盐胁迫对污水处理厂好氧污泥不同酶活性的影响分析

董玉瑛，汪皓琦，汪灵伟，邹学军

(大连民族大学 环境与资源学院，辽宁 大连 116605)

盐胁迫对污水处理厂好氧污泥不同酶活性的影响分析

董玉瑛，汪皓琦，汪灵伟，邹学军

(大连民族大学 环境与资源学院，辽宁 大连 116605)

测定了盐胁迫下的好氧活性污泥中转化酶和脲酶的变化情况，结果表明，随着盐度的逐渐升高，转化酶的活性也逐渐升高, 脲酶活性降低，活性污泥的耗氧速率降低。在30 g·L-1盐度条件下，转化酶活性达到最大，其升高率为75.3 %；在35 g·L-1盐度水平时，脲酶活性最大降低率为23.5 %，活性污泥的耗氧速率最大降低率为98.6 %。综合各个表征指标，转化酶因其相应敏感且测试精密度高，因而被推荐作为表征污泥活性的敏感指标。

活性污泥；盐度；转化酶活性；脲酶活性; 耗氧速率

北方沿海城市采用海水冲厕并使用融雪剂，含盐离子污水会对城市污水厂活性污泥性能造成影响，同时，因为海水的含盐量很高， 大量生活使用的海水进入城市污水系统后必然会对原来的生化处理系统带来影响，甚至使其不能正常运行。所以，当污水处理厂面对一些突发的环境问题时，不能仅局限于测定BOD、COD等综合指标，还需要测定具体明确的敏感指标，确定环境问题来源，以便做出应对措施。活性污泥作为污水处理工艺的一个重要组成部分，其活性的大小直接影响着整个污水处理工艺，而活性污泥中酶活性的大小又会直接反应活性污泥的生物性能[1-3]。因此，研究盐度对活性污泥不同酶活性的影响，不仅有助于了解其环境毒理特性以及生物降解性，亦为进一步筛选、分离、富集和培养指示不同污染来源的专一高效菌种提供有意义的指导[4-7]。污水厂活性污泥的性能受到越来越多的关注，在实际的生产操作过程中，活性污泥在处理污水过程中占有至关重要的地位，研究影响活性污泥的因素具有重要意义，对活性污泥中有关指示指标的测定也不容小觑[8-10]。

本研究从盐度对活性污泥的影响因子入手，对影响活性污泥的因素进行分析，针对城市的污水处理效能，筛选出敏感稳定的生物指标，明确敏感的污染物，进而建立一个稳定的操作系统。活性污泥系统在实际运行中，污水的水质及水量在不断变化，活性污泥中不同的生物酶与微生物代谢方式不同，生物转化机制也不同，环境条件也在不断变化，这就需要按照活性污泥中的微生物的代谢规律进行调节控制，使系统处在最佳运行状态，发挥最大效能，保证出水水质。通过探究盐度对好氧活性污泥性能的影响，筛选出敏感的生物指标表征污泥活性，对于研究好氧活性污泥具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 仪器及试剂

UV-1000分光光度计(上海美普达仪器有限公司)；TDZ5-WSD多管架自动平衡离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)；THZ-B台式恒温振荡器(常州诺基仪器有限公司)；DHP-9082型电热恒温培养箱(上海右一仪器有限公司)；DHG-9246A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)；溶解氧测定仪(北京哈纳科仪科技有限公司)。

甲苯、10 %尿素溶液、柠檬酸缓冲溶液(pH6.7)、1 %次氯酸钠、磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液(pH5.5)、10 %蔗糖基质溶液、3，5-二硝基水杨酸溶液等试剂均为分析纯；实验中所用活性污泥均取自大连某污水处理厂的曝气池，其接纳污水中大部分是生活污水。曝气池中污泥混合液悬浮固体(MLSS)质量浓度为3 000 mg·L-1,挥发性悬浮物(VSS)约为0.7，污泥容积指数(SVI)在80～120 mg·L-1。

1.2 方法

1.2.1 脲酶的测定

应用苯酚钠比色法，将污泥悬浊液与适量甲苯充分混合，加入 10 %尿素溶液和柠檬酸缓冲溶液，置于37 ℃恒温培养箱中培养。取出后将混合液过滤。取适量滤液依次加入一定量苯酚钠和次氯酸钠。将混合液混匀后静置显色，溶液呈现靛蓝色。稀释后在578 nm下测其吸光度。以24 h后1 g活性污泥中NH3-N的毫克数表示脲酶活性(Ure):

(1)

式中，a为样品吸光度值对应标准曲线求得的NH3-N毫克数；V为显色液体积；n为分取倍数(浸出液体积/吸取滤液体积)；m为烘干土样的质量(g)。

1.2.2 转化酶的测定

应用3,5-二硝基水杨酸法，取一定量污泥悬液加入适量磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液、10 %蔗糖基质溶液和少量甲苯溶液，将此混合液置于恒温培养箱中培养。过滤后取少量滤液，加入适量 3，5-二硝基水杨酸溶液，沸水浴锅中加热，冷却，稀释后在540 nm下测吸光度值。转化酶活性(Invert)以1 g烘干污泥24 h生成葡萄糖毫克数表示：

