ中含 量 最 多 的 物 质 ， 在 ＥＰ Ｓ固体 干 重 中大约 占 ６ ０ ％［ ９ ３ 。Ｅ Ｐ Ｓ 中 的 多 糖 包 括 同 多 糖 和 杂 多 糖 。 同 多 糖 由同 一 种单 糖 （ 比如 Ｄ一 葡 萄 糖 ） 组成 ， 并 且 大 多 数 的 同 多 糖 为 中性 。 杂 多 糖 通 常 由 乳 酸 菌 产 生 并 由单糖 重 复链 接 而 建 立 。Ｅ Ｐ Ｓ中 的 蛋 白 质 主 要 有 两 大类 ， 包括酶 和结构 蛋 白 。 当 环 境 中 的 营 养 物 质 短 缺时 ， 微 生 物会 分 泌 一 些 酶 用 以 降 解 Ｅ Ｐ Ｓ， 维 持 细 胞 生 长口 ， 由于 蛋 白质 中 巯 基 、 磷 酸基 、 羧 基 和 羟 基 的 大 量 存在， 促进 了 Ｅ Ｐ Ｓ对 重 金 属 的 吸 附 。 Ｅ Ｐ Ｓ中 的其 他 成 分， 如核酸 、 腐 殖 质 和脂 类 虽 然 所 占 比例 不 大 ， 但 是 都 对 ＥＰ Ｓ的 特 性 有 一 定 的影 响 。核 酸 的 含 量 通 常 用 于 检 验 胞 外 聚 合 物 提 取 过 程 中 的 细 胞 破 裂 程 度 。 研 究 表
比如 能 源短 缺 、 有毒环境 和重 金属环 境等 ， 在 必 要 时 可
作 为 活性 污 泥 微 生 物 的 碳 源 和 能 源 物 质 ］ 。尤 其 是 在
吸 附重 金 属 方 面 ， 活性 污泥 Ｅ Ｐ Ｓ不 论 是 可 溶 性 Ｅ Ｐ Ｓ还
２ Ｏ １ ７ 年８ 月
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇｒ ｅ ｅ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
绿 色料 技
第 １ ６期
活性 污泥胞外 聚合 物 吸附重金属离子 的研究进展
吴鹏宇 ， 夏令
（ １ ． 武 汉理 工 大学 资 源与环 境 工程 学 院， 湖 北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ； ２ ． 武汉 理 工大 学 矿 物 资 源与环 境 湖北省 重 点 实验 室 ， 湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ）
源关系密切 ， 且组分含量的差异颇大 。
８ Ｏ ， ＥＰ Ｓ通 过 结 合 细 胞 ， 与 细 胞 相 互 作 用 形 成 一 种 Ｅ Ｐ Ｓ的 对 活 性 污 泥 的 结 构 和 功 能 有 很 重 要 的 影
网状 结 构 ， 维 持 污 泥 絮 体 的 三 维 结 构 ］ 。 响 。ＥＰ Ｓ是 维 持 活 性 污 泥 絮 状 或 颗 粒 结 构 的 主要 因 素 ， 对活性 污泥的絮凝能力 、 脱水 性能 、 沉 降 性 能 等 有 重 要 影 响。同时 ， Ｅ Ｐ Ｓ可 以帮 助 微 生 物 抵 抗 外 界 环 境 恶 化 ，
右口 ］ 。此 外 ， Ｅ Ｐ Ｓ中也 存 在 其 他 的 如 脂 类 等 物 质 ， 这 些 物 质 的含 量 在 很 大 程 度 上 取 决 于 Ｅ Ｐ Ｓ的 培 养 环 境 、 工
艺参数 、 反应器类型等 因素 。同时 ， 采 用 不 同 的 提 取 方
法最后得到的各种成分的含量也会有变化 ， 这 方 面 在 后 文 会 有具 体 论 述 。Ｍｏ ｒ ｇ ａ ｎ等 ］ ， 研 究 了好 氧 、 厌 氧 颗 粒 污泥 、 消化污泥的 Ｅ Ｐ Ｓ后 发 现 ， Ｅ Ｐ Ｓ的产 量 与 污 泥 的 来
环境 中的有机物形成 ， 活性 污 泥 中的 Ｅ Ｐ Ｓ是 维持 其 三 维 结 构 的 关键 ， 对活性污泥的絮凝 能力、 脱 水性能 、 沉 降性 能 、 重 金 属 吸 附性 能等 有 重要 影 响 。结 合 国 内 外研 究现 状 ， 对 活 性 污泥 Ｅ Ｐ Ｓ的 组 成 、 提 取方 法、 表 征 手
段、 重 金 属 吸 附特 性 等 方 面进 行 了总 结 ， 并在 此 基础 上 对 未 来 的 Ｅ Ｐ Ｓ相 关 研 究 给 出 了建 议 。 关键词 ： 胞 外 聚 合 物 ；活 性 污泥 ；重金 属 中 图分 类 号 ： Ｘ ７ ０ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ４ — ９ ９ ４ ４ （ ２ ０ １ ７ ） １ ６ － ０ ０ ７ ５ — ０ ６
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２ Ｅ Ｐ Ｓ的性 质 与 表 征
２ ． １ Ｅ Ｐ Ｓ组 成 性 质
