活性污泥的基质代谢脱氢酶活性测定

尹军，付瑶，王翠兰，荐志远，韩键，闫钰
(吉林建筑工程学院 环境工程系，吉林长春 130021)

　　摘　要：阐述了活性污泥在曝气反应中的基质代谢脱氢酶活性(Ds)和内源呼吸脱氢酶活性(De)的变化规律及其关系，提出了通过分别测定总脱氢酶活性(Dt)和De来间接测定Ds的方法。测定结果表明，这3种脱氢酶活性均随曝气反应的进行而不断变化，性能较好的活性污泥的Dt与Ds相近，而且通过适当投加基质可以明显提高Dt。
　　关键词：活性污泥；脱氢酶活性；基质代谢；内源呼吸
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0050-03

　　用活性污泥处理污水的过程实质上是酶促反应过程，然而最重要的基质代谢脱氢酶活性却很难测定。
　　如果根据总脱氢酶活性(Dt)=基质代谢脱氢酶活性(Ds)+内源呼吸脱氢酶活性(De)的关系，通过测定Dt和De即可间接测得Ds，从而可以深入分析活性污泥的处理能力。

1 试验装置与方法

1.1 装置的运行条件
　　间歇式活性污泥处理装置的运行条件为：
　　① 活性污泥取自长春市某工业废水处理厂二沉池回流污泥，并经过二周的驯化；
　　② 采用人工配水，进水COD浓度为1000mg/L，投配比为50%；
　　③ 温度为15～20℃；?
　　④ pH值为6.5～8.0；?
　　⑤ 曝气池DO≥2mg/L。
1.2 主要仪器、设备
　　TTC-2型脱氢酶活性测定仪，恒温水浴振荡器，TG-328B分析天平，LD4-4型离心机，高压锅，冰箱。
1.3 分析方法
　　COD:采用高压蒸汽消化法；pH值：用酸度计测定；溶解氧：用电化学探头测定。

2 测试方法

2.1 Dt的测定
　　①取样
　　从曝气池中取出活性污泥混合液样品放入试管，直接加入试剂(Tris-HCl、0.4%的TTC、0.36%的Na₂SO₃)及蒸馏水，配至规定体积，混合摇匀。
　　②样品培养
　　将混匀的样品放在(37±1)℃恒温水浴振荡器内培养30min，同时做空白对照。
　　③终止反应
　　用甲醛溶液做酶终止剂以控制酶反应时间。
　　④样品萃取
　　用丙酮将细胞内反应所产生的TF萃取出来(萃取温度为37℃，萃取时间为10min)。
　　⑤分析检测
　　将萃取液进行离心分离，并用TTC-2型脱氢酶活性测定仪进行检测，从仪器上可以直接读取Dt值。
2.2 De的测定
　　① 取样
　　从曝气池中取活性污泥混合液样品放入试管并置于离心机内，经离心分离后弃去上清液，再用蒸馏水洗涤沉淀污泥(反复洗涤多次)，最后配至规定体积，此时上清液的大部分COD已被去除。
　　② 样品培养
　　加入试剂(Tris-HCl、TTC、Na₂SO₃)及蒸馏水，在恒温［(37±1)℃］水浴中培养30min，同时做空白对照。
　　终止酶反应、样品萃取、分析检测的操作方法与前述的Dt测定方法相同。Ds的计算：Ds=Dt-De。

