阳离子树脂法提取活性污泥胞外聚合物的研究
第7卷第11期2006年11月环境污染治理技术与设备
Techniques and Equi pment for Envir on mental Polluti on Contr ol
Vol . 7, No. 11Nov. 2006
阳离子树脂法提取活性污泥
胞外聚合物的研究
李绍峰 王雪芹 王宏杰 崔崇威 董文艺
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(1. 深圳职业技术学院建筑工程系, 深圳518055; 2. 哈尔滨工业大学市政环境工程学院, 哈尔滨150090;
3. 哈尔滨工业大学深圳研究生院, 深圳518055)
摘 要 考察了树脂法提取活性污泥中胞外聚合物(, 确定了最佳的提取条件。试验结果表明, 树脂量60g/gVSS, 振摇频率200r/mh, . mg/L,DNA 占提取量的12. 13%。该方法的重现性试验结果还表明, EPS . ～6. 07%之间, 能较好地满足试验要求, 是一种可靠的EPS 关键词 中图分类号 A 文章编号 100829241(2006) 1120041204
Study on the ca ti on resi n EPS extracti on m ethod
L i Shaofeng W ang Xueqin W ang Hongjie Cui Chong wei Dong W enyi
(11Depart m ent of A rchitecture Engineering, Shenzhen Polytechnic I nstitute, Shenzhen 518055; 21School of Munici pal &Envir onmental Engineering, Harbin I nstitute of Technol ogy, Harbin 150090;
31Shenzhen Gtaduate School, Harbin I nstitute of Technol ogy, Shenzhen 518055)
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Abstract The influencing fact ors on cati on resin method of EPS extracti on were studied and the op ti m um extracti on conditi ons were chosen . The experi m ental results indicated that the s peci m en had been stirred f or 4h at the frequency of 250r/min and cati on resin dose of 60g/g VSS, the EPS extracti on was cl osed t o 111. 20mg/L and DNA was 12. 13%of EPS . Further more, the repetitive experi m ental results suggested that thismethod was reliable and could satisfy the experi m ental requirements since the standard deviati ons of EPS and its components were 2. 21%～6. 07%.
Key words cati on resin; activated sludge; EPS
胞外聚合物(extracellular poly meric substance, 中脱落下来; 另一为化学作用, 阳离子树脂中的一价EPS ) 是在一定环境条件下微生物, 主要是细菌, 分阳离子与活性污泥中的二价阳离子发生离子交换, 泌于体外的高分子聚合物。其普遍存在于活性污泥把起到络合作用的二价阳离子置换出来, 使成三维絮体内部及表面, 具有重要的生理功能, 不仅对污水结构的絮体破碎, EPS 从活性污泥中分离出来。影, 而且对生物膜传质、响树脂法提取活性污泥中EPS 的主要因素有树脂
[2～4]
提取时间以及振摇频率等, 本文将从以上各方面活性污泥沉降、絮凝性能等都有着重要的影响。量、
中金属离子的去除有贡献
[1]
