鹽脅迫對污水處理廠好氧污泥不同酶活性的影響分析

董玉瑛，汪皓琦，汪靈偉，鄒學(xué)軍

(大連民族大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧 大連 116605)

鹽脅迫對污水處理廠好氧污泥不同酶活性的影響分析

董玉瑛，汪皓琦，汪靈偉，鄒學(xué)軍

(大連民族大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧 大連 116605)

測定了鹽脅迫下的好氧活性污泥中轉(zhuǎn)化酶和脲酶的變化情況，結(jié)果表明，隨著鹽度的逐漸升高，轉(zhuǎn)化酶的活性也逐漸升高, 脲酶活性降低，活性污泥的耗氧速率降低。在30 g·L-1鹽度條件下，轉(zhuǎn)化酶活性達到最大，其升高率為75.3 %；在35 g·L-1鹽度水平時，脲酶活性最大降低率為23.5 %，活性污泥的耗氧速率最大降低率為98.6 %。綜合各個表征指標，轉(zhuǎn)化酶因其相應(yīng)敏感且測試精密度高，因而被推薦作為表征污泥活性的敏感指標。

活性污泥；鹽度；轉(zhuǎn)化酶活性；脲酶活性; 耗氧速率

北方沿海城市采用海水沖廁并使用融雪劑，含鹽離子污水會對城市污水廠活性污泥性能造成影響，同時，因為海水的含鹽量很高， 大量生活使用的海水進入城市污水系統(tǒng)后必然會對原來的生化處理系統(tǒng)帶來影響，甚至使其不能正常運行。所以，當(dāng)污水處理廠面對一些突發(fā)的環(huán)境問題時，不能僅局限于測定BOD、COD等綜合指標，還需要測定具體明確的敏感指標，確定環(huán)境問題來源，以便做出應(yīng)對措施?；钚晕勰嘧鳛槲鬯幚砉に嚨囊粋€重要組成部分，其活性的大小直接影響著整個污水處理工藝，而活性污泥中酶活性的大小又會直接反應(yīng)活性污泥的生物性能[1-3]。因此，研究鹽度對活性污泥不同酶活性的影響，不僅有助于了解其環(huán)境毒理特性以及生物降解性，亦為進一步篩選、分離、富集和培養(yǎng)指示不同污染來源的專一高效菌種提供有意義的指導(dǎo)[4-7]。污水廠活性污泥的性能受到越來越多的關(guān)注，在實際的生產(chǎn)操作過程中，活性污泥在處理污水過程中占有至關(guān)重要的地位，研究影響活性污泥的因素具有重要意義，對活性污泥中有關(guān)指示指標的測定也不容小覷[8-10]。

本研究從鹽度對活性污泥的影響因子入手，對影響活性污泥的因素進行分析，針對城市的污水處理效能，篩選出敏感穩(wěn)定的生物指標，明確敏感的污染物，進而建立一個穩(wěn)定的操作系統(tǒng)。活性污泥系統(tǒng)在實際運行中，污水的水質(zhì)及水量在不斷變化，活性污泥中不同的生物酶與微生物代謝方式不同，生物轉(zhuǎn)化機制也不同，環(huán)境條件也在不斷變化，這就需要按照活性污泥中的微生物的代謝規(guī)律進行調(diào)節(jié)控制，使系統(tǒng)處在最佳運行狀態(tài)，發(fā)揮最大效能，保證出水水質(zhì)。通過探究鹽度對好氧活性污泥性能的影響，篩選出敏感的生物指標表征污泥活性，對于研究好氧活性污泥具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 儀器及試劑

UV-1000分光光度計(上海美普達儀器有限公司)；TDZ5-WSD多管架自動平衡離心機(湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司)；THZ-B臺式恒溫振蕩器(常州諾基儀器有限公司)；DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱(上海右一儀器有限公司)；DHG-9246A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司)；溶解氧測定儀(北京哈納科儀科技有限公司)。

