胞外高分子物質

EPS 是微生物細胞所產生之高分子量帶黏性之分泌物，扮演 活性污泥膠羽結構形成之主要角色（Sanin and Vesilind 2000; Liao et al. 2001），EPS 是一種非常複雜的高分子聚合物質，包含多醣 體（polysaccharides）、蛋白質、脂質（lipids）與核酸（nucleic acids）

（Frølund et al., 1996; Bura et al. 1998; Mikkelsen and Keiding, 2002;

Sponza, 2002）。許多學者致力於薄膜生物積垢前，微生物附著與 生物膜形成機制研究，微生物分泌產生之 EPS 被認為在微生物附 著與生物膜形成機制中扮演重要角色（Geesay et al., 1992），近來 許多 MBR 之研究已經認同 EPS 是造成積垢之最重要生物因子，

有許多研究針對不同生理狀況之活性污泥系統，檢測其 EPS 濃

度，企圖量化EPS 濃度與薄膜積垢之關係（Nagaoka, et al., 1996, 1998; Chang and Lee, 1998），Chang and Lee（1998）發現薄膜積 垢與 EPS 濃度存在線性關係。薄膜之生物積垢可能始於個別細菌 細 胞 沈 積 於 薄 膜 表 面 ， 而 後 增 殖 形 成 生 物 膜 ；Ridgeway and Flemming（1996）認為，對一個以 MF 構成之 MBR 而言，可能在 薄膜表面或孔洞中形成生物膜（biofilm）而導致薄膜積垢。

EPS 被認為有助於生物膠凝作用（bioflocculation）與促進微 生物於薄膜表面之附著作用，並藉由交聯（cross-linking）與穩定 化（stabilizing）作用，防止生物膜剝落（Characklis, 1990），雖 然活性污泥之混合液包含膠羽細胞、EPS 與溶解性有機物，但 Chang and Lee（1998）認為 EPS 是薄膜積垢之主要貢獻者。Choo et al.（2000）引述 Shimizu et al（1989）所進行陶瓷微過濾薄膜之

厭氧MBR 研究指出，帶負電荷薄膜之通量，比不帶電或帶正電荷 之薄膜高，其主因為帶負電荷薄膜與積垢物（foulant）間有較強之 電荷斥力（electrostatic repulsion）可提昇薄膜之通量。

Noguera et al.（1994）與 Barker and Stuckey（2001）之研究指 出，在廢水生物處理系統中，微生物並未將有機物完全用完，而 是會產生溶解性細胞產物（soluble microbial products, SMP），此

究指出 SMP 之組成份中，蛋白質與醣類總量低於 50 ％，但許多 成分仍然未知。Namkung and Rittmann（1986）將 SMP 依其產生 方 式 分 成 兩 類 ， 一 類 為 與 基 質 代 謝 有 關 之 產 物 （utilization associated products, UAP ） 及 另 一 類 與 細 胞 裂 解 有 關 之 產 物

（biomass associated products, BAP）。Callander and Barford （1983）

之研究顯示，SMP 具有螯合特性，其典型之螯合官能基為羧基

（carboxylates）、羥基（hydroxyls）、氨基（amines）、硫基（sulfhydrals, -SH）與酚基（phenols），可當成配位基（ligands）與重金屬錯合。

SMP 之產生量與基質之種類有關，Kuo et al.（1996）發現以葡萄 糖為基質之好氧系統，SMP 產生量為基質量之 2.7～3.5 ％，其研 究亦發現，厭氧系統之SMP 產生量低於好氧系統，厭氧系統之 SMP 產生量為基質量的0.2～2.5 %；而 Boero et al.（1991）以酚為基質 之好氧系統，其SMP 產生量為基質量之 11.0-18.4 ％；Barker and Stuckey（2001）之厭氧實驗發現 2～9 ％之進流 COD 轉換成 UAP，

而小於1 ％之微生物量轉換成 BAP。 Kuo and Parkin（1996）之 研究結果指出，厭氧系統中 SMP 分子量大於 10,000 且 SMP 濃度 隨SRT 增加而增加。