on style="white-space: normal; outline: 0px; max-width: 100%; letter-spacing: 0.544px; color: rgb(53, 53, 53); font-family: "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", 黑体, Arial, sans-serif; font-size: 14px; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">导读
与传统的絮体污泥相比，好氧颗粒污泥（AGS）技术具有更高的废水处理效率和更小的占地面积。此外，AGS还具有高生物质浓度，紧凑的结构，出色的沉降性和抵抗有毒化合物的能力等诸多优点。因此，AGS工艺作为废水处理中很有前途的替代方案备受关注。虽然该工艺已在部分污水处理厂投入运行，但在运行过程中颗粒解体仍是限制其优化和推广的主要障碍，解决AGS长期运行中的稳定性问题，对于其实际应用意义重大。多糖（PS）作为胞外聚合物的重要组分，已被证实在维持好氧颗粒污泥稳定性方面发挥着重要作用。通过查阅文献发现，当前的研究主要侧重于PS含量和简单连接构型分析，缺乏深入的研究。另外近期有研究表明，胞外多糖（PS）能够和蛋白（PN）结合形成糖蛋白、肽聚糖等物质。为了对AGS稳定性机制提供全面清晰的解释，本工作系统研究了胞外聚合物的特性和颗粒稳定性之间的关系，旨在为PS及多糖-蛋白结合物（PS-PN）在颗粒稳定性中发挥的作用提供新见解，并为进一步优化AGS工艺提供理论基础。
近期，重庆大学方芳教授团队研究了胞外多糖（PS）对好氧颗粒污泥（AGS）结构稳定性的影响机制。研究发现，PS的酶解导致颗粒污泥疏水性下降，颗粒凝胶强度下降，表面自由能量增加，不利于颗粒稳定。通过荧光染色，验证了EPS基质中存在大量PS和PN结合物。这些以PS为骨架的结合物（PS-PN）通过影响疏水性相互作用和氢键体系（凝胶性质的两个重要参数）来控制颗粒的稳定性，这是本研究的一个重要发现。本工作为EPS系统理论和颗粒稳定性机理提供了补充。
▲图1 胞外多糖（PS）及多糖-蛋白结合物（PS-PN）对好氧颗粒污泥稳定性的影响机制（来源：ScienceDirect）
研究表明，通过对PS和PN选择性酶解后，PS和PN水解组颗粒污泥的储能模量G′值（ω=5 rad/s）分别下降了38.67%和17.33%，颗粒的复数黏度η*也降低了，这表明PS或PN的水解，特别是PS的水解，降低了颗粒的机械强度和粘度。较高的G′，G"，η*值和凝胶颗粒的稳定性得益于PS、PN及PS-PN聚合物之间的强相互作用。
▲图2 酶解后G′、G"和η*的频率依赖性（22°C和γ ± 1%）;（a）对照组；（b）PS水解组；（c）PN 水解组；（d）G′和η* 值（ω=5 rad/s）（来源：ScienceDirect）
通过对EPS的FTIR光谱三个区域3000~3700 cm−1（区域Ι, stretchingvibration of OH or NH），1700~1550 cm−1（区域 ΙΙ, amide I band和N–Hbending in PN）和1150~800 cm−1(区域 ΙΙΙ, the PS region) 进行解析发现，PS和PN水解组ΙΙ和ΙΙΙ区域的峰面积均小于对照组。这一结果表明，PN和PS的化学官能团比例降低，证实了酶解实验取得了良好的效果。此外，通过对FTIR光谱的深入分析，发现了一些关于Ι区域峰值差异的重要信息。蛋白酶水解颗粒污泥会导致代表PN的官能团（区域ΙΙ）减少，间接导致PN水解组中的氢键比例（36.9%，区域Ι）升高。然而，在PS水解组中，代表PS的官能团（区域ΙΙΙ）与氢键（区域Ι）同步明显减少。这些结果表明，PS及其结合物（PS-PN）在EPS氢键的形成和维持中发挥着更为关键的作用。峰带3583, 3400, 3305,3492, 3140和3226 cm−1分别代表free OH，OH⋯OH，OH⋯O (ether)，OH···π，OH⋯N和annular polymeric OH。有趣的是，对照组与PS、PN水解组间不同类型氢键相对含量存在显著相关性（p < 0.01），表明这三个组间的氢键组成高度相似。众所周知，PS和PN形成不同类型的氢键，因此，在EPS基质中应该存在一些具有特殊结构的高聚物主导着复杂氢键体系的形成（如高度支化结构的胞外多糖）。
▲图3 酶解后FTIR光谱和氢键类型；（a）FTIR吸收带总图；（b）对照组氢键；（c）PS水解组氢键；（d）PN水解组氢键
参考文献
[1] ShuaiWang, Xiaoxiao Huang Lijuan Liu, et al. "Insightinto the role of exopolysaccharide in determining the structural stability ofaerobic granular sludge." Journal of Environmental Management 298 (2021):113521.[2] ShuaiWang, Hanxiang Li, Aiyu Zhang,et al. "Importance of exopolysaccharide branched chains in determining theaggregation ability of anammox sludge." Science of The Total Environment734 (2020): 139470.[3] ShuaiWang, Lijuan Liu, Hanxiang Li, et al. "The branched chains and branchingdegree of exopolysaccharides affecting the stability of anammox granularsludge." Water Research 178 (2020): 115818.方芳，教授，重庆大学，E-mail：fangfangcq@cqu.edu.cn
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