腐殖SBR工藝中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的研究

于潤(rùn)，趙可

腐殖SBR工藝中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的研究

于潤(rùn)，趙可

（吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

為考察腐殖生態(tài)基填料對(duì)活性污泥中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的影響，在常溫下將內(nèi)置和外置腐殖生態(tài)基填料的SBR工藝（HS-SBR）與傳統(tǒng)SBR工藝（cSBR）進(jìn)行對(duì)比研究，探討不同反應(yīng)器中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性變化規(guī)律，以期從酶學(xué)角度為腐殖生態(tài)基的推廣和使用提供更多的理論基礎(chǔ)。研究表明：內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)β-葡萄糖苷酶的活性在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中均高于cSBR反應(yīng)器，其中內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器中β-葡萄糖苷酶在運(yùn)行過(guò)程中的平均活性分別比cSBR反應(yīng)器高出2.58%和7.08%；內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)脂肪酶的活性在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中均高于cSBR反應(yīng)器，其中內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器中脂肪酶在運(yùn)行過(guò)程中的平均活性分別比cSBR反應(yīng)器高出23.22%和32.79%?？傮w來(lái)看，添加腐殖生態(tài)基可以提高活性污泥中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶的活性，且外置腐殖生態(tài)基填料的方式對(duì)β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的強(qiáng)化作用更為明顯。

β-葡萄糖苷酶； 脂肪酶； SBR； 腐殖生態(tài)基

城市污水中存在的大分子有機(jī)物（如多糖、蛋白質(zhì)和脂肪等）會(huì)被細(xì)菌的細(xì)胞膜阻隔而無(wú)法進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部[1]，被胞外水解酶分解為分子量低于1 000的小分子物質(zhì)后才能通過(guò)細(xì)胞膜被細(xì)胞吸收分解去除[2]，可見(jiàn)胞外水解酶在微生物降解水中有機(jī)污染物的過(guò)程中具有重要作用，同時(shí)胞外水解酶的活性也可以更深層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兩種胞外水解酶分別對(duì)水中的多糖和脂肪類(lèi)有機(jī)物的去除有重要作用[4-5]。筆者將內(nèi)置、外置腐殖生態(tài)基SBR與傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，考察三組反應(yīng)器中活性污泥的β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的變化情況，從酶學(xué)角度為腐殖生態(tài)基的推廣和使用提供更多的理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)水質(zhì)與試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)原水采用葡聚糖等藥品人工配置。試驗(yàn)設(shè)置三組平行裝置：（1）傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器（cSBR），（2）內(nèi)置腐殖生態(tài)基的SBR反應(yīng)器（內(nèi)置HS-SBR），（3）在cSBR工藝基礎(chǔ)上另外增設(shè)腐殖生態(tài)基反應(yīng)器的SBR工藝（外置HS-SBR），如圖1所示。SBR反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑為20 cm，高為50 cm，有效容積為13 L。反應(yīng)器中配有磁力攪拌器，在非曝氣狀態(tài)時(shí)可以將溶液混合均勻。外置腐殖生態(tài)基反應(yīng)器的內(nèi)徑為10 cm，高為40 cm，有效容積為2.5 L。各反應(yīng)器底部設(shè)有多孔石曝氣頭用于微孔鼓風(fēng)曝氣。

