的产生和作用

胞外聚合物(EPS)是在一定环境条件下由微生物，主要是细菌，分泌于体外的一些高分子聚合物。无论生长在悬浮状态或生物膜中，多数微生物会产生用于形成生物聚集体的胞外聚合物。胞外聚合物分为黏附的（外鞘、蒴状聚合体、浓凝胶、松散附着的聚合体、吸附的有机物质）和溶解性的（溶解性大分子、胶体及粘液）两种。溶解性微生物产物(SMP)则是在细胞溶解过程中释放，通过细胞膜扩散的溶解性细胞成分，微生物会在合成过程中消耗并会基于某些原因分泌SMP。Namkung和Rittmann基于SMP产生的生物阶段将其分为两类：UAP(substrate-utilization-associatedproducts)即与基质代谢有关的SMP，它的产生速率与基质的代谢速率成比例；BAP(biomass-associatedproducts)即与细胞衰减有关的SMP，它的产生速率与微生物的浓度成比例。迄今为止，有两个学派分别看待这两类物质，“EPS派”考虑活性生物和EPS，“SMP派”则重视活性生物、SMP和惰性生物。然而ChrysiS.Laspidou和BruceE.Rittmann则提出了关于EPS、SMP、活性生物和惰性生物的统一理论。他们认为：全部溶解性EPS是UAP或BAP，即溶解性EPS就是SMP；黏附的EPS水解产生BAP；UAP是由基质降解直接产生的并与其成比例；黏附的EPS在基质降解过程中产生并与之成比例；活性生物由黏附的EPS和活性细胞组成，而部分EPS则包括在惰性细胞中；真正的死亡细胞残渣是在生物的内源呼吸过程中产生的，它由惰性生物中的一部分组成；因为UAP和BAP是可生物降解的，所以它们能够循环回去，成为电子受体。EPS组成比较复杂，其中主要为多糖和蛋白质，约占EPS总量的70%-80%；含量较低的腐殖质、核酸、糖醛酸、脂类和氨基酸等也是EPS中常见的物质。活性污泥的EPS占污泥干重的比例最高可达15%，并且絮体中总的EPS质量占活性污泥质量的80%左右。Cescutti、Sutherland和Kennedy等人认为在许多纯种群生物的EPS中，多糖为主要成分。Sutherland等人在早期研究中发现纯培养污泥EPS中含量最高的为多糖，然而Fang、Jia和Veiga等人则在许多污水处理反应器的污泥中发现了大量的蛋白质。Tsuneda等人最近研究表明，在混合物污水处理系统中蛋白质在EPS中占相当数量，相比而言核酸的含量则要小得多。EPS中含有的少量核酸则是通过溶解后的死细胞释放出来的。EPS是带负电荷、高含水的凝胶状基质，能较长时间固存微生物，利于形成稳定的互生微生物菌落。EPS由细菌在生长过程中分泌，具有极度多样化的特征。相对分子质量处于几千到几百万范围内，分子结构还带有各种各样的官能团。由于其含有较多的硫酸根、磷酸根和羧基等负电官能团而氨基等正电官能团较少，因而几乎所有的活性污泥表面电荷都是负值，其绝对值一般在0.2-0.6meq·g-1MLSS之间。如图1-3所示，EPS的功能是黏附在生物细胞表面，使之聚合成絮体或生物膜，使生物膜结构稳定，形成保护屏障，抵御杀菌剂和其它有毒物质对细胞的危害，保持水分，通过吸附外部有机化合物从环境中富集营养物，并且富集酶的活性，例如为了获得营养成份而消化外部的大分子物质。用现代的概念来说就是，胞外聚合物能使微生物以高细胞密度在稳定的混合群落中连续生长。EPS还可以吸附金属、非金属、大分子物质。能与许多金属离子Cd2+、Cu2+、Cr2+、Pb2+螯合形成单价、双价、多价阳离子与自身阴离子结合的复合物。EPS通过连接细胞和其它物质以稳定污泥的絮体结构，为微生物提供最基本的生长条件；同时从废水中吸收新陈代谢所需的营养，并形成保护屏障，抵抗苛刻的外界环境；EPS还能改变污泥表面电荷、絮凝沉淀和脱水性能等性质，进而影响到污泥处理的工艺和费用。