王先寶 冉家榮 陳甜甜 張雨笛 張敏婷 謝怡俐 侯銀萍 賀超 張安龍
摘?要:為了探明不同方法提取活性污泥胞外聚合物(EPS)的氧化還原特性,采用四種典型的方法:加熱法、超聲法、EDTA法和甲醛-NaOH法分別提取活性污泥EPS,對(duì)其組分和氧化還原特性進(jìn)行分析.結(jié)果表明:甲醛-NaOH法提取EPS含量最高,達(dá)到68.59 mg·g-1,其次為EDTA法(23.40 mg·g-1)、加熱法(18.2 mg·g-1)和超聲法(4.07 mg·g-1);化學(xué)法(甲醛-NaOH法和EDTA法)對(duì)EPS中氧化還原物質(zhì)的提取效率高于物理法(加熱法和超聲法);不同方法提取EPS的電子接受能力和電子供給能力分別為0.07~0.30 μmole-·g-1和0.01 ~0.04 μmole-·g-1,其中EDTA法提取EPS的電子接受能力與電子供給能力最高.紫外可見光譜圖和傅里葉紅外光譜圖均顯示出EPS中存在腐殖類物質(zhì),且化學(xué)法提取的含量高于物理法;三維熒光光譜圖顯示出蛋白質(zhì)和腐殖酸的熒光峰,加熱法提取EPS的蛋白質(zhì)峰熒光強(qiáng)度更高,而化學(xué)法提取EPS的腐殖酸峰熒光強(qiáng)度更高.
關(guān)鍵詞:活性污泥;胞外聚合物;氧化還原特性;氧化還原物質(zhì)
中圖分類號(hào):TB332
文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A
文章編號(hào):2096-398X(2023)04-0008-07
Abstract:In order to investigate the redox properties of extracellular polymeric substances (EPS) in activated sludge extracted by different methods,four typical methods (heating,ultrasonication,EDTA and formaldehyde-NaOH methods) were used to extract EPS of activated sludge and analyzed its components and redox properties,respectively.The results showed that the highest EPS content was obtained by formaldehyde-NaOH method,reaching 68.59 mg·g-1,followed by EDTA method (23.40 mg·g-1),heating method (18.2 mg·g-1) and ultrasonication method (4.07 mg·g-1).The extraction efficiency of redox substances in EPS by chemical methods (formaldehyde-NaOH and EDTA methods) was higher than that by physical methods (heating and ultrasonication methods).The electron accepting capacity and electron donating capacity of EPS extracted by different methods were 0.07~0.30 μmole-·g-1 and 0.01~0.04 μmole-·g-1,respectively,among which the electron accepting capacity and electron donating capacity of EPS extracted by EDTA method were the highest.The UV-Vis and FTIR spectra showed the existence of humic substances in EPS,and the content extracted by chemical extraction was higher than that by physical method.The three-dimensional fluorescence spectra showed the fluorescence peaks of protein and humic acid,the protein peak fluorescence intensity of EPS extracted by heating method was higher,while the humic acid peak fluorescence intensity of EPS extracted by chemical method was higher.
Key words:activated sludge;extracellular polymeric substances;redox properties;redox substances
0?引言
胞外聚合物(EPS)是活性污泥絮體內(nèi)處于細(xì)胞外部的聚合物,主要來(lái)源于細(xì)菌的自然分泌物、細(xì)胞裂解和水解產(chǎn)物.EPS是活性污泥的主要組成部分,直接影響活性污泥絮體的傳質(zhì)、絮凝、沉降和生物代謝活性等理化特性[1].根據(jù)EPS在細(xì)胞外分布位置的不同,可將其劃分為溶解態(tài)EPS(SEPS)和結(jié)合態(tài)EPS(BEPS),BEPS具有雙層結(jié)構(gòu),又可分為松散附著EPS (LB-EPS)和緊密黏附EPS (TB-EPS)[2].
