尹軍，付瑤，王翠蘭，薦志遠，韓鍵，閆鈺
(吉林建筑工程學院 環境工程系，吉林長春 130021)

　　摘　要：闡述了活性污泥在曝氣反應中的基質代謝脫氫酶活性(Ds)和內源呼吸脫氫酶活性(De)的變化規律及其關系，提出了通過分別測定總脫氫酶活性(Dt)和De來間接測定Ds的方法。測定結果表明，這3種脫氫酶活性均隨曝氣反應的進行而不斷變化，性能較好的活性污泥的Dt與Ds相近，而且通過適當投加基質可以明顯提高Dt。
　　關鍵詞：活性污泥；脫氫酶活性；基質代謝；內源呼吸
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)09-0050-03

　　用活性污泥處理污水的過程實質上是酶促反應過程，然而最重要的基質代謝脫氫酶活性卻很難測定。
　　如果根據總脫氫酶活性(Dt)=基質代謝脫氫酶活性(Ds)+內源呼吸脫氫酶活性(De)的關系，通過測定Dt和De即可間接測得Ds，從而可以深入分析活性污泥的處理能力。

1 試驗裝置與方法

1.1 裝置的運行條件
　　間歇式活性污泥處理裝置的運行條件為：
　　① 活性污泥取自長春市某工業廢水處理廠二沉池回流污泥，并經過二周的馴化；
　　② 采用人工配水，進水COD濃度為1000mg/L，投配比為50%；
　　③ 溫度為15～20℃；?
　　④ pH值為6.5～8.0；?
　　⑤ 曝氣池DO≥2mg/L。
1.2 主要儀器、設備
　　TTC-2型脫氫酶活性測定儀，恒溫水浴振蕩器，TG-328B分析天平，LD4-4型離心機，高壓鍋，冰箱。
1.3 分析方法
　　COD:采用高壓蒸汽消化法；pH值：用酸度計測定；溶解氧：用電化學探頭測定。

2 測試方法

2.1 Dt的測定
　　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，配至規定體積，混合搖勻。
　　②樣品培養
　　將混勻的樣品放在(37±1)℃恒溫水浴振蕩器內培養30min，同時做空白對照。
　　③終止反應
　　用甲醛溶液做酶終止劑以控制酶反應時間。
　　④樣品萃取
　　用丙酮將細胞內反應所產生的TF萃取出來(萃取溫度為37℃，萃取時間為10min)。
　　⑤分析檢測
　　將萃取液進行離心分離，并用TTC-2型脫氫酶活性測定儀進行檢測，從儀器上可以直接讀取Dt值。
2.2 De的測定
　　① 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內，經離心分離后棄去上清液，再用蒸餾水洗滌沉淀污泥(反復洗滌多次)，最后配至規定體積，此時上清液的大部分COD已被去除。
　　② 樣品培養
　　加入試劑(Tris-HCl、TTC、Na₂SO₃)及蒸餾水，在恒溫［(37±1)℃］水浴中培養30min，同時做空白對照。
　　終止酶反應、樣品萃取、分析檢測的操作方法與前述的Dt測定方法相同。Ds的計算：Ds=Dt-De。

3 結果與討論

3.1 曝氣過程中
　　Dt、Ds、De的變化
　　反應期間脫氫酶活性和COD的變化分別見表1、圖1。

表1 反應期間Dt、De、Ds的變化 反應時間(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，在反應初期由于基質的大量投入(進水COD為1000mg/L)使食料供應充足，脫氫酶活性很高，細菌的繁殖主要依靠消耗有機物來進行。另一方面，此時的內源呼吸很少(Ds接近于Dt)，細菌對污水的處理能力較強，污水中的COD下降迅速(1h后COD值降低了近1/2)。
　　隨著反應的不斷進行,Ds開始有所下降而De則有所增加，甚至出現Ds＜De的現象，此時的Dt也有少許下降。這說明反應過程中Ds和De的變化是波動的，體系中始終存在著活性污泥的增殖與有機底物被降解的動態平衡。反應初期營養充足，細菌繁殖速度很快，Ds很高，但由于細菌的大量繁殖必然會消耗有機基質，隨后將逐漸出現營養來源不足的現象，為維持生命活動則內源呼吸作用有所增加。此后細菌總量在逐漸調整，而活性污泥混合液中的基質并未被完全消耗掉，經調整后即可滿足需要，體系也恢復到正常狀態，基質代謝又占主導地位(Ds＞De)。
　　當反應進行到6h時，Dt由65mgTF/(L·h)降至28mgTF/(L·h)，此時有機食料已基本被耗盡，細菌的食物來源只能依靠菌體內儲存的物質。內源呼吸的De接近Ds，Dt也明顯降低，如果繼續反應將會以內源呼吸為主。在此曝氣反應中，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6 h時的COD去除率可達76%，Dt也由65降至28mgTF/(L·h)。
　　當試驗裝置正常運行時，雖然Ds和De在不斷變化調整,但由于菌群代謝正常而不會影響對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50%)，這主要是由活性污泥所具有的強大的吸附性能造成的。由于活性污泥吸附基質中的COD后仍需要有一個分解消化過程，它表現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，但有機底物已明顯減少，所以COD變化減慢。
3.3 Dt與Ds的關系
　　由表1可見，當基質代謝正常進行時Dt與Ds變化規律十分相似，但Ds的變化要比Dt敏感，也就是說Ds在生產中更具有實際意義。值得注意的是，當有機底物量充足時Ds非常接近Dt，內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代謝引起的。如果此時只需了解體系的相對變化，也可以用Dt代替Ds以簡化試驗。
3.4 外加基質量與脫氫酶活性的關系
　　在不同時間、取4種不同性質的活性污泥，以4.6%的乳酸鈣作為外加基質，以0.5mL為變化單位，測定加入不同量基質時的Dt。結果發現當外加2mL乳酸鈣(4.6%)時Dt均出現最大值(見圖2)。由此可見，通過外加基質的方法可以提高Dt，但其提高幅度是有限的，如超過某一限度則基質的加入反而會使脫氫酶活性降低。

4 結論

　　① 試驗表明，用Dt和De間接測定Ds的方法是可行的。研究發現Dt和Ds的變化規律相似，當有機底物量充足時可以用Dt代替Ds以簡化試驗。
　　② 曝氣反應過程中的Ds和De是不斷變化的，其調整過程體現了微生物增殖與有機底物被降解的動態平衡，用De和Ds這兩個指標研究生化處理過程中微生物的變化規律更便于了解和掌握反應動態，更便于控制和管理廢水處理項目的運行。
　　③ 通過外加基質的方法可以提高活性污泥的Dt，但基質的加入是有限的，如超過某個限度則Dt就會降低。試驗表明，2mL乳酸鈣(4.6%)即可使試液的Dt達到最大。
　　④ 通過研究De、Ds、Dt與COD的變化規律，可以從分子生物學水平了解和判斷曝氣池中活性污泥的活性狀態與反應過程，分析去除有機物的內在規律和控制反應進程，從而達到最理想的處理效果。

參考文獻：

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　　收稿日期：2002-03-16