腐殖SBR工艺中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的研究

于润，赵可

腐殖SBR工艺中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的研究

于润，赵可

（吉林建筑大学市政与环境工程学院，吉林 长春 130118）

为考察腐殖生态基填料对活性污泥中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的影响，在常温下将内置和外置腐殖生态基填料的SBR工艺（HS-SBR）与传统SBR工艺（cSBR）进行对比研究，探讨不同反应器中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性变化规律，以期从酶学角度为腐殖生态基的推广和使用提供更多的理论基础。研究表明：内置、外置HS-SBR反应器内β-葡萄糖苷酶的活性在整个运行过程中均高于cSBR反应器，其中内置、外置HS-SBR反应器中β-葡萄糖苷酶在运行过程中的平均活性分别比cSBR反应器高出2.58%和7.08%；内置、外置HS-SBR反应器内脂肪酶的活性在整个运行过程中均高于cSBR反应器，其中内置、外置HS-SBR反应器中脂肪酶在运行过程中的平均活性分别比cSBR反应器高出23.22%和32.79%。总体来看，添加腐殖生态基可以提高活性污泥中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶的活性，且外置腐殖生态基填料的方式对β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的强化作用更为明显。

β-葡萄糖苷酶； 脂肪酶； SBR； 腐殖生态基

城市污水中存在的大分子有机物（如多糖、蛋白质和脂肪等）会被细菌的细胞膜阻隔而无法进入细胞内部[1]，被胞外水解酶分解为分子量低于1 000的小分子物质后才能通过细胞膜被细胞吸收分解去除[2]，可见胞外水解酶在微生物降解水中有机污染物的过程中具有重要作用，同时胞外水解酶的活性也可以更深层次地反映出活性污泥的生物活性[3]。β-葡萄糖苷酶和脂肪酶两种胞外水解酶分别对水中的多糖和脂肪类有机物的去除有重要作用[4-5]。笔者将内置、外置腐殖生态基SBR与传统SBR反应器做对比实验，考察三组反应器中活性污泥的β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的变化情况，从酶学角度为腐殖生态基的推广和使用提供更多的理论基础。

1 实验部分

1.1 试验水质与试验装置

试验原水采用葡聚糖等药品人工配置。试验设置三组平行装置：（1）传统SBR反应器（cSBR），（2）内置腐殖生态基的SBR反应器（内置HS-SBR），（3）在cSBR工艺基础上另外增设腐殖生态基反应器的SBR工艺（外置HS-SBR），如图1所示。SBR反应器采用有机玻璃制成，内径为20 cm，高为50 cm，有效容积为13 L。反应器中配有磁力搅拌器，在非曝气状态时可以将溶液混合均匀。外置腐殖生态基反应器的内径为10 cm，高为40 cm，有效容积为2.5 L。各反应器底部设有多孔石曝气头用于微孔鼓风曝气。

1-温度计；2-压缩空气；3-多孔石曝气头；4-排泥管；5-搅拌器；6-排水口；7-腐殖土；8-轻石

活性污泥取自长春市某污水厂曝气池，将污泥接种到各SBR反应器中使MLSS保持在4 000 mg/L左右。各反应器进 水质相同，温度均保持在25 ℃左右，每周期运行10 h（曝气6 h；搅拌2 h；静沉2 h）。腐殖生态基反应器中MLSS保持在8 000 mg/L左右，每周期运行24 h（曝气12 h；静沉12 h）。每周期运行前分别从SBR反应器和腐殖生态基反应器中取出相同体积的污泥进行互换，然后开始运行新的周期，同时cSBR和内置HS-SBR也开始运行。

1.2 试验方法

β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的测定方法均为紫外分光光度法。待测样品的酶活性的测定：从反应器中取5.0 mL泥水混合液到离心管中，加入1 mL 500 μmol/L的酶作用底物（PNPG或P-NPP），混匀后加盖密封；在37 ℃下恒温避光振荡培养4 h；取出后加入6 mL 0.1 mol/L的终止反应物（NaOH或96%乙醇），并在6 000 r/min下离心10 min；取出上清液，在405 nm波长处中测吸光度。控制样品的酶活性的测定：取5.0 mL泥水混合液于离心管中，加入终止反应物后直接离心；取上清液加入1 mL底物溶液后测吸光度。酶活性大小为待测样品与控制样品吸光度的差值乘以校准系数除以培养时间除以MLSS。

