CN107417057A - 一种活性污泥胞外聚合物分层及提取方法 - Google Patents

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何群彪
章婷婷
薛勇刚
吴芳芳
朱倩倩
戴晓虎
戴翎翎
黄永西
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Suzhou Tongde Environmental Protection Technology Co., Ltd.
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SHANGHAI URBAN POLLUTION CONTROL ENGINEERING RESEARCH CENTER Co Ltd
Suzhou Tongde Environmental Protection Technology Co Ltd
SUZHOU RESEARCH INSTITUTE OF TONGJI UNIVERSITY
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Abstract

本发明公开了一种活性污泥胞外聚合物分层及提取方法，其通过将活性污泥中的胞外聚合物分为菌落之间的胞外聚合物和细菌间的胞外聚合物两种不同类型，并通过阳离子交换树脂的方法提取菌落之间的胞外聚合物，再通过超声的方法提取细菌间的胞外聚合物。通过优化后的条件能够快速有效的提取活性污泥中不同类型及功能的胞外聚合物，为研究生物活性污泥絮凝、沉降和脱水性能提供了方法上的依据和支撑。

Description

一种活性污泥胞外聚合物分层及提取方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理领域，提供了一种针对生物活性污泥胞外聚合物分层及提取的新方法，可以快速高效地提取活性污泥中不同类型的胞外聚合物，有助于后续污水处理过程中活性污泥性状的研究。
背景技术
胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances, EPS)是污泥絮体中重要的有机物质，其主要来源于细菌分泌、细胞溶解和外源底物的吸附，主要成分是一些高分子物质，如蛋白质、多糖、类腐殖质和核酸等聚合物，其附着在细菌表面，阻止一些有害物质进入细胞，对细胞起到保护作用。
近年来，研究者普遍认为附着在细菌表面的胞外聚合物将改变污泥泥质特征，例如污泥的絮凝、沉降和脱水性能，从而影响污水处理效果和污泥处置。先前有学者提出了传统的胞外聚合物组分划分，将EPS分为粘液层EPS、松散附着EPS（loosely boundextracellular polymeric substances，LB-EPS）和紧密粘附EPS(tightly boundextracellular polymeric substances，TB-EPS)，但研究者对于EPS各层的具体划分主要是依据不同的提取方法，缺乏对于不同层胞外聚合物的理论认识，不同的提取方法将会造成对LB-EPS和TB-EPS不同的定义。
不同类型的胞外聚合物对于污泥泥质特征的影响是不同的，因为传统的胞外聚合物分层缺乏理论指导，不同的研究者采用不同的提取方法对污泥中胞外聚合物进行分层，导致先前大部分关于胞外聚合物与污泥泥质之间关系的研究存在矛盾，这将会限制这一领域的科学研究。活性污泥包含三个组成部分，分别是单个细胞、小菌落和絮体颗粒，单个细胞聚集形成菌胶团，菌胶团聚集形成絮体，而EPS在絮体形成过程中扮演重要的作用。
为了更好地研究污泥中不同类型的胞外聚合物及其组分对污泥泥质特征的影响，需要针对活性污泥的结构特征，建立具有科学理论依据的污泥胞外聚合物分层及提取方法。
发明内容
针对上述研究的不足，本发明从污泥絮体结构的角度出发，提供了一种活性污泥中胞外聚合物分层及提取的新方法，可以快速高效的提取污泥中两种具有代表性的胞外聚合物，为后续污泥泥质特征与EPS关系的研究提供方法上的支撑和依据。
一种活性污泥胞外聚合物分层及提取方法，包括以下步骤：
使用阳离子交换树脂与活性污泥进行作用，离心分离出菌落之间的胞外聚合物（EMPS），离子交换树脂用量为70g/g MLVSS，使用水浴摇床在4℃，500r/min下，优选作用时间为4h；其中MLVSS为混合液挥发性悬浮固体浓度。
对离子交换树脂处理后的污泥进行超声处理，离心分离出细胞间的胞外聚合物（ECPS）。
优选的超声强度为900J/mL。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明提供了针对活性污泥絮体结构特征的EPS分层方法，从理论上对污泥中的EPS进行了新的定义，确定了活性污泥中两类不同类型的EPS，即菌落间的胞外聚合物(EMPS)和单个细胞间的胞外聚合物(ECPS)，与传统的EPS划分相比，这一划分更符合EPS在污泥絮体中实际的存在形式。