EPS的成分復(fù)雜,包括蛋白質(zhì)、多糖、脂類、核酸、醛酸和一些無(wú)機(jī)成分.雖然EPS組分受污泥來(lái)源及提取方法的影響,但以有機(jī)成分為主,其中蛋白質(zhì)和多糖占EPS總量的70%~80%[1,3].將EPS從細(xì)胞表面剝離即提取是EPS研究的前提.目前EPS提取方法主要分為物理法、化學(xué)法及物化結(jié)合法.物理方法主要是通過(guò)施加外力將EPS從細(xì)胞表面剝離,包括超聲法、高速離心法、加熱法等[4].化學(xué)法主要是通過(guò)添加化學(xué)藥劑破壞EPS和細(xì)胞間的相互作用,使EPS從細(xì)胞表面脫離,包括甲醛-NaOH法、陽(yáng)離子樹脂交換法、EDTA法、酸堿法等[4].不同方法提取的EPS在含量及組分上存在較大差異,整體而言,化學(xué)法的提取效率要高于物理法[5].
近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),EPS中含有大量氧化還原介體,可以介導(dǎo)微生物胞外電子傳遞過(guò)程,因此EPS的電化學(xué)特性及其對(duì)微生物胞外電子傳遞過(guò)程的影響逐漸受到關(guān)注[6,7].Cao等[8]在希瓦氏菌HRCR-1生物膜上提取的EPS中發(fā)現(xiàn)了20種氧化還原蛋白,這些蛋白可能在細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用.Xiao等[9]研究發(fā)現(xiàn),EPS中存在大量電化學(xué)活性物質(zhì)(如黃素和C-型細(xì)胞色素),可以作為電子轉(zhuǎn)運(yùn)介質(zhì).Ma等[10]發(fā)現(xiàn)污泥厭氧發(fā)酵過(guò)程中添加EPS可以提高系統(tǒng)中C-型細(xì)胞色素含量,從而加速系統(tǒng)電子傳遞速率,提高產(chǎn)甲烷性能.Hu等[11]將EPS作為天然氧化還原介質(zhì)來(lái)改善甲[JP2]烷生成,發(fā)現(xiàn)EPS的加入顯著改變了氧化還原活性基團(tuán)的種類,有效地降低了自由電荷的遷移阻力,促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移效率.本課題組[12]前期研究發(fā)現(xiàn),EPS可以作為天然氧化還原介體,通過(guò)加速電子轉(zhuǎn)移和碳源代謝來(lái)提高反硝化性能.提取方法會(huì)影響活性污泥EPS含量及組分,因此可能對(duì)EPS的氧化還原特性產(chǎn)生影響.Yang等[13]采用EDTA法、超聲法和加熱法從地桿菌生物膜中提取EPS,發(fā)現(xiàn)超聲法對(duì)氧化還原活性蛋白的提取效率更高.然而不同提取方法對(duì)活性污泥EPS氧化還原特性的影響尚不清楚,因此本研究采用四種典型方法(加熱法、超聲法、EDTA法和甲醛-NaOH法)提取活性污泥EPS,并對(duì)EPS組分及氧化還原特性進(jìn)行分析,考察不同方法提取活性污泥EPS的氧化還原特性.
1?實(shí)驗(yàn)部分
1.1?污泥來(lái)源及EPS提取方法
活性污泥EPS的提取原料采用好氧池活性污泥,污泥濃度為5 200±200 mg/L.所用活性污泥取自西安市某污水處理廠,采用AAO處理工藝,其處理能力為40萬(wàn)m3/d.從好氧池取活性污泥后,立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行EPS的提取,提取步驟如下:取40 mL活性污泥在600 rpm下離心10 min,棄去上清液,剩余底泥用0.9%氯化鈉溶液補(bǔ)充至40 mL,于80 r/min下振蕩1 min;再次將懸浮后的污泥離心(5 000 g,15 min),倒掉上清液后,分別采用加熱法、超聲法、EDTA法和甲醛-NaOH法處理剩余底泥,具體操作[14]如下:
(1)加熱法:剩余底泥用0.9%氯化鈉溶液補(bǔ)充至40 mL,搖勻,于60 ℃下水浴加熱30 min.
