在高盐废水的处理过程中，膜分离法是目前最高效、适用范围最广的工艺技术，但是由胞外聚合物 EPS 引起的膜污染问题也随之而来。研究 EPS 的提取方法和成分组成这对 EPS 的分析有重要的指导意义。本研究对四组不同盐度活性污泥测定混合液上清液、SMP、LB-EPS、TB-EPS 的蛋白质、多糖和 DNA 含量。高盐下混合液上清液中存在大量大分子蛋白质。含盐污泥 EPS 的提取需要考虑混合液中的成分。比较 5 种 TB-EPS 的提取方法（离心法、超声法、加热法、甲醛法、甲醛+NaOH 法），甲醛+NaOH 法在高盐环境下仍有最高的提取总量。利用平行因子法分析不同提取方法提取 TB-EPS 的三维荧光光谱。结果表明甲醛法和加热法各自存在两组共同组分（类胡敏酸和类蛋白质），提供两种新的 EPS 提取分析方式。

关键词:

         高盐废水；EPS 提取；三维荧光；平行因子分析；成分分析

 

         在高盐废水的处理过程中，膜分离法是目前最高效、适用范围最广的工艺技术，但是，相应的膜污染问题也随之而来。目前，国内外普遍认为可溶性微生物产物 SMP 和胞外聚合物 EPS 为膜污染的主要原因。EPS 的提取方法主要分为物理法和化学法，不同方法在不同的污泥中，提取 EPS的成分种类和含量各不相同。近年来，对于含盐废水中污泥 EPS 的提取方式的比较的相关研究报道较少，尤其是高盐下污泥 EPS 提取方法的尚未定论。因此，本研究采用常见的 5 种方法，在不同盐度下提取不同的 EPS 组分并进行分析以期能够探究高盐废水的污泥中 EPS 适宜的提取方法和组成特性。

1.     材料与方法

1.1   材料与仪器

        试剂：NaCl、NH4Cl、KH2PO4、NaOH、H2SO4、葡萄糖、37%甲醛、苯酚、无水乙醇、考马斯亮蓝 G-250、牛血清蛋白（BSA）、丙三醇、3，5-二硝基水杨酸（DNS），所用试剂均为分析纯。

仪器：LP-40 低噪声空气泵、PX224ZH/E 电子天平、HH-2 数显恒温水浴锅、DHG-9247A 电热恒温干燥箱、X5 紫外可见分光光度计、KH20A 高速台式离心机。

       材料：实验所用污泥由污水处理厂的剩余污泥驯化后得到盐度不同的活性污泥，在 MBR 中稳定培养后，各盐度下活性污泥对 COD 的去除均达到 95%以上，污泥具体参数见表 1。所用试剂如下：

           

1.2     污泥 EPS 的提取

         在各反应器的曝气区取 10ml 混合液于 10ml 离心管中，同一批次下，每个反应器取 12 个样，静置（4℃，30min），离心 10min（4℃，2000g（6700r/min）），上清液通过 0.45μm 滤膜得到 SMP，往泥饼中加入由纯水配置的 0.9%NaCl 溶液至 10ml，静置（4℃，1h），离心 10min（4℃，5000g（10600r/min）），上清液通过 0.45μm 滤膜得到 LB-EPS，再往泥饼中加入由纯水配置的 0.9%NaCl 溶液至 5ml，震荡，静置（4℃，1h），以同一反应器的两个样为一组，进行离心法、超声法、加热法、甲醛法、甲醛+NaOH 法，具体操作如下：1）离心法：补充 0.9%NaCl 溶液至 10ml，4℃，6700r/min 离心 20min（作为对照组）；2）超声法：补充 0.9%NaCl 溶液至 10ml，130W 超声 10min；3）加热法：补充 0.9%NaCl 溶液至 10ml，70℃水浴加热 30min；4）甲醛法：加入 0.2 ml37%甲醛，补充 0.9%NaCl 溶液至 10ml；5）甲醛+NaOH 法：加入 0.2ml37%甲醛，再加入 2ml NaOH，补充 0.9%NaCl 溶液至 10ml；采用上述不同方法处理后，各样品在 8000g（18000r/min），4℃，离心 10min，上清液通过0.45μm 滤膜得到 TB-EPS。最后得到各反应器的 SMP，LB-EPS 和 TB-EPS，冷藏 24h 后进行检测分析。

1.3   EPS 成分分析

        本研究中，蛋白质 PN 和 DNA 含量采用紫外吸收法测定，多糖 PS 含量采用苯酚-浓硫酸测定法，提取总量是指蛋白质、多糖和 DNA 质量之和，结果表示为 mg/gSS。