1-溫度計(jì)；2-壓縮空氣；3-多孔石曝氣頭；4-排泥管；5-攪拌器；6-排水口；7-腐殖土；8-輕石

活性污泥取自長(zhǎng)春市某污水廠曝氣池，將污泥接種到各SBR反應(yīng)器中使MLSS保持在4 000 mg/L左右。各反應(yīng)器進(jìn) 水質(zhì)相同，溫度均保持在25 ℃左右，每周期運(yùn)行10 h（曝氣6 h；攪拌2 h；靜沉2 h）。腐殖生態(tài)基反應(yīng)器中MLSS保持在8 000 mg/L左右，每周期運(yùn)行24 h（曝氣12 h；靜沉12 h）。每周期運(yùn)行前分別從SBR反應(yīng)器和腐殖生態(tài)基反應(yīng)器中取出相同體積的污泥進(jìn)行互換，然后開(kāi)始運(yùn)行新的周期，同時(shí)cSBR和內(nèi)置HS-SBR也開(kāi)始運(yùn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的測(cè)定方法均為紫外分光光度法。待測(cè)樣品的酶活性的測(cè)定：從反應(yīng)器中取5.0 mL泥水混合液到離心管中，加入1 mL 500 μmol/L的酶作用底物（PNPG或P-NPP），混勻后加蓋密封；在37 ℃下恒溫避光振蕩培養(yǎng)4 h；取出后加入6 mL 0.1 mol/L的終止反應(yīng)物（NaOH或96%乙醇），并在6 000 r/min下離心10 min；取出上清液，在405 nm波長(zhǎng)處中測(cè)吸光度?？刂茦悠返拿富钚缘臏y(cè)定：取5.0 mL泥水混合液于離心管中，加入終止反應(yīng)物后直接離心；取上清液加入1 mL底物溶液后測(cè)吸光度。酶活性大小為待測(cè)樣品與控制樣品吸光度的差值乘以校準(zhǔn)系數(shù)除以培養(yǎng)時(shí)間除以MLSS。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 β-葡萄糖苷酶活性比較

圖2 三組反應(yīng)器中β-葡萄糖苷酶活性的變化情況

cSBR、內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中β-葡萄糖苷酶（GLC）活性變化情況如圖2所示。由圖可知，在整個(gè)運(yùn)行期間，三組反應(yīng)器中GLC活性在運(yùn)行過(guò)程中均呈現(xiàn)為先升高后下降的變化趨勢(shì)，并且內(nèi)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。三組反應(yīng)器中GLC活性在0~6 h內(nèi)即曝氣階段時(shí)均呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，cSBR中GLC活性從初始值48.09μmol/（g MLSS·h）增長(zhǎng)到51.20 μmol/（g MLSS·h），內(nèi)置HS-SBR中GLC活性從初始值50.48 μmol/（g MLSS·h）增長(zhǎng)到52.94 μmol/（g MLSS·h），外置HS-SBR中GLC活性從初始值51.20 μmol/（g MLSS·h）增長(zhǎng)到 54.47 μmol/（g MLSS·h），其中外置HS-SBR中GLC活性最高。在曝氣階段，反應(yīng)器內(nèi)多糖等有機(jī)物被大量分解，同時(shí)微生物會(huì)不斷獲得能量促使細(xì)胞分泌GLC，所以GLC活性不斷升高。三組反應(yīng)器中GLC活性在6 h轉(zhuǎn)入攪拌階段后均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，到反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)束時(shí)，cSBR中GLC活性降到了48.65 μmol/（g MLSS·h），內(nèi)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活性減小的最少。在攪拌階段，水中可利用碳源大量減少，GLC的產(chǎn)生受低濃度的碳?xì)浠衔镉绊懚鴾p少，所以GLC活性受到抑制逐漸減小。cSBR、內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中GLC在運(yùn)行過(guò)程中9個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平均活性分別為49.79μmol/（g MLSS·h）、51.08 μmol/（g MLSS·h）和53.31 μmol/（g MLSS·h），其中內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中GLC的平均活性分別比cSBR高出2.58%和7.08%?？傮w來(lái)看，腐殖生態(tài)基填料對(duì)活性污泥中GLC活性有強(qiáng)化作用，且外置腐殖生態(tài)基填料的方式更有利于活性污泥中GLC的活性。