(2)

式中，a为其由标准曲线求的葡萄糖毫克数；n为分取倍数；m为烘干土样的质量。

1.2.3 耗氧速率的测定

首先使活性污泥充分曝气24 h,之后让其处于无氧状态下，分别在0，30，60 min时，使用溶解氧仪测定其中的溶解氧浓度，进而求得不同盐度污泥的好氧速率。

根据污泥的质量浓度(MLVSS)、反应时间t和反应瓶内溶解氧变化率求得污泥的耗氧速率(OUR)：

(3)式中，DO0初始时DO值，DOt测定结束时的DO值。

2 结果与讨论

2.1 盐类对脲酶的影响

根据测定多组不同盐度下配置的污泥溶液吸光度的变化，进而求得脲酶活性，脲酶变化曲线如图1。由图1可知，盐度影响了活性污泥中脲酶的活性，随着盐度的逐渐升高，脲酶活性逐渐降低，在35 g·L-1盐度条件下，脲酶降低率为23.5 %。脲酶是一种能促进含氮有机物水解的水解酶，能专一的水解尿素，同时释放氨和二氧化碳，它的存在对于污水中含氮有机物的分解具有重要意义。但通过实验发现，脲酶对盐度变化并不敏感，其受盐度胁迫时，变化范围小，不易通过测定脲酶指示污泥活性，属不敏感指标。另外，根据AL AHMAD[11]等在毒性控制中心检测到，一些抗生素类污染物作为基质快速繁殖的细菌，使其本身就具有活性，影响了污泥中脲酶活性。但即使脲酶活性变化范围不大，也不能说明盐类对活性污泥的影响很小，因为污水中存在着有机物的混合物，彼此之间相互作用，对污水处理可产生协同作用。

图1 盐度对污泥中脲酶活性的影响

2.2 盐类对转化酶的影响

根据测定不同盐度下配置污泥溶液吸光度的变化，进而求得转化酶活性的变化曲线，如图2。由图2可知，随盐度逐渐升高，转化酶活性先升高，在30 g·L-1盐度水平时，达到其活性的最大值，升高率为75.3 %；盐度继续升高转化酶呈现逐渐降低的趋势。当微生物受到外界不良条件影响时，转化酶在其胁迫下有一种自我保护机制，但当不良影响高于其承受范围时，活性又会降低。王锐[12]的研究发现，受不良条件影响时微生物对营养物质的需求会增大，转化酶活性的升高为反硝化细菌提供充足的碳源，以供给硝酸还原酶进行生物脱氮。通过本研究的实验发现，转化酶受盐度胁迫时，变化范围明显且稳定，属于稳定性指标。

2.3 活性污泥耗氧速率测定

分别测定了多组不同盐度胁迫下活性污泥的溶解氧，其耗氧速率变化如图3。由图3可知，随着盐度的逐渐升高，活性污泥的含氧量与其呈负相关。当盐度在0～10 g·L-1时，耗氧速率急剧下降，衰减速率达到50 %以上；当盐度为35 g·L-1)时，耗氧速率已衰减98.6 %，说明耗氧速率对盐胁迫敏感。这一现象可由两个原因解释：其一，可能是盐度抑制了污泥中微生物的活性。由于盐度的增加,盐析作用不断的增强，新陈代谢作用降低，脱氢酶的活性下降，微生物本身活性受到抑制。其二，可能是由于盐度的增加,细胞的溶胞作用加强，细胞组分大量释放。崔有为、王淑莹[13]等人的研究表明，内源呼吸期微生物的耗氧主要用于内源呼吸，所以随着盐度的升高,微生物的呼吸速率加快，溶解氧含量迅速降低，缺氧条件下微生物维持呼吸作用，造成好氧速率的急速降低。这种现象的原因也可能是由于高盐对处理微生物的抑制作用导致的呼吸作用加强的缘故。

图3 耗氧速率变化曲线

3 结 论

(1) 盐度影响了活性污泥中脲酶和转化酶的活性，随着盐度的逐渐升高，脲酶活性逐渐降低。

(2) 随着盐度的逐渐升高，活性污泥的含氧量与其呈负相关，耗氧速率下降，有机物降解速率下降。

(3)综合影响敏感度和精密度等因素，推荐转化酶作为表征污泥活性和敏感指标。

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(责任编辑 邹永红)

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

国家自然科学基金项目(21477001)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DC201502070302)。

董玉瑛(1968-)，女，辽宁锦州人，教授，博士，学校优秀学术带头人，主要从事环境化学研究。

2096-1383(2017)01-0011-03

X703

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