(2)超聲法:剩余底泥用0.9%氯化鈉溶液補(bǔ)充至40 mL,搖勻,在20 KHz下超聲10 min.
(3)EDTA法:剩余底泥用0.9%氯化鈉溶液補(bǔ)充至20 mL,加入20 mL 2%的EDTA,搖勻,于4 ℃下存放3 h.
(4)甲醛-NaOH法:剩余底泥用0.9%氯化鈉溶液補(bǔ)充至40 mL,加入0.06 mL 36.5%的甲醛,振蕩1 h (180 r/min),加入1 mol/L NaOH至pH=11,振蕩3 h.
經(jīng)上述四種方法處理后,所有樣品在5 000 g下離心20 min,上清液通過(guò)0.45 μm濾膜過(guò)濾,濾液為EPS.
1.2?組分分析
EPS組分主要包含蛋白質(zhì)(PN)、腐殖酸(HA)、多糖(PS)和DNA.PN和HA采用修正的福林酚法測(cè)定[15];PS采用苯酚-硫酸法測(cè)定[16];DNA采用二苯胺法測(cè)定[15].EPS含量用PN、HA、PS和DNA的總和表征.
1.3?電化學(xué)特性分析
采用電化學(xué)工作站(辰華660 E)進(jìn)行循環(huán)伏安、計(jì)時(shí)電流和電化學(xué)阻抗譜試驗(yàn).工作電極為玻碳電極,參比電極為飽和甘汞電極,Pt網(wǎng)為對(duì)電極.電化學(xué)試驗(yàn)之前,向電解液中持續(xù)通入氮?dú)? min,使其維持在一個(gè)近乎無(wú)氧的狀態(tài).進(jìn)行循環(huán)伏安試驗(yàn)時(shí),掃描速度為10 mV/s,掃描電勢(shì)范圍為-1.0~0.5 V.計(jì)時(shí)電流試驗(yàn)中,測(cè)量電子接受能力(EAC)時(shí)還原電位設(shè)置為Eh=-0.6 V,測(cè)量電子供給能力(EDC)時(shí)氧化電位設(shè)置為Eh=+0.5 V.電化學(xué)阻抗譜測(cè)試中開路電壓值設(shè)為初始電壓,高頻為106 Hz,低頻為0.1 Hz.
1.4?光譜分析
采用UV 2600 A紫外可見分光光度計(jì)對(duì)EPS水樣進(jìn)行紫外掃描,掃描區(qū)間為200~600 nm.
采用傅里葉紅外光譜儀對(duì)EPS官能團(tuán)進(jìn)行分析.將EPS水樣在30 ℃的烘箱中進(jìn)行烘干,取烘干樣和溴化鉀(105 ℃烘箱中烘干)充分混合研磨,壓制成片,然后進(jìn)行紅外光譜的測(cè)定,測(cè)定的紅外光譜范圍是4 000~400 cm-1,純溴化鉀作為空白對(duì)照組.
采用三維熒光光譜儀分析EPS水樣的熒光特性,激發(fā)波長(zhǎng)Ex為220~500 nm,增量為5 nm,發(fā)射波長(zhǎng)Em為230~600 nm,增量為1 nm,響應(yīng)時(shí)間為0.1 s.
2?結(jié)果與討論
2.1?EPS組分分析
不同方法提取EPS的含量如表1所示.四種提取方法,甲醛-NaOH法提取EPS含量最高,達(dá)到68.59 mg·g-1,其次為EDTA法(23.40 mg·g-1)、加熱法(18.2 mg·g-1)和超聲法(4.07 mg·g-1).結(jié)果顯示,化學(xué)法提取的EPS含量明顯高于物理法.Comte S的研究結(jié)果同樣表明化學(xué)法提取的EPS含量高于物理法:化學(xué)法提取的產(chǎn)量為17%~47%,物理法提取的產(chǎn)量?jī)H為2%~4%[17].Liao等[18]的研究表明DNA占EPS總量的2%~15%內(nèi),可認(rèn)為EPS在提取過(guò)程中細(xì)胞沒有發(fā)生嚴(yán)重破裂.本實(shí)驗(yàn)各種方法提取的EPS中,DNA占比在9.4%~25.85%之間,其中甲醛-NaOH法提取EPS的DNA占比為25.85%,因此可認(rèn)為甲醛-NaOH法提取EPS可能引起了部分細(xì)胞破裂.
