尹軍，付瑤，王翠蘭，薦志遠(yuǎn)，韓鍵，閆鈺
(吉林建筑工程學(xué)院 環(huán)境工程系，吉林長(zhǎng)春 130021)

　　摘　要：闡述了活性污泥在曝氣反應(yīng)中的基質(zhì)代謝脫氫酶活性(Ds)和內(nèi)源呼吸脫氫酶活性(De)的變化規(guī)律及其關(guān)系，提出了通過(guò)分別測(cè)定總脫氫酶活性(Dt)和De來(lái)間接測(cè)定Ds的方法。測(cè)定結(jié)果表明，這3種脫氫酶活性均隨曝氣反應(yīng)的進(jìn)行而不斷變化，性能較好的活性污泥的Dt與Ds相近，而且通過(guò)適當(dāng)投加基質(zhì)可以明顯提高Dt。
　　關(guān)鍵詞：活性污泥；脫氫酶活性；基質(zhì)代謝；內(nèi)源呼吸
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)09-0050-03

　　用活性污泥處理污水的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是酶促反應(yīng)過(guò)程，然而最重要的基質(zhì)代謝脫氫酶活性卻很難測(cè)定。
　　如果根據(jù)總脫氫酶活性(Dt)=基質(zhì)代謝脫氫酶活性(Ds)+內(nèi)源呼吸脫氫酶活性(De)的關(guān)系，通過(guò)測(cè)定Dt和De即可間接測(cè)得Ds，從而可以深入分析活性污泥的處理能力。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 裝置的運(yùn)行條件
　　間歇式活性污泥處理裝置的運(yùn)行條件為：
　?、?活性污泥取自長(zhǎng)春市某工業(yè)廢水處理廠二沉池回流污泥，并經(jīng)過(guò)二周的馴化；
　?、?采用人工配水，進(jìn)水COD濃度為1000mg/L，投配比為50%；
　　③ 溫度為15～20℃；?
　?、?pH值為6.5～8.0；?
　?、?曝氣池DO≥2mg/L。
1.2 主要儀器、設(shè)備
　　TTC-2型脫氫酶活性測(cè)定儀，恒溫水浴振蕩器，TG-328B分析天平，LD4-4型離心機(jī)，高壓鍋，冰箱。
1.3 分析方法
　　COD:采用高壓蒸汽消化法；pH值：用酸度計(jì)測(cè)定；溶解氧：用電化學(xué)探頭測(cè)定。

2 測(cè)試方法

2.1 Dt的測(cè)定
　　①取樣
　　從曝氣池中取出活性污泥混合液樣品放入試管，直接加入試劑(Tris-HCl、0.4%的TTC、0.36%的Na₂SO₃)及蒸餾水，配至規(guī)定體積，混合搖勻。
　?、跇悠放囵B(yǎng)
　　將混勻的樣品放在(37±1)℃恒溫水浴振蕩器內(nèi)培養(yǎng)30min，同時(shí)做空白對(duì)照。
　?、劢K止反應(yīng)
　　用甲醛溶液做酶終止劑以控制酶反應(yīng)時(shí)間。
　?、軜悠份腿?br> 　　用丙酮將細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)所產(chǎn)生的TF萃取出來(lái)(萃取溫度為37℃，萃取時(shí)間為10min)。
　　⑤分析檢測(cè)
　　將萃取液進(jìn)行離心分離，并用TTC-2型脫氫酶活性測(cè)定儀進(jìn)行檢測(cè)，從儀器上可以直接讀取Dt值。
2.2 De的測(cè)定
　?、?取樣
　　從曝氣池中取活性污泥混合液樣品放入試管并置于離心機(jī)內(nèi)，經(jīng)離心分離后棄去上清液，再用蒸餾水洗滌沉淀污泥(反復(fù)洗滌多次)，最后配至規(guī)定體積，此時(shí)上清液的大部分COD已被去除。
　　② 樣品培養(yǎng)
　　加入試劑(Tris-HCl、TTC、Na₂SO₃)及蒸餾水，在恒溫［(37±1)℃］水浴中培養(yǎng)30min，同時(shí)做空白對(duì)照。
　　終止酶反應(yīng)、樣品萃取、分析檢測(cè)的操作方法與前述的Dt測(cè)定方法相同。Ds的計(jì)算：Ds=Dt-De。

3 結(jié)果與討論

3.1 曝氣過(guò)程中
　　Dt、Ds、De的變化
　　反應(yīng)期間脫氫酶活性和COD的變化分別見(jiàn)表1、圖1。

表1 反應(yīng)期間Dt、De、Ds的變化 反應(yīng)時(shí)間(h) Dt［mgTF/(L·h)］ De［mgTF/(L·h)］ Ds［mgTF/(L·h)］ 0 65.5 3.7 61.8 1 67.4 17.5 49.9 2 70.3 16.4 53.9 3 61.5 36.3 25.2 4 64.7 22.4 42.3 5 66.5 13.5 43.0 6 28.1 13.9 14.2