研究污泥中EPS 含量及其组成对于探讨活性污泥考察其对EPS 提取的影响。性质具有重要的意义。但由于EPS 提取方法的不一致性, 使许多研究结论没有可比性, 甚至相互矛盾, 因此, 确定一种好的提取方法至关重要。
EPS 的提取方法主要归结为物理法、化学试剂
1 试验材料和方法
1. 1 试验仪器和试剂
Centrifuge 5810R (Eppendorf 公司) 离心机;
基金项目:广东省自然科学基金资助项目(04300420) 收稿日期:2005-12-13; 修订日期:2006-06-07
作者简介:李绍峰(1972～) , 男, 博士, 副教授, 主要从事水污染控制
及污水资源化领域的研究工作。
E 2mail:s olve [email protected]
法。目前最常用的为阳离子树脂法, 阳离子树脂法提取活性污泥中EPS 的机理主要有以下2个方面:一是机械作用, 成颗粒状的树脂与活性污泥利用摇床的搅动作用, 相互磨擦、挤压, 有利于EPS 从污泥
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环境污染治理技术与设备第7卷
HYG 2Ⅱa 型回转式恒温调速摇瓶柜; 721W 微机型DNA 的百分含量逐渐增加, 在树脂量为
可见光分光光度计; 所用试剂和721型阳离子树脂60～70g/g VSS 之间有突跃, 当树脂量>70g 均为市售分析纯; 缓冲液成分为:Na 3P O 42×/g VSS,DNA 的百分含量基本保持不变, 维持在16%-3-3
10mol/L,NaH 2P O 44×10mol/L,NaCl 9×左右, 这说明部分细胞已被破坏, 胞内物质混入EPS -3-3
溶液中, 影响了EPS 的测定。因此, 为防止胞内物质10mol/L,KCl 1×10mol/L。1. 2 活性污泥的培养及预处理11211 活性污泥的培养
影响EPS 的后续测定, 选择树脂量为60g/g VSS
。
活性污泥采用S BR 法培养, 运行8h, 静置1h 后换水。人工配水由淀粉、葡萄糖、蛋白胨、氯化铵、
磷酸氢二钾、氯化钙、硫酸镁和氯化铁配制而成, 并加入碳酸氢钠调节pH 值。11212 活性污泥预处理
取50mL 4心15m in, mL, 继续离心10m in, 重复2, 。1. 3 EPS 的提取
将经预处理后的污泥转移至有一定量树脂的锥形瓶, 固定于摇床进行处理。将处理后的污泥和树脂的混合液完全转移至离心管中, 在4000r/min, 4℃, 离心10m in; 取上部清液, 在12000r/min, 4℃
图1 树脂量对EPS 提取效果的影响
Fig . 1 Effect of cati on resin dose on
extracti on efficiency of
EPS
条件下离心15m in, 上清液经0. 45μm 纤维素滤膜
过滤, 所得溶液为含EPS 溶液。1. 4 EPS 的组成及测定
EPS 的主要成分是蛋白质和多糖, 约占EPS 总
图2 树脂量对DNA 提取量的影响
Fig . 2 Effect of cati on resin dose 量的70%～80%, 而EPS 中DNA 的来源主要是破
on extracti on efficiency of DNA 裂的细胞, 因此其含量的高低可以用来监测细胞的
[5, 6][7]
破坏情况。EPS 中各组分的测定方法如下:2. 2 振摇时间的确定蛋白质:Folin 2酚法测定; 多糖:蒽酮比色法测定, 树脂量为60g/gVSS, 振摇频率为250r/min 处DNA:二苯胺法。理1～8h 。试验结果如图3和图4所示。从图3可
知, EPS 、蛋白质和多糖的含量随着摇床时间的增加2 试验结果与分析
而呈上升趋势, 当提取时间为8h 时, 其提取量将近
2. 1 树脂量的确定为提取时间为1h 时的4倍, 可见提取时间对EPS
取树脂量为30～110g /g VSS, 在振摇频率为的提取量影响也比较大
。250r/min 下处理4h 。试验结果如图1和图2所
示。从图1可知, EPS 、蛋白质和多糖的含量随着树脂量的增加而呈上升趋势, 当树脂量为110g/g VSS 时, 其提取的EPS 的量是加入树脂量为30g/g VSS 时的2倍左右, 可见加大树脂量有利于胞外聚合物的提取。
由图2可知, DNA 的提取量随着树脂量的增加呈上升趋势, 而其占EPS 的百分含量在开始阶段呈下降趋势, 然后逐渐上升, 这可能是与蛋白质和多糖比较容易被提取出来有关。随着树脂量的增加,
图3 振摇时间对EPS 提取效果的影响
Fig . 3 Effect of extracti on ti m e on extracti on efficiency of EPS