相關(guān)研究表明,不同提取方法下,蛋白質(zhì)和多糖為EPS的主要成分[19],本研究也得到了相同的結(jié)果.不同方法對(duì)EPS各組分的提取效率存在一定差異,針對(duì)某一特定組分進(jìn)行分析時(shí),可以選取適合的提取方法.目前研究表明,EPS中具有導(dǎo)電特性的物質(zhì)主要為蛋白質(zhì)而不是多糖,同時(shí)腐殖酸中含有大量醌、酚等官能團(tuán),是EPS中主要的電化學(xué)物質(zhì)[20].加熱法和甲醛-NaOH法提取的EPS中PN含量較高,分別為10.01 mg·g-1和15.93 mg·g-1,明顯高于超聲法與EDTA法.EDTA法和甲醛-NaOH法提取的EPS中HA較高,分別為6.74 mg·g-1和4.96 mg·g-1,明顯高于加熱法(2.77 mg·g-1)與超聲法(0.73 mg·g-1).徐小惠等[21]采用不同方法提取活性污泥EPS,同樣發(fā)現(xiàn)加熱法和甲醛-NaOH法對(duì)EPS蛋白質(zhì)的提取率高于其他方法.
2.2?循環(huán)伏安分析
圖1為不同方法提取EPS的循環(huán)伏安圖.結(jié)果顯示,所有曲線在-0.7 v處均有一個(gè)還原峰,此峰為核黃素的還原峰[22].其中甲醛-NaOH法和EDTA法提取的EPS峰值電流分別為-35 μA和-34 μA,加熱法和超聲法提取的EPS峰值電流分別為-23 μA和-21 μA,說(shuō)明甲醛-NaOH法和EDTA法對(duì)于EPS中核黃素的提取效果更好.但其對(duì)應(yīng)的氧化峰并不明顯,這可能是因?yàn)镋PS樣品中含有多種相對(duì)含量相近的氧化還原活性組分,由于電位分布廣泛,其循環(huán)伏安圖無(wú)法顯示出明顯的氧化峰[20].
EDTA法提取的EPS在0.1 V處有一個(gè)氧化峰,為細(xì)胞色素C(Cyt-c)的峰[23].研究表明Cyt-c具有優(yōu)越的電子傳遞能力,可參與直接電子轉(zhuǎn)移和種間電子轉(zhuǎn)移過(guò)程[24].甲醛-NaOH法提取的EPS在0.1 v處沒有顯示出氧化峰,但在其附近發(fā)現(xiàn)一個(gè)氧化峰,推測(cè)此峰也是細(xì)胞色素C的氧化峰,由于樣品中各種氧化還原組分的干擾,發(fā)生了峰的偏移.而加熱法和超聲法提取的EPS并沒有發(fā)現(xiàn)細(xì)胞色素C的氧化峰,說(shuō)明加熱法和超聲法對(duì)EPS中細(xì)胞色素C的提取效果不佳,細(xì)胞色素含量較低,無(wú)法顯示出明顯的氧化峰.不同方法提取細(xì)胞色素含量的差異可能與提取原理有關(guān),具體原因有待深入研究.EDTA法提取EPS在-0.4 V處有一個(gè)還原峰,甲醛-NaOH法提取的EPS在-0.2 V處有一個(gè)還原峰.Bi等[25]的研究表明,-0.45 V左右的峰歸因于黃素,-0.2 V處的峰為黃素結(jié)合的Cyt-c.根據(jù)循環(huán)伏安曲線計(jì)算出不同方法提取EPS的電容,甲醛-NaOH法和EDTA法提取EPS電容(213和174 μF)明顯高于加熱法和超聲法(137和142 μF),電容越高,說(shuō)明其容納的電子越多,電子傳遞能力越強(qiáng).
