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污水生物处理中新型高价值稀缺资源回收:硫酸多糖(SPs)

归档日期:08-06       文本归类:海藻      文章编辑:爱尚语录

  污泥中硫酸多糖经提取纯化后,其纯度与市售产品相同,且具有抗氧化性、抗凝血性及抗肿瘤(抗血管形成)特性等主要生物活性

  硫酸多糖是一类广泛应用于印染、纺织、造纸、橡胶生产、混凝土加工、食品化妆品生产及制药等领域的基础添加剂与原料,依照纯度分为工业级、食品级与药品级三个等级。目前,硫酸多糖仅被发现存在于海藻与少数动、植物组织中。大规模工业级与食品级产品的生产完全依赖于海藻提取,药品级产品则由海藻和动物组织提取而来。由于硫酸多糖来源单一,近年来全球硫酸多糖市场始终处于供不应求状态,硫酸多糖产品售价也以每年2.5%~4%的速度持续上涨。

  本研究选取多种经实验室筛选培养的污泥及香港某处理含盐废水污水厂剩余污泥为对象,对其中硫酸多糖总量、种类进行了研究。同时,对具有生物活性的硫酸多糖品种经提取纯化后的主要生物活性与纯度进行了比较。结果表明污水中所含有的硫酸盐等硫源是污泥合成硫酸多糖的前提条件,所合成的硫酸多糖存在于污泥胞外聚合物(EPS)中。当污水中含有硫源时,污泥在交替厌氧/好氧条件下(如处理含硫废水的A2O工艺)能够合成多种硫酸多糖(包括藻石酸盐、褐藻多糖、卡拉胶、肝素等),总量约300~400mg/gVSS,其中以不具有生物活性的藻石酸盐为主,约占总量的50%,卡拉胶与褐藻多糖含量次之,肝素含量最低。然而,单一的硫酸盐还原或硫氧化条件会对污泥中硫酸多糖的合成产生显著抑制,在该环境中培养的污泥样品,其所含硫酸多糖总量均小于100mg/gVSS。污泥中具有生物活性的硫酸多糖品种经提取与纯化后,其纯度与市售由海藻提取而来的产品基本相同,且其主要生物活性(抗氧化性、抗凝血性及抗肿瘤(抗血管形成)特性)均得以保留。与海藻提取的硫酸多糖相比,污泥中所合成的硫酸多糖分子量普遍较低,有利于其后续产品的加工。

  近些年,受近海海洋环境恶化、台风等恶劣天气增多的影响,近海陆地海藻养殖规模逐渐上升。然而,陆地海藻养殖的投资与成本巨大,其中包括养殖构筑物的建设投资、养殖过程中CO2/空气曝气成本、营养物质投加成本与养殖废水处理成本等。污水中丰富的氮磷等营养物质与污水处理厂的曝气系统能够为污泥中硫酸多糖的合成提供天然的条件。因此,本研究为污泥中硫酸多糖的回收提供了一条新的思路。鉴于硫酸多糖供不应求的市场现状、逐年上升的市场需求(~2.5%/年)及高昂的市场价格(工业级产品2019年价格约1700~3000美元/吨,食品级与药品级产品价格约为工业级产品的10至100倍),污泥中硫酸多糖回收的经济价值与潜力十分巨大。此外,硫酸多糖回收还可起到污泥减量、提高脱水性(破坏EPS结构)与厌氧发酵效果等作用,对于污泥处理亦具有促进效果。然而,污泥中硫酸多糖的合成机理、最佳合成条件、回收方法等仍需要进一步研究。

  原标题:编辑精选-WR:香港科技大学陈光浩教授团队 污水生物处理中新型高价值稀缺资源回收: 硫酸多糖(SPs)

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