Ｅ ＰＳ主 要 由 蛋 白 质 、 多糖 、 腐 殖质 、 核 酸组成 ， 其中 蛋 白质 和 多 糖 是 Ｅ Ｐ Ｓ中 的 主 要 组 成 部 分 （ 图 １ ） 。腐 殖 质、 核酸等也是重要组成部分， 一般来说， 占 ２ ｏ 左
１ 引言
胞外聚合物 （ Ｅ Ｐ Ｓ ） 是 一 种 由微 生 物 分 泌 ， 细 胞 裂 解 和水 解 以 及 吸 附 废 水 中 有 机 物 而 产 生 的 复 杂 高 分 子 聚 合 物 ］ 。Ｅ Ｐ Ｓ通 常 覆 盖 在 微 生 物 聚 集 体 的 表 面 或 填 充 于微 生 物 聚 集 体 内部 口 ］ 。 在 微 生 物 废 水 处 理 过 程 中 的 ＥＰ Ｓ主 要 来 源 于 好 氧 或 厌 氧 微 生 物 细 胞 表 面 物 质 脱 落、 细胞 裂 解 和 环 境 有 机 物 的 吸 附 ， 并 在 污 泥 中积 累 ］ 。 研究 发现 ， 活 性 污 泥 中 ＥＰ Ｓ在 污 泥 生 物 量 中 占 据 总 有 机碳 （ Ｔ０Ｃ ） 的５ ０ ～９ Ｏ Ｅ ４ ３ 。Ｅ Ｐ Ｓ的 主要 成 分 是 多糖 、 蛋 白质 、 腐殖 质和核酸 ， 其 中多 糖 和 蛋 白质 含 量 占 ７ Ｏ
多糖是 Ｅ Ｐ Ｓ中含 量 最 多 的 物 质 ， 在 ＥＰ Ｓ固体 干 重 中大约 占 ６ ０ ％［ ９ ３ 。Ｅ Ｐ Ｓ 中 的 多 糖 包 括 同 多 糖 和 杂 多 糖 。 同 多 糖 由同 一 种单 糖 （ 比如 Ｄ一 葡 萄 糖 ） 组成 ， 并 且 大 多 数 的 同 多 糖 为 中性 。 杂 多 糖 通 常 由 乳 酸 菌 产 生 并 由单糖 重 复链 接 而 建 立 。Ｅ Ｐ Ｓ中 的 蛋 白 质 主 要 有 两 大类 ， 包括酶 和结构 蛋 白 。 当 环 境 中 的 营 养 物 质 短 缺时 ， 微 生 物会 分 泌 一 些 酶 用 以 降 解 Ｅ Ｐ Ｓ， 维 持 细 胞 生 长口 ， 由于 蛋 白质 中 巯 基 、 磷 酸基 、 羧 基 和 羟 基 的 大 量 存在， 促进 了 Ｅ Ｐ Ｓ对 重 金 属 的 吸 附 。 Ｅ Ｐ Ｓ中 的其 他 成 分， 如核酸 、 腐 殖 质 和脂 类 虽 然 所 占 比例 不 大 ， 但 是 都 对 ＥＰ Ｓ的 特 性 有 一 定 的影 响 。核 酸 的 含 量 通 常 用 于 检 验 胞 外 聚 合 物 提 取 过 程 中 的 细 胞 破 裂 程 度 。 研 究 表
比如 能 源短 缺 、 有毒环境 和重 金属环 境等 ， 在 必 要 时 可
作 为 活性 污 泥 微 生 物 的 碳 源 和 能 源 物 质 ］ 。尤 其 是 在
吸 附重 金 属 方 面 ， 活性 污泥 Ｅ Ｐ Ｓ不 论 是 可 溶 性 Ｅ Ｐ Ｓ还
２ Ｏ １ ７ 年８ 月
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇｒ ｅ ｅ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
绿 色料 技
第 １ ６期
活性 污泥胞外 聚合 物 吸附重金属离子 的研究进展
吴鹏宇 ， 夏令
（ １ ． 武 汉理 工 大学 资 源与环 境 工程 学 院， 湖 北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ； ２ ． 武汉 理 工大 学 矿 物 资 源与环 境 湖北省 重 点 实验 室 ， 湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ）
源关系密切 ， 且组分含量的差异颇大 。
８ Ｏ ， ＥＰ Ｓ通 过 结 合 细 胞 ， 与 细 胞 相 互 作 用 形 成 一 种 Ｅ Ｐ Ｓ的 对 活 性 污 泥 的 结 构 和 功 能 有 很 重 要 的 影
网状 结 构 ， 维 持 污 泥 絮 体 的 三 维 结 构 ］ 。 响 。ＥＰ Ｓ是 维 持 活 性 污 泥 絮 状 或 颗 粒 结 构 的 主要 因 素 ， 对活性 污泥的絮凝能力 、 脱水 性能 、 沉 降 性 能 等 有 重 要 影 响。同时 ， Ｅ Ｐ Ｓ可 以帮 助 微 生 物 抵 抗 外 界 环 境 恶 化 ，
右口 ］ 。此 外 ， Ｅ Ｐ Ｓ中也 存 在 其 他 的 如 脂 类 等 物 质 ， 这 些 物 质 的含 量 在 很 大 程 度 上 取 决 于 Ｅ Ｐ Ｓ的 培 养 环 境 、 工
艺参数 、 反应器类型等 因素 。同时 ， 采 用 不 同 的 提 取 方
法最后得到的各种成分的含量也会有变化 ， 这 方 面 在 后 文 会 有具 体 论 述 。Ｍｏ ｒ ｇ ａ ｎ等 ］ ， 研 究 了好 氧 、 厌 氧 颗 粒 污泥 、 消化污泥的 Ｅ Ｐ Ｓ后 发 现 ， Ｅ Ｐ Ｓ的产 量 与 污 泥 的 来