2.3?計(jì)時(shí)電流分析
計(jì)時(shí)電流法可檢測(cè)活性污泥EPS的電子轉(zhuǎn)移能力(ETC),ETC為電子供給能力(EDC)與電子接受能力(EAC)之和.圖2所示結(jié)果表明,EPS具有一定的電子轉(zhuǎn)移能力,EDTA法提取EPS的ETC最高,達(dá)到0.35 μmole-·g-1,其次為甲醛-NaOH法(0.20 μmole-·g-1)、加熱法(0.11 μmole-·g-1)與超聲法(0.09 μmole-·g-1).這可能是因?yàn)镋DTA法和甲醛-NaOH法提取的電化學(xué)物質(zhì)含量更多,所以電子轉(zhuǎn)移能力更高.不同方法提取EPS的EAC和EDC分別為0.07~0.30 μmole-·g-1和0.01~0.04 μmole-·g-1,與Ye等[26]對(duì)活性污泥EPS的電化學(xué)特性的分析結(jié)果相近.四種方法提取的EPS的EAC明顯高于EDC,可能是由于EPS中的電化學(xué)物質(zhì)主要以氧化態(tài)形式存在[27].
HA是一類典型的電化學(xué)物質(zhì),對(duì)四種方法提取EPS的電子轉(zhuǎn)移能力(EAC、EDC)與HA含量進(jìn)行相關(guān)性分析.結(jié)果表明,EPS的EDC與HA含量的相關(guān)性并不強(qiáng)(R2=0.58、P=0.027<0.05),而EAC與HA含量具有較好的相關(guān)關(guān)系(R2=0.89、P=0.027<0.05),可能是因?yàn)镋PS中HA主要以氧化態(tài)形式存在,在EPS參與電子轉(zhuǎn)移過(guò)程中主要擔(dān)任電子受體.
2.4?電化學(xué)阻抗譜分析
圖3是不同方法提取EPS的電化學(xué)阻抗譜圖,并對(duì)其進(jìn)行等效電路擬合.等效電路主要由溶液電阻(Rs)、生物膜雙電層電容(CPE1)、電荷電阻(R1)和擴(kuò)散元素(W1)組成.由表2可看出,甲醛-NaOH法提取EPS的R1和Rs均為最小,表明其電荷傳遞阻力最小,電子傳遞效率最高.相反,超聲法提取EPS的R1與Rs較大,說(shuō)明其電子傳遞能力較弱,這與循環(huán)伏安及計(jì)時(shí)電流法分析結(jié)果基本一致.此外,EDTA法提取EPS的電化學(xué)阻抗試驗(yàn)顯示出較高的電阻,電阻越高說(shuō)明電子傳遞能力較弱,這與循環(huán)伏安和計(jì)時(shí)電流試驗(yàn)結(jié)果矛盾,具體原因有待進(jìn)一步深入分析.
2.5?紫外可見光譜分析
圖4為不同方法提取EPS的紫外可見光譜圖.由圖可知,EPS的紫外可見吸光度隨著波長(zhǎng)的增加而近似呈指數(shù)級(jí)下降,在254 nm(UV254)處出現(xiàn)了一個(gè)明顯的吸收峰.
UV254值反映水體中存在的腐殖質(zhì)類有機(jī)物及含有C=C雙鍵和C=O雙鍵的芳香族化合物等物質(zhì)的含量[28].一般來(lái)說(shuō),UV254值越大,其對(duì)應(yīng)的芳香度就越大、腐殖化程度越高.不同方法提取EPS的UV254值:EDTA法>甲醛-NaOH法>加熱法>超聲法.說(shuō)明相比于物理法,化學(xué)法更有利于EPS中腐殖質(zhì)或芳香族物質(zhì)的提取.有文獻(xiàn)[29]表明EPS中還含有部分細(xì)胞色素c(UV410),在EPS的電子傳遞過(guò)程中起著十分重要的作用.圖4結(jié)果顯示,甲醛-NaOH法和EDTA法提取EPS的細(xì)胞色素c的吸光度高于加熱法和超聲法,再次證明化學(xué)法對(duì)活性污泥EPS電化學(xué)物質(zhì)提取效率更高.
