CN111646660A - 一种从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物的方法，其包括以下步骤：(1)预处理阳离子交换树脂；(2)利用用作提取体系的溶液预处理硝化污泥；(3)将预处理后的硝化污泥与预处理后的阳离子交换树脂混合，先后进行振荡和静置；(4)将步骤(3)静置后的硝化污泥和上清液混合物离心；以及，(5)将步骤(4)离心得到的上清液进行过滤，得到所述微生物胞外聚合物。在本发明的方法中，对树脂进行浸泡处理、抽滤去除去离子水有利于树脂中的空隙张开，增加与EPS离子的交换速率，提高提取速率。另一方面，采用NaCl溶液作为提取体系，能更好地维持渗透压，有利于置换出EPS网状结构中的离子核心，从而使EPS溶于提取体系，提高EPS的提取效率。

Description

一种从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物的方法
技术领域
本申请属于废水生物处理的技术领域，具体涉及一种从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物的方法。
背景技术
微生物胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)作为包裹在细胞周围的生物大分子物质，是菌体与外界环境相互作用的直接媒介，对污泥团聚以及在载体表面附着的过程起着重要的作用。微生物胞外结构主要为EPS是由微生物合成分泌到细胞体外的高分子聚合物，一般为多糖、核酸和蛋白质等物质组成。一般认为，EPS具有一定结构作用，将细菌包裹在内，相当于微生物生长的直接微环境，同时起到保护微生物的作用。
近年来，EPS因其出色的絮凝和吸附性能，被广泛应用于给水处理、污水处理和污泥处理等领域中。在当今环境污染日益严重的背景下，EPS作为一种新型的絮凝剂、吸附剂，将其规模化生产、应用，可以在很大程度上减轻环境负担。
EPS的化学成分复杂，含量多变，为了对EPS进行含量测定，需要对其进行有效提取。目前的提取方法，EPS的产量低，远低于热提法等其他EPS提取方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物的方法，其包括以下步骤：(1)预处理阳离子交换树脂；(2)利用用作提取体系的溶液预处理硝化污泥；(3)将预处理后的硝化污泥与预处理后的阳离子交换树脂混合，先后进行振荡和静置；(4)将步骤(3)静置后的硝化污泥和上清液混合物离心；以及，(5)将步骤(4)离心得到的上清液进行过滤，得到所述微生物胞外聚合物。
优选地，在步骤(1)中，用去离子水浸泡所述阳离子交换树脂2h，之后通过抽滤去除去离子水，得到预处理后的阳离子交换树脂。
优选地，在步骤(2)中，所述用作提取体系的溶液是0.1mol/L的NaCl溶液。
优选地，在步骤(1)中，用去离子水浸泡所述阳离子交换树脂2h，之后通过抽滤除去去离子水，得到预处理后的阳离子交换树脂；
优选地，在步骤(2)中，将硝化污泥在4000rpm下离心10min之后弃去上清液，用0.1mol/L NaCl溶液冲洗沉淀三次，再用0.1mol/L NaCl溶液重悬沉淀，得到预处理后的硝化污泥；在步骤(3)中，将预处理后的硝化污泥与预处理后的阳离子交换树脂混合，在200rpm、4℃下振荡3h之后静置3min；在步骤(4)中，将步骤(3)静置后的硝化污泥和上清液混合物在9000rpm、4℃下离心20min；在步骤(5)中，用0.45um醋酸纤维薄膜将步骤(4)离心得到的上清液进行过滤，得到所述微生物胞外聚合物。
在本发明的方法中，用去离子水室温下浸泡阳离子交换树脂，之后通过抽滤而非晾干的方式去掉去离子水。因为晾干会使树脂中的离子空隙紧缩，不利于提取EPS，而对树脂进行浸泡处理、抽滤去除去离子水有利于树脂中的空隙张开，从而增加与EPS离子的交换速率，进而提高提取速率。
另一方面，本发明的方法采用0.1mol/L NaCl溶液作为提取体系，能更好地维持渗透压，利用NaCl溶液作为提取体系，有利于置换出EPS网状结构中的离子核心，从而使EPS溶于提取体系，提高EPS的提取效率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。本领域技术人员应当理解，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在基于阳离子交换树脂提取微生物胞外聚合物的常规方法中，提取缓冲溶液的配方为：2mmol Na3PO4、4mmol NaH2PO4、9mmol NaCl和1mmol KCl配成1L溶液。常规提取步骤包括：(1)用提取缓冲溶液对阳离子交换树脂进行预处理；(2)通过包括纯水洗涤和超声破碎在内的方式对污泥样品进行预处理；(3)将预处理后的树脂与预处理后的污泥样品混合接触；(4)离心上一步骤中的混合物，离心上清液作为微生物胞外聚合物提取产物。