甲苯、10 %尿素溶液、檸檬酸緩沖溶液(pH6.7)、1 %次氯酸鈉、磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液(pH5.5)、10 %蔗糖基質(zhì)溶液、3，5-二硝基水楊酸溶液等試劑均為分析純；實驗中所用活性污泥均取自大連某污水處理廠的曝氣池，其接納污水中大部分是生活污水。曝氣池中污泥混合液懸浮固體(MLSS)質(zhì)量濃度為3 000 mg·L-1,揮發(fā)性懸浮物(VSS)約為0.7，污泥容積指數(shù)(SVI)在80～120 mg·L-1。

1.2 方法

1.2.1 脲酶的測定

應(yīng)用苯酚鈉比色法，將污泥懸濁液與適量甲苯充分混合，加入 10 %尿素溶液和檸檬酸緩沖溶液，置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。取出后將混合液過濾。取適量濾液依次加入一定量苯酚鈉和次氯酸鈉。將混合液混勻后靜置顯色，溶液呈現(xiàn)靛藍色。稀釋后在578 nm下測其吸光度。以24 h后1 g活性污泥中NH3-N的毫克數(shù)表示脲酶活性(Ure):

(1)

式中，a為樣品吸光度值對應(yīng)標準曲線求得的NH3-N毫克數(shù)；V為顯色液體積；n為分取倍數(shù)(浸出液體積/吸取濾液體積)；m為烘干土樣的質(zhì)量(g)。

1.2.2 轉(zhuǎn)化酶的測定

應(yīng)用3,5-二硝基水楊酸法，取一定量污泥懸液加入適量磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液、10 %蔗糖基質(zhì)溶液和少量甲苯溶液，將此混合液置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。過濾后取少量濾液，加入適量 3，5-二硝基水楊酸溶液，沸水浴鍋中加熱，冷卻，稀釋后在540 nm下測吸光度值。轉(zhuǎn)化酶活性(Invert)以1 g烘干污泥24 h生成葡萄糖毫克數(shù)表示：

(2)

式中，a為其由標準曲線求的葡萄糖毫克數(shù)；n為分取倍數(shù)；m為烘干土樣的質(zhì)量。

1.2.3 耗氧速率的測定

首先使活性污泥充分曝氣24 h,之后讓其處于無氧狀態(tài)下，分別在0，30，60 min時，使用溶解氧儀測定其中的溶解氧濃度，進而求得不同鹽度污泥的好氧速率。

根據(jù)污泥的質(zhì)量濃度(MLVSS)、反應(yīng)時間t和反應(yīng)瓶內(nèi)溶解氧變化率求得污泥的耗氧速率(OUR)：

(3)式中，DO0初始時DO值，DOt測定結(jié)束時的DO值。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽類對脲酶的影響

根據(jù)測定多組不同鹽度下配置的污泥溶液吸光度的變化，進而求得脲酶活性，脲酶變化曲線如圖1。由圖1可知，鹽度影響了活性污泥中脲酶的活性，隨著鹽度的逐漸升高，脲酶活性逐漸降低，在35 g·L-1鹽度條件下，脲酶降低率為23.5 %。脲酶是一種能促進含氮有機物水解的水解酶，能專一的水解尿素，同時釋放氨和二氧化碳，它的存在對于污水中含氮有機物的分解具有重要意義。但通過實驗發(fā)現(xiàn)，脲酶對鹽度變化并不敏感，其受鹽度脅迫時，變化范圍小，不易通過測定脲酶指示污泥活性，屬不敏感指標。另外，根據(jù)AL AHMAD[11]等在毒性控制中心檢測到，一些抗生素類污染物作為基質(zhì)快速繁殖的細菌，使其本身就具有活性，影響了污泥中脲酶活性。但即使脲酶活性變化范圍不大，也不能說明鹽類對活性污泥的影響很小，因為污水中存在著有機物的混合物，彼此之間相互作用，對污水處理可產(chǎn)生協(xié)同作用。

