微生物及胞外多聚物在颗粒污泥形成中的作用_黄筱萍

第巧卷第4期1997年12月江西JIANGXI科母SC!ENCEVo!.15No.4Dee,1997微生物及胞外多聚物在颗粒污泥形成中的作用黄筱萍曹郁生刘(江西省科学院微生物研究所南昌兰330029)l摘要1集中论述了升流式厌氧污泥床(UABS)反应器中的微生物学特性,胞外多聚物(EC)P的组成以及它们在生物膜和领拉污泥形成中的作用。ECP对领粒的结构和稳定起重要作用,其含量占颖拉中悬浮性固休含量的0.6%一20%,主要成分为蛋白质和多糖。甲烷毛状菌属和甲烷八叠球菌属是最初领拉化和领拉污泥形成的重要的分解乙酸产甲坑的细菌。免疫学方法鉴定出领拉中有利用氮和甲酸的产甲烷菌,如甲酸甲烷杆菌、嗜热自养甲烷杆菌和甲烷短杆菌属。[关键词】胞外多聚物产甲烷细菌领拉污泥形成【分类号】Q936近20年来,由于突出的环境问题和能源问题,一比高效新型的废水生物厌氧处理工艺得以发展。70年代初,荷兰Lettinga等少、提出的升流式厌氧污泥层反应器(UpflownAaerobicsludg。lBallket:uAsB)便是其中之一〔’〕。uAsB工艺的稳定和高效取决于具有优良沉降性和高产甲烷活性的污泥,特别是颗粒污泥的形成2[]。颗粒污泥是多种微生物组成的聚合体,近年来的研究已初步掌握了培养颗粒污泥形成的基本条件,但其形成的机制尚不清楚。笔者就近年来的研究进展,对颗粒化过程中微生物学特性及ECP含量的变化,以及它们在颗粒污泥形成中的作用作一介绍。1胞外多聚物的组成及含量自然界中存在非常丰富的细胞外多聚物(Extr二elLdarpolymer,简称EC)P。细菌ECP是微生物分泌的一种多糖类大分子有机物,主要由有机物碎片、噬菌体、溶解的细胞和细菌分泌的有机物组成,它含有多糖、蛋白质、脂类、酚和核酸。不同的细菌其ECP有不同的功能,它能摄取可溶性养分、增加致病性和降低对噬菌体的敏感性。在自然生态中,ECP也参与细菌的粘附作用「3一“1。了解胞外多聚物的物理和(生物)化学性质对了解生物膜和颗粒的结构和形成非常重要本文于1997一04一051次到;1997一06一251次到修改稿DOI:10.13990/j.issn1001-3679.1997.04.015第4期黄筱萍等:微生物及胞外多聚物在颗粒污泥形成中的作用·265可以观察到颗粒污泥中的细菌外包裹着一层ECP,其含量占挥发性悬浮固体含量的0.6%一20%,主要成分是蛋白质和多糖,其比例为2:1一6:l,也有脂类存在。ECP中的中性糖含量以下列顺序递减:葡萄糖、半乳糖、鼠李糖和甘露糖。在不同条件下,颗粒ECP中脂类含量占挥发性悬浮固体含量的0.02%一0.05%[6一“1。ECP含量的高低取决于颗粒形成的条件。在高温下形成的颗粒,其ECP浓度要比在中温下形成的颗粒低〔“〕。EcP的含量也受废水成分的影响。hsen等人9t]的实验表明,在进料中加入铁和酵母膏,从颗粒中抽提的碳水化合物含量也随之增加,不加铁时则出现相反的结果。uBu等人[`”1认为在进料中加入甲醇可加快处理化工或肉厂废水流动床反应器的启动,增加C/N比可刺激多糖的产生,促进细菌对固体表面的粘附。当UABS反应器的进料由含糖废水转变为含乙酸、丙酸和丁酸的化学合成废水时,ECP中的蛋白质和多糖含量也随之降低,而后者反应器中颗粒脂类的含量达到最高〔“〕。至今还不清楚是特定的菌产生ECP,还是颗粒污泥中几种菌或所有的菌都能产生ECP。但上述结果表明ECP特殊多糖的产生局限于产酸菌群和产甲烷菌群,产酸菌群对多糖产生的影响更大。2胞外多聚物对生物膜及颗粒形成的影响普遍认为颗粒的形成与ECP的产生有关,ECP对细菌附着的影响也就是对污泥颗粒化的影响[“,7,”一’3〕。EcP在细菌的粘附和生物膜的形成过程中起非常重要的作用。ECP组份影响絮体表面的性质和颗粒污泥的物理性质[’么’4〕。分散的细菌带负电荷,细胞间存在着静电斥力,ECP能改变细菌的表面电荷,导致细菌的絮凝(附图)。细菌的粘附取决于细胞表面和它们所附着的支撑物,由于ECP影响细菌的表面电荷和能量,ECP在生物膜的形成和稳定过程中起重要的作用。但ECP与生物絮体间的关系,对污泥理化特J性如沉降性、脱水性、絮体强度和电荷特性等的影响尚不清楚,不过ECP对活性污泥的形成肯定发挥一定的作用,并目这种作用与ECP含量呈正相:牵·口争,白。i一鸽夕附图颗拉形成中ECP的产生和表面是荷的作用关留`2,。迄今,活性污泥的絮体形成机理,大多解释为高分子多聚物与细菌表面之间的相一互作用,通过带电基团的静电吸引及物理接触等架桥作用,构成一种包含多种组份的生物絮体,同lIr也大大提高了絮体自身的沉降性能。但ECP含量过高,细胞间就会产生斥力,并破坏污泥的沉降性【’“]。活性污泥是一种疏松的、无定形的粘性絮体,而颗粒污泥