2 试验结果与分析

2.1 β-葡萄糖苷酶活性比较

图2 三组反应器中β-葡萄糖苷酶活性的变化情况

cSBR、内置HS-SBR和外置HS-SBR中β-葡萄糖苷酶（GLC）活性变化情况如图2所示。由图可知，在整个运行期间，三组反应器中GLC活性在运行过程中均呈现为先升高后下降的变化趋势，并且内置HS-SBR和外置HS-SBR中GLC活性均高于cSBR，其中外置HS-SBR中GLC活性最高。三组反应器中GLC活性在0~6 h内即曝气阶段时均呈现出增长趋势，cSBR中GLC活性从初始值48.09μmol/（g MLSS·h）增长到51.20 μmol/（g MLSS·h），内置HS-SBR中GLC活性从初始值50.48 μmol/（g MLSS·h）增长到52.94 μmol/（g MLSS·h），外置HS-SBR中GLC活性从初始值51.20 μmol/（g MLSS·h）增长到 54.47 μmol/（g MLSS·h），其中外置HS-SBR中GLC活性最高。在曝气阶段，反应器内多糖等有机物被大量分解，同时微生物会不断获得能量促使细胞分泌GLC，所以GLC活性不断升高。三组反应器中GLC活性在6 h转入搅拌阶段后均呈现出下降的趋势，到反应器运行结束时，cSBR中GLC活性降到了48.65 μmol/（g MLSS·h），内置HS-SBR中GLC活性降到了49.43 μmol/（g MLSS·h），外置HS-SBR中GLC活性降到了53.74 μmol/（g MLSS·h） ，其中外置HS-SBR中GLC活性减小的最少。在搅拌阶段，水中可利用碳源大量减少，GLC的产生受低浓度的碳氢化合物影响而减少，所以GLC活性受到抑制逐渐减小。cSBR、内置HS-SBR和外置HS-SBR中GLC在运行过程中9个时间点的平均活性分别为49.79μmol/（g MLSS·h）、51.08 μmol/（g MLSS·h）和53.31 μmol/（g MLSS·h），其中内置HS-SBR和外置HS-SBR中GLC的平均活性分别比cSBR高出2.58%和7.08%。总体来看，腐殖生态基填料对活性污泥中GLC活性有强化作用，且外置腐殖生态基填料的方式更有利于活性污泥中GLC的活性。

2.2 脂肪酶活性比较

图3 三组反应器中脂肪酶活性的变化情况

cSBR、内置HS-SBR和外置HS-SBR中脂肪酶（LIP）活性变化情况如图3所示。由图可知，在整个运行期间，三组反应器中LIP活性在运行过程中均呈现为升高、下降交替的变化趋势，并且内置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP活性均高于cSBR，其中外置HS-SBR中LIP活性最高。cSBR、内置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP的初始活性分别为18.45 μmol/（g MLSS·h）、24.86 μmol/（g MLSS·h）和20.46 μmol/（g MLSS·h），其中20.46 μmol/（g MLSS·h）为外置HS-SBR中LIP活性的最低值。曝气开始前2 h内，三组反应器中LIP活性呈现为增长趋势且在2 h时达到最大值，cSBR、内置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP活性的最大值分别为29.37 μmol/（g MLSS·h）、31.11 μmol/（g MLSS·h）和37.15 μmol/（g MLSS·h）。在反应器运行的前2 h内，反应器内脂肪类等有机物被大量分解，同时微生物会不断获得能量促使细胞分泌LIP，所以LIP活性不断升高。2 h后，三组反应器中LIP活性均呈现出不同程度的下降趋势，这可能是因为反应器内从2 h时开始进行硝化反应，NO2-和NO3-的浓度不断增大对LIP的活性产生抑制作用。cSBR中LIP活性在5 h时降到最小值为29.37μmol/（g MLSS·h），内置HS-SBR中LIP活性在4 h时降到最小值为22.18 μmol/（g MLSS·h），外置HS-SBR中LIP活性在5 h下降到了一个极小值为25.75 μmol/（g MLSS·h）。此后，三组反应器中LIP活性变化均不相同，但cSBR中LIP活性再次出现特征点的时间均比内置HS-SBR和外置HS-SBR迟，这是因为腐殖生态基填料可以提高活性污泥中微生物的新陈代谢速率，进而提高了LIP的活性。cSBR、内置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP在运行过程中九个时间点的平均活性分别为20.55 μmol/（g MLSS·h）、25.32 μmol/（g MLSS·h）和 27.28 μmol/（g MLSS·h），其中内置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP的平均活性分别比cSBR高出23.22%和32.79%。总体来看，添加腐殖生态基填料对活性污泥的LIP活性具有一定促进强化作用，且外置腐殖生态基填料的方式更有利于提高活性污泥中LIP的活性。