本申请在上述常规方法的基础上提出了一种改进的从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物的方法。该包括以下步骤：(1)预处理阳离子交换树脂；(2)利用用作提取体系的溶液预处理硝化污泥；(3)将预处理后的硝化污泥与预处理后的阳离子交换树脂混合，先后进行振荡和静置；(4)将步骤(3)静置后的硝化污泥和上清液混合物离心；以及，(5)将步骤(4)离心得到的上清液进行过滤，得到所述微生物胞外聚合物。
优选地，在步骤(1)中，用去离子水浸泡阳离子交换树脂2h，之后通过抽滤除去去离子水，得到预处理后的阳离子交换树脂。优选地，在步骤(2)中，用作提取体系的溶液是0.1mol/L的NaCl溶液。
为使本发明的实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明的方法的进步性能显著的体现，以下通过实施例和比较例来举例说明上述技术方案。
实施例
本实施例采用本申请所提供的改进的方法从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物。具体步骤如下。
(1)按照70g/g VSS的量称取阳离子交换树脂，用去离子水浸泡树脂2h，之后用抽滤法去掉去离子水，得到预处理后的树脂，置于锥形瓶中备用。
(2)取5ml硝化污泥，在4000rpm下离心10min，去掉上清液之后用0.1mol/L NaCl溶液冲洗3次，每次冲洗时先加入NaCl溶液，之后将污泥样品悬浮，待沉降完毕，弃上清液，最后一次冲洗直接将溶液倒入装有预处理后的树脂的锥形瓶中，并用封口膜裹住瓶口。
(3)将锥形瓶放在摇床上在200rpm、4℃下振荡3h，随后静置3min，将静置后的硝化污泥和上清液用一次性滴管吸至10ml离心管。
(4)在9000rpm、4℃下将步骤(3)中吸取出来的硝化污泥和上清液离心20min。
(5)用针管将步骤(4)中离心后的上清液吸出，并通过0.45um醋酸纤维薄膜过滤至10ml离心管，得到EPS提取产物。
比较例
采用与上述实施例相同来源的阳离子交换树脂和硝化污泥样品，用常规方法进行EPS提取。所用的提取缓冲溶液配方为：：2mmol Na3PO4、4mmol NaH2PO4、9mmol NaCl和1mmolKCl配成1L溶液。
具体提取步骤如下。
(1)将阳离子交换树脂在提取缓冲溶液中清洗1h，晾干作为预处理后的树脂备用。
(2)取5ml污泥，加入10ml纯水，在4000r/min、4℃条件下离心5min，弃去10ml上清液，加入10ml缓冲液再离心，此过程循环三次；最后一次弃去上清液10ml，加入10ml缓冲液，冷冻条件下超声破碎，破碎条件为20W，2min，得到污泥样品破碎液。
(3)按80g/gVSS的量称取上述预处理后的树脂，置于25ml的烧杯，将步骤(2)得到的污泥样品破碎液倒入烧杯中与树脂进行混合，恒温20℃下搅拌2h，随后静置取上清液；
(4)将步骤(3)得到的上清液在10000r/min、4℃条件下离心30min之后取上清液，将取出的上清液进一步在10000r/min、4℃条件下离心15min，离心操作重复三次，最后得到的离心上清液作为EPS提取产物，4℃条件下保存备用。
将实施例和比较例得到的EPS提取产物进行比较，实施例所得到的EPS产物的量增加了22％。
以上通过具体的实施例详细描述了本发明的一种具体实践方式，本领域技术人员应当理解，本发明并不仅限于上述实施例。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种从硝化污泥中提取微生物胞外聚合物的方法，其包括以下步骤：
(1)预处理阳离子交换树脂；
(2)利用用作提取体系的溶液预处理硝化污泥；
(3)将预处理后的硝化污泥与预处理后的阳离子交换树脂混合，先后进行振荡和静置；
(4)将步骤(3)静置后的硝化污泥和上清液混合物离心；以及，
(5)将步骤(4)离心得到的上清液进行过滤，得到所述微生物胞外聚合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤(1)中，用去离子水浸泡所述阳离子交换树脂2h，之后通过抽滤除去去离子水，得到预处理后的阳离子交换树脂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
在步骤(2)中，所述用作提取体系的溶液是0.1mol/L的NaCl溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤(1)中，用去离子水浸泡所述阳离子交换树脂2h，之后通过抽滤除去去离子水，得到预处理后的阳离子交换树脂；
在步骤(2)中，将硝化污泥在4000rpm下离心10min之后弃去上清液，用0.1mol/L NaCl溶液冲洗沉淀三次，再用0.1mol/L NaCl溶液重悬沉淀，得到预处理后的硝化污泥；
在步骤(3)中，将预处理后的硝化污泥与预处理后的阳离子交换树脂混合，在200rpm、4℃下振荡3h之后静置3min；
在步骤(4)中，将步骤(3)静置后的硝化污泥和上清液混合物在9000rpm、4℃下离心20min；
在步骤(5)中，用0.45um醋酸纤维薄膜将步骤(4)离心得到的上清液进行过滤，得到所述微生物胞外聚合物。
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