　　從表1、圖1可以看出，在反應(yīng)初期由于基質(zhì)的大量投入(進(jìn)水COD為1000mg/L)使食料供應(yīng)充足，脫氫酶活性很高，細(xì)菌的繁殖主要依靠消耗有機(jī)物來(lái)進(jìn)行。另一方面，此時(shí)的內(nèi)源呼吸很少(Ds接近于Dt)，細(xì)菌對(duì)污水的處理能力較強(qiáng)，污水中的COD下降迅速(1h后COD值降低了近1/2)。
　　隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行,Ds開(kāi)始有所下降而De則有所增加，甚至出現(xiàn)Ds＜De的現(xiàn)象，此時(shí)的Dt也有少許下降。這說(shuō)明反應(yīng)過(guò)程中Ds和De的變化是波動(dòng)的，體系中始終存在著活性污泥的增殖與有機(jī)底物被降解的動(dòng)態(tài)平衡。反應(yīng)初期營(yíng)養(yǎng)充足，細(xì)菌繁殖速度很快，Ds很高，但由于細(xì)菌的大量繁殖必然會(huì)消耗有機(jī)基質(zhì)，隨后將逐漸出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)來(lái)源不足的現(xiàn)象，為維持生命活動(dòng)則內(nèi)源呼吸作用有所增加。此后細(xì)菌總量在逐漸調(diào)整，而活性污泥混合液中的基質(zhì)并未被完全消耗掉，經(jīng)調(diào)整后即可滿(mǎn)足需要，體系也恢復(fù)到正常狀態(tài)，基質(zhì)代謝又占主導(dǎo)地位(Ds＞De)。
　　當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到6h時(shí)，Dt由65mgTF/(L·h)降至28mgTF/(L·h)，此時(shí)有機(jī)食料已基本被耗盡，細(xì)菌的食物來(lái)源只能依靠菌體內(nèi)儲(chǔ)存的物質(zhì)。內(nèi)源呼吸的De接近Ds，Dt也明顯降低，如果繼續(xù)反應(yīng)將會(huì)以?xún)?nèi)源呼吸為主。在此曝氣反應(yīng)中，前5h的Dt變化一直維持在60～70mgTF/(L·h)，而5h以后的脫氫酶活性則大幅降低。
3.2 脫氫酶活性與COD的關(guān)系
　　從圖1和表1中可以看出，脫氫酶活性隨COD值減少而降低，反應(yīng)6 h時(shí)的COD去除率可達(dá)76%，Dt也由65降至28mgTF/(L·h)。
　　當(dāng)試驗(yàn)裝置正常運(yùn)行時(shí)，雖然Ds和De在不斷變化調(diào)整,但由于菌群代謝正常而不會(huì)影響對(duì)COD的去除,故COD一直在下降，最終曲線將趨于平緩。?
　　COD去除較快的階段是在投料后1～2h(COD去除率可達(dá)50%)，這主要是由活性污泥所具有的強(qiáng)大的吸附性能造成的。由于活性污泥吸附基質(zhì)中的COD后仍需要有一個(gè)分解消化過(guò)程，它表現(xiàn)在脫氫酶活性上就是Dt、Ds仍然維持在較高的水平。之后雖然脫氫酶活性仍然很高，但有機(jī)底物已明顯減少，所以COD變化減慢。
3.3 Dt與Ds的關(guān)系
　　由表1可見(jiàn)，當(dāng)基質(zhì)代謝正常進(jìn)行時(shí)Dt與Ds變化規(guī)律十分相似，但Ds的變化要比Dt敏感，也就是說(shuō)Ds在生產(chǎn)中更具有實(shí)際意義。值得注意的是，當(dāng)有機(jī)底物量充足時(shí)Ds非常接近Dt，內(nèi)源呼吸的氧化作用很弱，體系的脫氫酶活性基本上是由基質(zhì)代謝引起的。如果此時(shí)只需了解體系的相對(duì)變化，也可以用Dt代替Ds以簡(jiǎn)化試驗(yàn)。
3.4 外加基質(zhì)量與脫氫酶活性的關(guān)系
　　在不同時(shí)間、取4種不同性質(zhì)的活性污泥，以4.6%的乳酸鈣作為外加基質(zhì)，以0.5mL為變化單位，測(cè)定加入不同量基質(zhì)時(shí)的Dt。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)外加2mL乳酸鈣(4.6%)時(shí)Dt均出現(xiàn)最大值(見(jiàn)圖2)。由此可見(jiàn)，通過(guò)外加基質(zhì)的方法可以提高Dt，但其提高幅度是有限的，如超過(guò)某一限度則基質(zhì)的加入反而會(huì)使脫氫酶活性降低。

4 結(jié)論

　?、?試驗(yàn)表明，用Dt和De間接測(cè)定Ds的方法是可行的。研究發(fā)現(xiàn)Dt和Ds的變化規(guī)律相似，當(dāng)有機(jī)底物量充足時(shí)可以用Dt代替Ds以簡(jiǎn)化試驗(yàn)。
　?、?曝氣反應(yīng)過(guò)程中的Ds和De是不斷變化的，其調(diào)整過(guò)程體現(xiàn)了微生物增殖與有機(jī)底物被降解的動(dòng)態(tài)平衡，用De和Ds這兩個(gè)指標(biāo)研究生化處理過(guò)程中微生物的變化規(guī)律更便于了解和掌握反應(yīng)動(dòng)態(tài)，更便于控制和管理廢水處理項(xiàng)目的運(yùn)行。
　　③ 通過(guò)外加基質(zhì)的方法可以提高活性污泥的Dt，但基質(zhì)的加入是有限的，如超過(guò)某個(gè)限度則Dt就會(huì)降低。試驗(yàn)表明，2mL乳酸鈣(4.6%)即可使試液的Dt達(dá)到最大。
　?、?通過(guò)研究De、Ds、Dt與COD的變化規(guī)律，可以從分子生物學(xué)水平了解和判斷曝氣池中活性污泥的活性狀態(tài)與反應(yīng)過(guò)程，分析去除有機(jī)物的內(nèi)在規(guī)律和控制反應(yīng)進(jìn)程，從而達(dá)到最理想的處理效果。

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　　收稿日期：2002-03-16