3 结 论

（1）内置、外置HS-SBR反应器内β-葡萄糖苷酶的活性均高于cSBR反应器，其中外置HS-SBR中GLC活性最高。内置HS-SBR和外置HS-SBR中GLC在运行过程中的平均活性分别比cSBR高出2.58%和7.08%。表明添加腐殖生态基填料对活性污泥的β-葡萄糖苷酶活性具有一定促进强化作用，且外置腐殖生态基填料的方式对β-葡萄糖苷酶活性的强化作用更为明显。

（2）内置、外置HS-SBR反应器内脂肪酶的活性均高于cSBR反应器，且内置、外置HS-SBR反应器内脂肪酶活性出现某些特征点的时间也早于cSBR反应器，其中外置HS-SBR中LIP活性最高。内置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP在运行过程中的平均活性分别比cSBR高出23.22%和32.79%。表明添加腐殖生态基填料对活性污泥的脂肪酶活性具有一定促进强化作用，且外置腐殖生态基填料的方式对脂肪酶活性的强化作用更为明显。

［1］崔成武. 活性污泥水解技术的发展与应用[J]. 给水排水, 2009, 35（4）: 25-29.

［2］李斯颖. 不同接种物活性对快速生物降解测试结果影响[D]. 广东工业大学, 2014: 8-9.

［3］Yin Li, Guo Shen, Cui Luo, Zai-Lei Li. Properties of hydrolytic enzymes in an anaerobic anoxic aerobic wastewater process[J]. Journal of Biotechnology, 2008, 136: S468-S468.

［4］Casper Wilkens, Peter Kamp Busk, Bo Pilgaard, et al．Diversity of microbial carbohydrate-active enzymes in Danish anaerobic digesters fed with wastewater treatment sludge[J]. Biotechnology for Biofuels, 2017, 10（1）: 158.

［5］Debora Nabarlatz, Frank Stüber, Josep Font, Agustí Fortuny, Azael Fabregat, Christophe Bengoa. Extraction and purification of hydrolytic enzymes from activated sludge[J]. Resources, Conservation & Recycling, 2011, 59: 9-13.

Study on the Activity of β-Glucosidase and Lipase in Humus SBR Process

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（School of Municipal and Environmental Engineering, Jilin Jianzhu University, Jilin Changchun 130118, China）

In order to investigate the effect of humic soil on the activity of β-glucosidase and lipase in activated sludge, the SBR process with internal and external humic soil (HS-SBR) was compared with the conventional SBR process (cSBR) at normal atmospheric temperature. The change rule of β-glucosidase and lipase activity in different reactors was discussed, in order to provide more theories for promotion and use of the humic soil. The results showed that the activity of β-glucosidase in the internal and external HS-SBR reactors was higher than that in the cSBR reactors in the whole operation process, and the average activity of β-glucosidase in the internal and external HS-SBR reactors was higher than that in the cSBR reactors by 2.58% and 7.08%, respectively. The activity of lipase in the internal and external HS-SBR reactors was higher than that in thecSBR reactors in the whole operation process, and the average activity of lipase in the internal and external HS-SBR reactors was higher than that in cSBR reactor by 23.22% and 32.79%, respectively. In general, humic soil improved the activity of β-glucosidase and lipase in activated sludge, and the way of external humic soil enhanced the activity of β-glucosidase and lipase more obviously.

β-glucosidase; lipaser; SBR; humic soil

高性能复合水处理材料的研制与产业化（吉林省省级产业创新专项资金项目），项目号：2018C044-4。

2019-12-29

于润（1994-），女，硕士，吉林省松原市人，现就读于吉林建筑大学，研究方向：腐殖生态基SBR处理系统中酶活性方面的研究。

X703

A

1004-0935（2020）01-0033-03