第11期李绍峰等:阳离子树脂法提取活性污泥胞外聚合物的研究
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图4 振摇时间对DNA 提取量的影响
Fig . 4 Effect of extracti on ti m e on extracti on efficiency of DNA
图6 振摇频率对DNA 提取量的影响
. 6 Effect of 从图4可知, DNA 长而增加, 在5h 后增加趋于平缓, 在前5h , 45幅度很大, 5h , 但. 5%左右, 这说明5h 后细胞破裂比较严重, 胞内物质已经释放出来, 影响EPS
4重现性试验在振摇频率为200r/min, 振摇时间为4h, 树脂量为60g/g VSS 条件下进行, 试验做5个平行, 试验及分析结果如表1所示。从表1可以看出, 试验的重现性相当好, EPS 及其各成分的相对
的测定。而且如果时间过长, 提取的EPS 比较容易分标准偏差在2. 21%～6. 07%之间, 能很好地满足试
验要求。解, 也将影响测定。因此, 选择提取时间为4h 。
2. 3 振摇频率的确定表1 重现性试验及分析
Table 1 Ana lysis of repetiti ve exper i m en t a l results 取树脂量为60g/g VSS 、振摇时间为4h 、振摇
(mg/gVSS ) 频率为100～300r/min 。试验结果如图5和图6所示。从图5可知, EPS 、蛋白质和DNA 随着振摇频
率的增加而不断地增加, 100～200r/min 时增加比较快, >200r/min 后, 增加速度有所减慢。300r/min 时EPS 的提取量比100r/min 时要高1倍多, 可见振摇频率也是影响EPS 提取的一个重要因素。
从图6可知, DNA 的含量及其占EPS 总量的百分比也与振摇频率呈正比关系, 考虑到振摇频率>200r/min 时, EPS 总量增加比较慢, 而DNA 的含量增加速度仍然比较快, 为即保证EPS 被充分的提取, 又要减少细胞破裂, 防止胞内物质外泄, 影响测定, 振摇频率选择在200r/min
。
树脂法
12345
蛋白质
83. 2281. 9779. 8082. 2884. 7882. 412. 21
多糖
14. 3516. 0816. 1614. 2615. 6515. 306. 07
DNA 14. 0413. 6512. 9913. 1213. 6413. 493. 18
EPS 111. 61111. 70108. 95109. 67114. 07111. 201. 80
平均值
RS D (%)
3 结 论
本研究用阳离子树脂法提取以S BR 运行的活性污泥中的EPS, 考察了树脂量、提取时间和振摇频率对EPS 提取的影响, 并进行了重现性试验, 得出以下结论:
(1) 树脂量对EPS 的提取有较大影响, 树脂量为110g/g VSS 时, 其提取效果是30g/gVSS 时的2倍左右。通过综合分析EPS 的提取量和DNA 的百分含量的变化, 确定树脂投加量为60g/g VSS;
(2) 提取时间对EPS 的提取影响最大, 提取时间为8h 时, 其提取量为158. 63mg/g VSS, 约为1h
图5 振摇频率对EPS 提取效果的影响
Fig . 5 Effect of stiring frequency on extracti on efficiency of
EPS
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环境污染治理技术与设备第7卷
时的4倍左右。通过分析EPS 的提取量和DNA 的百分含量的变化, 确定提取时间为4h;
(3) 振摇频率对EPS 的提取也有较大的影响, 振摇频率为300r/min 时, 其提取效果是100r/min 的2倍左右。通过分析EPS 的提取量和DNA 的百分含量的变化, 确定振摇频率为200r/min;
(4) 重现性试验表明蛋白质、多糖、DNA 和EPS 的RS D 分别为2. 21%、6. 07%、3. 18%和1. 80%, 试验重现性相当好, 说明该方法是一种可靠的提取EPS 的方法;
(5) 与其他检测方法相比, 如EDT A 提取法、均质提取法等相比, 具有温和、、;
(6) 由于, 在较高温度下更为迅速, , 所以应尽量使其保持在较低温度下(4℃) 尽快测定。
参考文献
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