3 结果与讨论

3.1 曝气过程中
　　Dt、Ds、De的变化
　　反应期间脱氢酶活性和COD的变化分别见表1、图1。

表1 反应期间Dt、De、Ds的变化 反应时间(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

　　从表1、图1可以看出，在反应初期由于基质的大量投入(进水COD为1000mg/L)使食料供应充足，脱氢酶活性很高，细菌的繁殖主要依靠消耗有机物来进行。另一方面，此时的内源呼吸很少(Ds接近于Dt)，细菌对污水的处理能力较强，污水中的COD下降迅速(1h后COD值降低了近1/2)。
　　随着反应的不断进行,Ds开始有所下降而De则有所增加，甚至出现Ds＜De的现象，此时的Dt也有少许下降。这说明反应过程中Ds和De的变化是波动的，体系中始终存在着活性污泥的增殖与有机底物被降解的动态平衡。反应初期营养充足，细菌繁殖速度很快，Ds很高，但由于细菌的大量繁殖必然会消耗有机基质，随后将逐渐出现营养来源不足的现象，为维持生命活动则内源呼吸作用有所增加。此后细菌总量在逐渐调整，而活性污泥混合液中的基质并未被完全消耗掉，经调整后即可满足需要，体系也恢复到正常状态，基质代谢又占主导地位(Ds＞De)。
　　当反应进行到6h时，Dt由65mgTF/(L·h)降至28mgTF/(L·h)，此时有机食料已基本被耗尽，细菌的食物来源只能依靠菌体内储存的物质。内源呼吸的De接近Ds，Dt也明显降低，如果继续反应将会以内源呼吸为主。在此曝气反应中，前5h的Dt变化一直维持在60～70mgTF/(L·h)，而5h以后的脱氢酶活性则大幅降低。
3.2 脱氢酶活性与COD的关系
　　从图1和表1中可以看出，脱氢酶活性随COD值减少而降低，反应6 h时的COD去除率可达76%，Dt也由65降至28mgTF/(L·h)。
　　当试验装置正常运行时，虽然Ds和De在不断变化调整,但由于菌群代谢正常而不会影响对COD的去除,故COD一直在下降，最终曲线将趋于平缓。?
　　COD去除较快的阶段是在投料后1～2h(COD去除率可达50%)，这主要是由活性污泥所具有的强大的吸附性能造成的。由于活性污泥吸附基质中的COD后仍需要有一个分解消化过程，它表现在脱氢酶活性上就是Dt、Ds仍然维持在较高的水平。之后虽然脱氢酶活性仍然很高，但有机底物已明显减少，所以COD变化减慢。
3.3 Dt与Ds的关系
　　由表1可见，当基质代谢正常进行时Dt与Ds变化规律十分相似，但Ds的变化要比Dt敏感，也就是说Ds在生产中更具有实际意义。值得注意的是，当有机底物量充足时Ds非常接近Dt，内源呼吸的氧化作用很弱，体系的脱氢酶活性基本上是由基质代谢引起的。如果此时只需了解体系的相对变化，也可以用Dt代替Ds以简化试验。
3.4 外加基质量与脱氢酶活性的关系
　　在不同时间、取4种不同性质的活性污泥，以4.6%的乳酸钙作为外加基质，以0.5mL为变化单位，测定加入不同量基质时的Dt。结果发现当外加2mL乳酸钙(4.6%)时Dt均出现最大值(见图2)。由此可见，通过外加基质的方法可以提高Dt，但其提高幅度是有限的，如超过某一限度则基质的加入反而会使脱氢酶活性降低。

4 结论

　　① 试验表明，用Dt和De间接测定Ds的方法是可行的。研究发现Dt和Ds的变化规律相似，当有机底物量充足时可以用Dt代替Ds以简化试验。
　　② 曝气反应过程中的Ds和De是不断变化的，其调整过程体现了微生物增殖与有机底物被降解的动态平衡，用De和Ds这两个指标研究生化处理过程中微生物的变化规律更便于了解和掌握反应动态，更便于控制和管理废水处理项目的运行。
　　③ 通过外加基质的方法可以提高活性污泥的Dt，但基质的加入是有限的，如超过某个限度则Dt就会降低。试验表明，2mL乳酸钙(4.6%)即可使试液的Dt达到最大。
　　④ 通过研究De、Ds、Dt与COD的变化规律，可以从分子生物学水平了解和判断曝气池中活性污泥的活性状态与反应过程，分析去除有机物的内在规律和控制反应进程，从而达到最理想的处理效果。

参考文献：

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　　［2］尹军，周春生.TTC-脱氢酶活性常温萃取测定法及应用［J］.中国给水排水，1995，11(4)：16-18.
　　［3］周春生，尹军.剩余污泥好氧消化处理的效能机理研究［J］.中国给水排水，1992，8(1)：13-18.
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　　收稿日期：2002-03-16