圖1 鹽度對污泥中脲酶活性的影響

2.2 鹽類對轉(zhuǎn)化酶的影響

根據(jù)測定不同鹽度下配置污泥溶液吸光度的變化，進而求得轉(zhuǎn)化酶活性的變化曲線，如圖2。由圖2可知，隨鹽度逐漸升高，轉(zhuǎn)化酶活性先升高，在30 g·L-1鹽度水平時，達到其活性的最大值，升高率為75.3 %；鹽度繼續(xù)升高轉(zhuǎn)化酶呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。當(dāng)微生物受到外界不良條件影響時，轉(zhuǎn)化酶在其脅迫下有一種自我保護機制，但當(dāng)不良影響高于其承受范圍時，活性又會降低。王銳[12]的研究發(fā)現(xiàn)，受不良條件影響時微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需求會增大，轉(zhuǎn)化酶活性的升高為反硝化細菌提供充足的碳源，以供給硝酸還原酶進行生物脫氮。通過本研究的實驗發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化酶受鹽度脅迫時，變化范圍明顯且穩(wěn)定，屬于穩(wěn)定性指標。

2.3 活性污泥耗氧速率測定

分別測定了多組不同鹽度脅迫下活性污泥的溶解氧，其耗氧速率變化如圖3。由圖3可知，隨著鹽度的逐漸升高，活性污泥的含氧量與其呈負相關(guān)。當(dāng)鹽度在0～10 g·L-1時，耗氧速率急劇下降，衰減速率達到50 %以上；當(dāng)鹽度為35 g·L-1)時，耗氧速率已衰減98.6 %，說明耗氧速率對鹽脅迫敏感。這一現(xiàn)象可由兩個原因解釋：其一，可能是鹽度抑制了污泥中微生物的活性。由于鹽度的增加,鹽析作用不斷的增強，新陳代謝作用降低，脫氫酶的活性下降，微生物本身活性受到抑制。其二，可能是由于鹽度的增加,細胞的溶胞作用加強，細胞組分大量釋放。崔有為、王淑瑩[13]等人的研究表明，內(nèi)源呼吸期微生物的耗氧主要用于內(nèi)源呼吸，所以隨著鹽度的升高,微生物的呼吸速率加快，溶解氧含量迅速降低，缺氧條件下微生物維持呼吸作用，造成好氧速率的急速降低。這種現(xiàn)象的原因也可能是由于高鹽對處理微生物的抑制作用導(dǎo)致的呼吸作用加強的緣故。

圖3 耗氧速率變化曲線

3 結(jié) 論

(1) 鹽度影響了活性污泥中脲酶和轉(zhuǎn)化酶的活性，隨著鹽度的逐漸升高，脲酶活性逐漸降低。

(2) 隨著鹽度的逐漸升高，活性污泥的含氧量與其呈負相關(guān)，耗氧速率下降，有機物降解速率下降。

(3)綜合影響敏感度和精密度等因素，推薦轉(zhuǎn)化酶作為表征污泥活性和敏感指標。

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(責(zé)任編輯 鄒永紅)

Effects of Salt Stress on Different Enzyme Activities of Aerobic Sludge in Municipal Sewage Treatment Plant

DONG Yu-ying, WANG Hao-qi, WANG Ling-wei, ZOU Xue-jun

(School of Environment and Resources, Dalian Minzu University, Dalian Liaoning 116605, China)

The changes of invertase and urease in aerobic activated sludge under salt stress were determined in this paper. The results show that with increased salinity, invertase activity was increased, while urease activity and oxygen consumption rate of activated sludge were reduced. Under the salinity condition of 30 g·L-1, invertase activity reached maximum, with the increase rate of 75.3%. When salinity level was at 35 g·L-1, the biggest reduce rate of urease activity was 23.5%, and the biggest reduce rate of oxygen consumption rate of activated sludge was 98.6%. Together various characterization index, invertase is recommended as a sensitive indicator of characterization of activated sludge because of its corresponding sensitivity and high testing precision.

activated sludge; salinity; invertase activity; urease activity; oxygen consumption rate

2016-11-08；最后

2016-11-14

國家自然科學(xué)基金項目(21477001)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目(DC201502070302)。

董玉瑛(1968-)，女，遼寧錦州人，教授，博士，學(xué)校優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人，主要從事環(huán)境化學(xué)研究。

2096-1383(2017)01-0011-03

X703

A