EPS对浮泥密实的影响

胞外聚合物的产生是自然环境中微生物的一个普遍现象，真核和原核生物都可能产生，对微生物生长繁殖有促进作用，有利于微生物相互吸附或者吸附于固体表面。虽然微生物分泌的胞外聚合物EPS也属于有机质，但其黏附力对泥沙沉降速度的影响并不同于天然有机质通过改变絮体密度而影响沉降密实，胞外聚合物能够将大量水体隔离成为空隙水并通过黏性桥架改变絮体特性，所以EPS的影响会更加显著。大量针对活性污泥的研究成果表明，疏水性、电荷分布、粒径分布及黏度是影响活性污泥沉降及絮凝性能的因素。

2.3.1　EPS组成的影响

EPS由多种大分子聚合物（蛋白质、碳水化合物、腐殖质、核酸）组成，各组分的比例有很大差别，跟微生物絮体本身、环境关系密切。蛋白质与多糖的特定基团带有不同的电荷，所以EPS对表面电荷和疏水性的影响主要由EPS中的带电官能团决定，取决于EPS的化学组成和比例。

2.3.1.1　多糖

文献认为，糖醛酸在EPS中含量越高，絮体间的排斥力越大，活性污泥的絮凝效果越差。另有文献研究表明，随温度降低活性污泥中EPS的多糖含量升高，导致活性污泥的沉降性能变差。有文献则发现污泥沉降性与多糖含量的关系存在一个临界值，当多糖含量小于该值时，污泥沉降随多糖含量的增加而加快；而当大于该临界值时，则沉降再次逐渐降低。由于EPS中含有羧基、羟基、磷酸基、磺酸基等，使得活性污泥絮体表面带有负电荷，所以EPS含量的增加和它的Zeta电位、表面负电荷密切相关。根据DLVO 理论，表面负电荷的增加会导致静电斥力的增加和降低反应能使活性污泥的絮凝、压缩、沉降性能恶化。

2.3.1.2　蛋白质

EPS 的疏水性主要由组成蛋白质的带有疏水部位的氨基酸提供，对微生物絮体的疏水性影响很大。疏水性的增加有利于污泥絮体的沉降，这是由于一方面疏水性的增加使细菌之间的黏附能力增强，使絮体的稳定性增加；另一方面细菌与水分子的极性作用减弱，降低了污泥絮体内部的含水率，增加了污泥絮体与水的密度差，从而提高了絮体的沉降速度。而酸性多糖中含有羧基、羟基等亲水性基团，因此多糖更多地表现为亲水性。另有研究表明，表面电荷与疏水性与多糖含量负相关，与蛋白质含量有微弱的正相关，且不受EPS总量的影响，虽然蛋白质、多糖与浮泥沉降比（SV）有关联，但是表面电荷和疏水性与SV没有明显的关系。同时，EPS 的表面疏水性对于细胞的整合有很重要的作用，与颗粒的形成有密切的联系。根据热动力学原理，随着污泥表面疏水性的增加，污泥表面Gibbs 能下降，使污泥间的亲和力增强，进而形成一个致密的结构，更进一步促使污泥聚凝成团并从水相中脱离，从而形成颗粒污泥。也有文献认为EPS中DNA 和蛋白质对絮体沉降性影响较大，而多糖影响则较小。由于大多数胞外蛋白具有疏水氨基酸，这些氨基酸具有带正电的官能团，能够中和具有亲水性的胞外多糖和DNA中的糖醛酸和羧酸、磷酸根等的负电荷，因此降低了污泥表面的电负性，从而降低了污泥间的静电斥力，还加强了污泥表面的疏水性，因此有利于污泥间的相互接近、聚集形成稳定的颗粒结构。还有文献认为Zeta电位和相对疏水性是造成污泥沉降性能差异的重要表面理化性质，Zeta 电位值越接近于0，相对疏水性越强，污泥沉降性能越好；污泥胞外聚合物中腐殖酸和多糖含量对污泥表面Zeta 电位、相对疏水性和污泥沉降性能无明显影响；EPS 中蛋白质含量直接影响Zeta 电位值，进而造成污泥沉降性能差异；而EPS 总量和污泥沉降性能没有明显相关性。(www.xing528.com)

2.3.1.3　EPS中组分的比例影响

主要是蛋白质与多糖质量比例，与污泥的表面负电荷呈负相关，与污泥的疏水性呈正相关。随着活性污泥EPS中蛋白质与多糖质量比例（PN/PS）的增加能够提高污泥的相对疏水性，将导致表面的Gibbs 能下降，增加了污泥间的亲和力，有利于维持稠密、稳定的结构。

2.3.2　EPS的结构影响

活性污泥由两层结构的EPS组成，一层是紧密围绕在活性污泥菌体表面的紧致层（称为TB-EPS），一层松散地黏附在紧致层外面的松散层（LB-EPS）。文献研究发现，紧密结合胞外聚合物（TB-EPS）中蛋白质含量很高，然而松散结合胞外聚合物（LB-EPS）中多糖含量很高。蛋白质主要集中在细胞结合紧密的颗粒絮体的中心区域。微小絮体中含有大量多糖，细胞结合较弱。蛋白质含量高的紧密结合胞外聚合物（TB-EPS）呈现颗粒状结构，表现出良好的脱水性能和沉降性能。微小絮体恰好相反，含有很大比例的、富含多糖的松散结合胞外聚合物（LB-EPS）。另有文献认为，LB-EPS的产量对活性污泥絮凝性能的影响大得多，以LB-EPS形式存在的过量的EPS会造成细菌吸附能力较弱和絮体结构的脆弱，其含量和出水浓度及SV呈正相关。还有文献则进一步区分了自养和异养污泥，认为两者的絮凝机理不同，自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体，LB-EPS 与TB-EPS 对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小；异养活性污泥包裹着LB-EPS 的污泥表面负电荷多且疏水性差，不利于异养污泥生物絮凝。有机负荷越高，污泥表面Zeta 电位负电性越强，相对疏水性越小，污泥稳定性越差。

总之，虽然对EPS所起作用的认识还不统一，还需要开展大量工作来更好地认识EPS的真正作用。但从文献来看，EPS的组成成分及各成分的比例，特别是蛋白质与多糖质量比例，对污泥的絮凝沉降影响非常大，而且大多认为多糖含量提高会降低污泥沉降性能。