生物膜特征指标测定方法.docx

1 第2章生物膜特征指标测定方法选择合适的生物膜指标进行测定和评价非常重要。本研究课题主要的生物膜指标包括: 生物膜量、生物膜胞外聚合物的量、活性生物量和生物膜的活性。下面分别介绍它们的测定方法。 生物膜量 生物膜的剥落生物膜固定在载体的表面,很难直接测量生物膜干重。因此,评价载体生物膜量前,必须首先把生物膜从载体表面剥落下来。生物膜的剥落方法很多, 其中, 有效剥落方法主要有机械剥落、超声剥落和超声加化学剥落。在生物膜剥落在生物膜的多项分析中起关键作用, 剥落回收率的高低直接影响其他分析的精确度。(1 )机械剥落。对生物膜载体使用简单的机械方法,使生物膜脱离载体的表面。这种剥落方法,简单、易于操作。但该法却不适用于表面具有孔隙或表面粗糙度较大的载体。生物膜机械剥落方法在生物膜反应器中得到广泛应用。(2 )超声剥落。利用超声波冲击剥落生物膜。可根据具体情况,选择合适的超声波工作功率。(3 )超声加化学剥落。考虑到生物膜胞外聚合物对生物膜的胶联特性,若单纯使用超声波进行生物膜剥落,一般需要超声波的功率较高,作用时间较长。 Liu ( 1994 )提出可将生物载体首先置于 1M 的碱液中,并水浴 30 分钟,温度控制在 60 ~ 80 ℃。经处理后,生物膜与载体表面的胶联度大大降低。这时, 再经过超声波处理, 可在较低功率及较短时间作用就可得到非常好的剥落效果。 评价生物膜量的指标(1 ) 生物膜干重。生物膜剥落后, 含有生物膜的溶液经事先称重的 μm 滤膜过滤, 把滤膜置于温控 105 ℃的干燥箱内, 干燥至恒重, 过滤前后的重量之差即为剥落生物膜干重。生物膜干重是生物膜参数中最为常用的指标。(2 )生物膜挥发性干重( VSS ) 。生物膜干重反映的是生物膜总量。生物膜的生物化学活性只与活性生物量相关, 而生物膜挥发性干重可以反映生物膜活性生物量。为了获得较准确的活性生物量信息,在生物膜的研究中,常常选用可挥发性生物膜重( Ameziane et al., 2002) 。在生物膜干重测量后,将样品置于 550 ℃的马福炉内灼烧至恒重,总干重的失重即为可挥发性生物膜部分。挥发性生物膜重量反映了生物膜中有机组分的含量。 2 (3 ) 生物膜 TOC 。细胞的结构骨架主要是有机碳组成。通过测定生物膜总有机碳含量, 即 TOC ,可间接了解生物膜量的变化。特别是对于硝化生物膜等增长缓慢的微生物,其生物膜量一般较少, 不便用直接干重法测量。在这种情况下, 生物膜 TOC 的分析更具有准确性。目前, TOC 的分析已经仪器化。(4 ) 生物膜 COD 。生物膜的化学需氧量( COD ) 可间接描述生物膜量, 在生物膜反应器动力学研究中应用较广(Liu et al., 2007) 。剥落后的生物膜样品可由传统法测定生物膜 COD, 也可应用半自动法测定( Jirka et al,1975 )。 生物膜胞外聚合物生物膜胞外聚合物( EPS ) 是生物膜中围绕在细菌周围的高度含水的多聚大分子, 其组成和物理化学属性决定生物膜的粘附、构型及生物学特性; EPS 由多种有机物组成,包括多糖、蛋白质、核酸、磷脂、褐藻酸、腐质等,主要是多糖和蛋白质( 蒲晓芬等, 2005) 。在生物膜研究中,常常用生物膜中的胞外聚多糖和蛋白质的