2.2 脂肪酶活性比較

圖3 三組反應(yīng)器中脂肪酶活性的變化情況

cSBR、內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中脂肪酶（LIP）活性變化情況如圖3所示。由圖可知，在整個(gè)運(yùn)行期間，三組反應(yīng)器中LIP活性在運(yùn)行過(guò)程中均呈現(xiàn)為升高、下降交替的變化趨勢(shì)，并且內(nèi)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、內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP的初始活性分別為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）為外置HS-SBR中LIP活性的最低值。曝氣開(kāi)始前2 h內(nèi)，三組反應(yīng)器中LIP活性呈現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)且在2 h時(shí)達(dá)到最大值，cSBR、內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP活性的最大值分別為29.37 μmol/（g MLSS·h）、31.11 μmol/（g MLSS·h）和37.15 μmol/（g MLSS·h）。在反應(yīng)器運(yùn)行的前2 h內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)脂肪類(lèi)等有機(jī)物被大量分解，同時(shí)微生物會(huì)不斷獲得能量促使細(xì)胞分泌LIP，所以LIP活性不斷升高。2 h后，三組反應(yīng)器中LIP活性均呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢(shì)，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)器內(nèi)從2 h時(shí)開(kāi)始進(jìn)行硝化反應(yīng)，NO2-和NO3-的濃度不斷增大對(duì)LIP的活性產(chǎn)生抑制作用。cSBR中LIP活性在5 h時(shí)降到最小值為29.37μmol/（g MLSS·h），內(nèi)置HS-SBR中LIP活性在4 h時(shí)降到最小值為22.18 μmol/（g MLSS·h），外置HS-SBR中LIP活性在5 h下降到了一個(gè)極小值為25.75 μmol/（g MLSS·h）。此后，三組反應(yīng)器中LIP活性變化均不相同，但cSBR中LIP活性再次出現(xiàn)特征點(diǎn)的時(shí)間均比內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR遲，這是因?yàn)楦成鷳B(tài)基填料可以提高活性污泥中微生物的新陳代謝速率，進(jìn)而提高了LIP的活性。cSBR、內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP在運(yùn)行過(guò)程中九個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平均活性分別為20.55 μmol/（g MLSS·h）、25.32 μmol/（g MLSS·h）和 27.28 μmol/（g MLSS·h），其中內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP的平均活性分別比cSBR高出23.22%和32.79%?？傮w來(lái)看，添加腐殖生態(tài)基填料對(duì)活性污泥的LIP活性具有一定促進(jìn)強(qiáng)化作用，且外置腐殖生態(tài)基填料的方式更有利于提高活性污泥中LIP的活性。

3 結(jié) 論

（1）內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)β-葡萄糖苷酶的活性均高于cSBR反應(yīng)器，其中外置HS-SBR中GLC活性最高。內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中GLC在運(yùn)行過(guò)程中的平均活性分別比cSBR高出2.58%和7.08%。表明添加腐殖生態(tài)基填料對(duì)活性污泥的β-葡萄糖苷酶活性具有一定促進(jìn)強(qiáng)化作用，且外置腐殖生態(tài)基填料的方式對(duì)β-葡萄糖苷酶活性的強(qiáng)化作用更為明顯。

（2）內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)脂肪酶的活性均高于cSBR反應(yīng)器，且內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)脂肪酶活性出現(xiàn)某些特征點(diǎn)的時(shí)間也早于cSBR反應(yīng)器，其中外置HS-SBR中LIP活性最高。內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP在運(yùn)行過(guò)程中的平均活性分別比cSBR高出23.22%和32.79%。表明添加腐殖生態(tài)基填料對(duì)活性污泥的脂肪酶活性具有一定促進(jìn)強(qiáng)化作用，且外置腐殖生態(tài)基填料的方式對(duì)脂肪酶活性的強(qiáng)化作用更為明顯。

［1］崔成武. 活性污泥水解技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 給水排水, 2009, 35（4）: 25-29.

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

,

（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

高性能復(fù)合水處理材料的研制與產(chǎn)業(yè)化（吉林省省級(jí)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目），項(xiàng)目號(hào)：2018C044-4。

2019-12-29

于潤(rùn)（1994-），女，碩士，吉林省松原市人，現(xiàn)就讀于吉林建筑大學(xué)，研究方向：腐殖生態(tài)基SBR處理系統(tǒng)中酶活性方面的研究。

X703

A

1004-0935（2020）01-0033-03