（2）本发明提供了活性污泥中两类代表性胞外聚合物的标准提取方法，并确定了最优的提取条件，提取出来的这两类胞外聚合物与污泥泥质特征可能具有更为密切的关系，这为以后的研究提供了新的思路和方法上的支撑。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明所述的活性污泥胞外聚合物分层及提取方法的原理图。
具体实施方式
一种活性污泥胞外聚合物分层及提取方法，包括以下步骤：
1、取30ml的活性污泥，在4000g，4℃条件下离心5分钟，上层液收集为Slime层胞外聚合物；
2、剩下的污泥使用PBS缓冲溶液重新悬浮至原体积，阳离子交换树脂用量为70g/gMLVSS，使用水浴摇床在4℃，500r/min下，分别作用1h、2h、4h和8h；其中，PBS为磷酸缓冲盐溶液；MLVSS为混合液挥发性悬浮固体浓度；
3、沉置一段时间后，污泥混合液与树脂自然分离，污泥混合液在12000g，4℃条件下离心15分钟，上层清夜为菌落间的胞外聚合物EMPS；
4、剩余的污泥再使用PBS缓冲溶液重新悬浮至原体积，进行超声处理，超声能量强度分别为300J/mL、600J/mL和900J/mL，其中，PBS为磷酸缓冲盐溶液；
5、污泥混合液在25000g，4℃条件下离心20分钟，上层清夜为单个细胞间的胞外聚合物ECPS，剩余污泥重新使用PBS缓冲溶液重新悬浮至原体积；其中，PBS为磷酸缓冲盐溶液；
6、对原污泥、经阳离子交换树脂处理过的污泥和经超声处理过的污泥进行粒径测试，未处理的污泥粒径为d50为100um，而经阳离子交换树脂作用后，污泥的中值粒径减小至20um，这正符合菌落的尺寸，但树脂作用时间对污泥尺寸影响很小，4h为树脂提取菌落间的胞外聚合物EMPS的最佳时间；经超声处理的污泥粒径显著降低，超声强度为900J/mL时，粒径降低至3um，这与单个细菌的尺寸相类似，超声确实将污泥絮体分散成单个细胞，且900J/mL作为提取单个细胞间的胞外聚合物ECPS的超声强度，分层的方法是可行的；
7、对菌落间的胞外聚合物EMPS和单个细胞间的胞外聚合物ECPS中的蛋白质、多糖和DNA的含量进行检测，离子交换树脂处理4h，对菌落间的胞外聚合物EMPS中的DNA百分含量为13%，900J/mL下超声处理，单个细胞间的胞外聚合物ECPS中的DNA百分含量为9%，处理过程中细胞并未严重破损，提取方法是可行的；
8、对菌落间的胞外聚合物EMPS和对单个细胞间的胞外聚合物ECPS分别进行亲疏水性、蛋白电泳和三维荧光分析，发现菌落间的胞外聚合物EMPS和单个细胞间的胞外聚合物ECPS存在较大的差别，这也证实了菌落间的胞外聚合物EMPS和单个细胞间的胞外聚合物ECPS是两类不同的EPS。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明提供了针对活性污泥絮体结构特征的EPS分层方法，从理论上对污泥中的EPS进行了新的定义，确定了活性污泥中两类不同类型的EPS，即菌落间的胞外聚合物(EMPS)和单个细胞间的胞外聚合物(ECPS)，与传统的EPS划分相比，这一划分更符合EPS在污泥絮体中实际的存在形式。
（2）本发明提供了活性污泥中两类代表性胞外聚合物的标准提取方法，并确定了最优的提取条件，提取出来的这两类胞外聚合物与污泥泥质特征可能具有更为密切的关系，这为以后的研究提供了新的思路和方法上的支撑。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种活性污泥胞外聚合物分层及提取方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将活性污泥中的胞外聚合物分为菌落之间的胞外聚合物和细菌间的胞外聚合物两种不同类型；
b、阳离子交换树脂提取菌落之间的胞外聚合物；
c、超声的方法提取细胞间的胞外聚合物。
2.按照权利要求1的活性污泥胞外聚合物分层及提取方法，其特征在于，提取Slime层胞外聚合物后的污泥底物用PBS恢复至原体积，然后使用阳离子交换树脂提取菌落之间的胞外聚合物；其中，PBS为磷酸缓冲盐溶液。
3.按照权利要求1的活性污泥胞外聚合物分层及提取方法，其特征在于，提取离子交换树脂用量为70g/g MLVSS，使用水浴摇床在4℃，500r/min下，作用时间为4h；其中MLVSS为混合液挥发性悬浮固体浓度。
4.按照权利要求1的活性污泥胞外聚合物分层及提取方法，其特征在于，将提取完EMPS后的污泥底物用PBS恢复至原体积，然后进行超声；其中，EMPS为菌落之间的胞外聚合物；PBS为磷酸缓冲盐溶液。
5.按照权利要求1的活性污泥胞外聚合物分层及提取方法，其特征在于，超声强度为900J/mL。
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