2.6?傅里葉紅外光譜分析
圖5為不同方法提取EPS的紅外光譜圖.不同方法提取EPS的紅外光譜峰型相似,表明這幾種方法在提取EPS時(shí),對(duì)其主要官能團(tuán)種類影響不明顯.各EPS的紅外曲線分別在波數(shù)1 700~1 600 cm-1、3 500~3 400 cm-1之間有一個(gè)吸收峰.有研究表明,波數(shù)在1 700~1 600 cm-1的峰代表腐殖質(zhì)類物質(zhì)中C=C的拉伸[28].其中,EDTA法提取的EPS在波數(shù)1 700~1 600 cm-1處的吸收峰最明顯,表明EDTA法更有利于EPS中腐殖質(zhì)類物質(zhì)的提取,這與表1的結(jié)果相吻合.波數(shù)在3 500~3 400 cm-1的峰代表-OH的伸縮振動(dòng),3 431 cm-1處的-OH也是腐殖酸的主要官能團(tuán).腐殖質(zhì)已經(jīng)被證實(shí)能夠介導(dǎo)電子傳遞過(guò)程,相關(guān)性分析也表明電子轉(zhuǎn)移能力與腐殖酸具有顯著的相關(guān)關(guān)系.因此可以推測(cè),腐殖質(zhì)類物質(zhì)是活性污泥EPS參與電子轉(zhuǎn)移過(guò)程中的重要組成部分.
2.7?三維熒光譜分析
圖6為不同方法提取EPS的三維熒光光譜圖.根據(jù)Chen等[30]提供的熒光體積積分法,將熒光光譜圖劃分為五個(gè)熒光區(qū)域:區(qū)域Ⅰ(Ex<250 nm/Em<330 nm)為芳香族蛋白,區(qū)域Ⅱ(Ex<250 nm/Em:330~380 nm)為芳香族蛋白,區(qū)域Ⅲ(Ex<250 nm/Em>380 nm)代表類富里酸物質(zhì),區(qū)域Ⅳ(Ex>250 nm/Em:200~380 nm)包含絡(luò)氨酸類蛋白、色氨酸類蛋白和微生物副產(chǎn)物物質(zhì),區(qū)域Ⅴ(Ex>250 nm/Em>380 nm)主要為類腐殖酸物質(zhì).
從圖6可以看出,加熱法提取的EPS得到三個(gè)明顯的吸收峰,分別代表芳香族蛋白(Peak-A)、色氨酸類蛋白(Peak-B)和類腐殖酸(Peak-C).超聲法提取的EPS也發(fā)現(xiàn)了芳香族蛋白和色氨酸類蛋白.EDTA法提取的EPS發(fā)現(xiàn)了芳香族蛋白、色氨酸類蛋白和類腐殖酸(Peak-D)的熒光峰.甲醛-NaOH法提取的EPS顯示了兩個(gè)類腐殖酸熒光峰(Peak-E和Peak-F).結(jié)果顯示,加熱法、超聲法和EDTA法都得到了芳香族蛋白和色氨酸類蛋白的熒光峰,其中加熱法提取EPS的熒光峰強(qiáng)度明顯高于超聲法和EDTA法,可能是因?yàn)榧訜岱ㄌ崛〉腅PS中蛋白質(zhì)含量更高.
值得注意的是,表1結(jié)果顯示甲醛-NaOH法提取EPS中蛋白質(zhì)含量最高,但三維熒光光譜圖中沒有發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的熒光峰,可能是因?yàn)榧兹?NaOH法提取的蛋白質(zhì)主要為非熒光類蛋白,熒光類蛋白含量較少,無(wú)法在三維熒光光譜圖中顯示.三維熒光光譜分析結(jié)果表明,加熱法更有利于EPS蛋白類物質(zhì)的提取,而化學(xué)法對(duì)腐殖質(zhì)類物質(zhì)提取率更高.研究表明,腐殖酸是一類典型的具有氧化還原能力的物質(zhì),其氧化還原能力很大程度上歸因于其結(jié)構(gòu)中醌官能團(tuán),醌官能團(tuán)是腐殖酸中重要且普遍存在的熒光團(tuán)[31].因此,可以推測(cè)化學(xué)法更有助于EPS中腐殖酸等氧化還原物質(zhì)的提取.