1.4    EPS 三维荧光及方法分析

         利用三维荧光光谱仪(F-280,港东,天津)对上述 SMP，LB- EPS 和 TB-EPS 进行测样，利用MATLAB 中 drEEM 工具箱实现平行因子分析（PARAFAC），设置参数如下：激发波长 Ex（240-550nm），发射波长 Em（240-550nm），激发/发射间隔 5nm，激发/发射狭缝 5nm，增益倍数为 1。

通过 origin2021 和 visio 作图。

2.       结果与讨论

2.1     混合液上清液、SMP、LB-EPS 的成分分析

          对 4 组盐度下活性污泥的 SMP 和 LB-EPS 进行提取，混合液上清液以及污泥的 SMP 和 LB-EPS中各组分含量如图 1(a,b,c)所示。四组盐度下提取的 SMP 和 LB-EPS 中都含有蛋白质、DNA 和多糖，含量从大到小依次为蛋白质>多糖>DNA，说明在高盐环境中蛋白质依旧是活性污泥胞外聚合物的主要成分，此结果与 Tang 的研究相一致。本实验中，SMP 经过 0.45μm 滤膜后，A1 的组分总量最低，其次是 A3、A4、A2，含量分别为 5.92mg/gSS、29.57 mg/gSS、56.03 mg/gSS、132.34 mg/gSS。

          但在实验过程中发现，对四个反应器中过滤后的上清液进行组分测定 A1、A2、A3、A4，含量分别为123.59mg/gSS 、 109.75mg/gSS 、 43.0mg/gSS 、 45.88mg/gSS ， 其 中 ， 蛋 白 质 组 分 含 量 分 别 为110.02mg/gSS、57.97mg/gSS、27.89mg/gSS、27.48mg/gSS，蛋白质含量与盐度呈正相关，多糖含量在A2 中达到最大值，在 A1 中为最小值。经过滤膜处理后，A1 中 SMP 的蛋白质含量骤降说明蛋白质以某种大分子形式存在，大量蛋白质被滤膜截留使得 A1 的 SMP 和 LB-EPS 的蛋白质含量低。Krisna等认为这是高盐度下蛋白质的盐析作用所导致。DNA 的含量决定细胞的破碎程度，混合液上清液的 A1 中 DNA 含量相对较高，说明在高盐下，部分微生物容易破碎。LB-EPS 经过 0.45μm 滤膜后，A3 的组分总量最低，其次是 A1、A2、A4，含量分别为 3.22mg/gSS、7.48 mg/gSS、7.69mg/gSS、8.76 mg/gSS。A1 中的 DNA 含量比其它的盐度的 DNA 含量相对较多，说明在 SMP 去除后，胞外聚合物的内部结构更加脆弱，胞内 DNA 在离心作用下释放出来。各盐度下组分含量差异较小，说明在去除 SMP 后，各盐度下污泥处于同一比较水平，此时，EPS 的差异性通过成分含量和成分种类得以体现。

                

2.2 不同污泥不同提取方法 TB-EPS 的差异

         

          从图 2 可知，采用 5 种提取方法对不同盐度污泥的提取效果总体如下：甲醛+NaOH >甲醛>加热>超声>离心。5 种方法的 TB-EPS 的平均提取量分别为 208.03 mg/gSS、67.85 mg/gSS、48.55 mg/gSS、3.29 mg/gSS、3.22 mg/gSS。超声法的总提取效率略高于对照组，表明超声法提取不同盐度的 TB-EPS效果与离心法相比无明显差异，这与王淑莹等研究结果相一致。甲醛法对多糖的平均提取量为 63.9mg/gSS，占总平均提取量的 94.2%，表明甲醛能够有效提取 EPS 中的多糖物质。加热法对污泥的 EPS提取效率适中，但由于 DNA 占比相对较大，细胞破裂严重，不宜作为分析指标。甲醛+ NaOH 法是通过甲醛保护多糖的降解同时利用 NaOH 使污泥 pH 升高,增加带电 EPS 分子间的斥力,从而提高EPS 提取效率。在四组盐度下，甲醛+NaOH 法的提取效率都远高于其他提取方法。说明甲醛+NaOH 法更适合提取含盐污泥的 ESP。此外，从图 2 中可以看出，在 A4 盐度的提取量最高，达到414.61mg/gSS，在盐度 A3 组中，TB-EPS 的提取含量为最低水平，这与王子超等发现 TB-EPS 的蛋白质和多糖会随盐度增加而增加的研究结果并不一致。分析原因可能是本实验中的污泥取自不同的污水处理厂以及后期驯化的条件不同所导致

 

 

 

原标题：高盐废水 MBR 过程中胞外聚合物提取研究

原作者:   钟辉，袁野，钟常明