3?結(jié)論
(1)加熱法、超聲法、EDTA法和甲醛-NaOH法四種方法提取的EPS含量存在較大差異,化學(xué)法提取含量高于物理法,甲醛-NaOH對(duì)PN的提取效果最佳,而EDTA法對(duì)HA的提取效果最佳.
(2)循環(huán)伏安圖表明EPS中存在核黃素、黃素和細(xì)胞色素C等氧化還原物質(zhì),化學(xué)法提取EPS顯示出更高的電容;EPS的電子轉(zhuǎn)移能力主要表現(xiàn)為電子供給能力,說(shuō)明EPS中電化學(xué)物質(zhì)主要以氧化態(tài)形式存在;化學(xué)法提取EPS的電子轉(zhuǎn)移能力明顯高于物理法.
(3)紫外可見光譜圖和傅里葉紅外光譜圖均顯示出EPS中存在腐殖酸物質(zhì),三維熒光光譜也顯示出腐殖酸的熒光峰,推測(cè)腐殖酸是EPS電子傳遞過(guò)程的重要物質(zhì),而化學(xué)法對(duì)EPS中腐殖酸提取效果更佳.
參考文獻(xiàn)
[1] Sheng G P,Yu H Q,L X Y.Extracellular polymeric substances (EPS) of microbial aggregates in biological wastewater treatment systems:A review[J].Biotechnology Advances,2010,28(6):882-894.
[2] Pellicer Nacher C,Domingo Felez C,Mutlua G,et al.Critical assessment of extracellular polymeric substances extraction methods from mixed culture biomass[J].Water Research,2013,47(15):5 564-5 574.
[3] More T T,Yadav J S S,Yan S,et al.Extracellular polymeric substances of bacteria and their potential environmental applications[J].Journal of Environmental Management,2014,144:1-25.
[4] 劉心怡,湯志業(yè),朱曉茜,等.SBR反應(yīng)器中活性污泥胞外聚合物的提取方法比較[J].中國(guó)給水排水,2021,37(17):25-31.
[5] 唐?虹,康得軍,匡?帥,等.胞外聚合物提取方法的研究進(jìn)展[J].市政技術(shù),2016,34(5):162-166.
[6] Yu H Q.Molecular insights into extracellular polymeric substances in activated sludge[J].Environmental Science & Technology,2020,54(13):7 742-7 750.
[7] Sathishkumar K,Li Y,Sanganyado E.Electrochemical behavior of biochar and its effects on microbial nitrate reduction:Role of extracellular polymeric substances in extracellular electron transfer[J].Chemical Engineering Journal,2020,395:125 077.
[8] Cao B,Ahmed B,Kennedy D W,et al.Contribution of extracellular polymeric substances from Shewanella sp.HRCR-1 biofilms to U(VI) immobilization[J].Environmental Science and Technology,2011,45(13):5 483-5 490.
[9] Xiao Y,Zhang E,Zhang J,et al.Extracellular polymeric substances are transient media for microbial extracellular electron transfer[J].Science Advance,2017,3(7):1-9.
[10] Ma H,Guo C,Wu M,et al.Use of extracellular polymer substance as an additive to improve biogas yield and digestion performance[J].Energy & Fuels,2019,33(12):12 628-12 636.
[11] Hu A,Cheng X,Wang C,et al.Extracellular polymeric substances trigger an increase in redox mediators for enhanced sludge methanogenesis[J].Environmental Research,2020,191:110 197.
[12] Wang X,Chen T,Gao C,et al.Use of extracellular polymeric substances as natural redox mediators to enhance denitrification performance by accelerating electron transfer and carbon source metabolism[J].Bioresource Technology,2022,345:126 522.
[13] Yang G,Lin J,Zeng E Y,et al.Extraction and characterization of stratified extracellular polymeric substances in Geobacter biofilms[J].Bioresource Technology,2019,276:119-126.
[14] D Abzac P,Bordas F,Van Hullebusch,et al.Extraction of extracellular polymeric substances (EPS) from anaerobic granular sludges:Comparison of chemical and physical extraction protocols[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2010,85(5):1 589-1 599.
[15] 王?晨.城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥胞外聚合物解離技術(shù)研究[D].青島:青島理工大學(xué),2019.
[16] 蘇高強(qiáng).剩余污泥堿性發(fā)酵產(chǎn)酸性能與優(yōu)化[D].北京:北京工業(yè)大學(xué),2013.
[17] Comte S,Guibaud G,Baudu M.Effect of extraction method on EPS from activated sludge:An HPSEC investigation[J].Journal of Hazardous Materials,2007,140(1-2):129-137.
[18] Liao B Q,Allen D G,Droppo I G,et al.Surface properties of sludge and their role in bioflocculation and settleability[J].Water Research,2001,35(2):339-350.
[19] Chen Y P,Li C,Guo J S,et al.Extraction and characterization of extracellular polymeric substances in biofilm and sludge via completely autotrophic nitrogen removal over nitrite system[J].Applied Biochemistry and Biotechnology,2013,169(2):526-538.
[20] Lu Q,Chang M,Yu Z,et al.The effects of three commonly used extraction methods on the redox properties of extracellular polymeric substances from activated sludge[J].Environmental Technology,2015,36(22):2 884-2 891.
[21] 徐小惠,魏德洲,張?zhí)m河.胞外聚合物的提取及其吸附性能[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021,42(10):1 467-1 474.
[22] Wang J,Lin W,Chen Y,et al.Prompting the FDH/Hases-based electron transfers during Pt(IV) reduction mediated by bio-Pd(0)[J].Journal of Hazardous Materials,2021,417:126 090.
[23] Huang L,Liu X,Ye Y,et al.Evidence for the coexistence of direct and riboflavin-mediated interspecies electron transfer in Geobacter co-culture[J].Environmental Microbiology,2020,22(1):243-254.
[24] Summers Z M,F(xiàn)ogarty H E,Leang C,et al.Direct exchange of electrons within aggregates of an evolved syntrophic coculture of anaerobic bacteria[J].Science,2010,330(6 009):1 413-1 415.
[25] Bi S,Liu H,Chen Y,et al.Promoting interspecies hydrogen/electron transfer in Bio-PdNPs-mediated denitrification with the selectivity towards N-2[J].Biotechnology Engineering Journal,2022,181:108 395.
[26] Ye J,Hu A,Ren G,et al.Enhancing sludge methanogenesis with improved redox activity of extracellular polymeric substances by hematite in red mud[J].Water Research,2018,134:54-62.
[27] Yuan Y,Tao Y,Zhou S,et al.Electron transfer capacity as a rapid and simple maturity index for compost[J].Bioresource Technology,2012,116:428-434.
[28] Weishaar J L,Aiken G R,Bergamasch B A,et al.Evaluation of specific ultraviolet absorbance as an indicator of the chemical composition and reactivity of dissolved organic carbon[J].Environmental Science & Technology,2003,37(20):4 702-4 708.
[29] Jensen P S,Chi Q,Grumsen F B,et al.Gold nanoparticle assisted assembly of a heme protein for enhancement of long-range interfacial electron transfer[J].Journal of Physical Chemistry C,2007,111(16):6 124-6 132.
[30] Chen W,Westerhoff P,Leenheer J A,et al.Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter[J].Environmental Science & Technology,2003,37(24):5 701-5 710.
[31] 王先寶,陳甜甜,高楚玥,等.AAO工藝中活性污泥胞外聚合物的電化學(xué)特性[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào),2021,39(6):32-38.
【責(zé)任編輯:陳?佳】
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(52000126);陜西省科技廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2022SF-234);陜西省咸陽(yáng)市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(L2022ZDYFSF049)
作者簡(jiǎn)介:王先寶(1986—),男,黑龍江五大連池人,副教授,博士,研究方向:污水處理理論與技術(shù)