磺胺嘧啶對(duì)SBR生物除磷的影響

湯婧瑤　王姝　胡方　余思澤　崔萌萌　梁越敢

摘要 該研究利用SBR反應(yīng)器探討磺胺嘧啶對(duì)生物除磷系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明，磺胺嘧啶減少厭氧釋磷量和好氧吸磷量，降低系統(tǒng)除磷效率;高濃度磺胺嘧啶（20 mg/L）降低微生物增殖和活性污泥沉降性能;另外，磺胺嘧啶提高活性污泥的胞外聚合物（EPS）總量和脫氫酶活性，改變PPX和PPK酶的活性。該研究結(jié)果可為含抗生素廢水的生物處理系統(tǒng)的操作運(yùn)行提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 磺胺嘧啶;除磷效率;胞外聚合物;酶活性

中圖分類號(hào) X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）13-0078-03

Abstract In this study， effect of sulfadiazine on biological phosphorus removal was investigated in a sequencing batch reactor.The results showed that sulfadiazine reduced the amount of anaerobic phosphorus release and aerobic phosphorus uptake， and phosphorus removal efficiency.A decrease in microbial reproduction and settling property of activated sludge was observed at a high content of sulfadiazine （over 20 mg/L）.Besides， sulfadiazine increased the amount of extracellular polymeric substances and dehydrogenase activity， and changed the activities of PPX and PPK.These findings obtained might provide a promising method for treatment of containing antibiotics wastewater.

Key words Sulfadiazine;Phosphorus removal efficiency;Extracellular polymeric substances;Enzyme activity

磺胺類藥物被廣泛應(yīng)用到臨床、畜牧業(yè)和水樣養(yǎng)殖業(yè)中，磺胺類藥物使用后大部分以原型或代謝物的形式進(jìn)入水體環(huán)境[1]，未利用的抗生素排放到污水中最終進(jìn)入城市污水處理廠。目前污水除磷廣泛采用生物除磷方法，利用聚磷菌的厭氧釋磷-好氧過(guò)量吸收磷的能力去除污水中溶解性磷[2]。在厭氧釋磷階段，聚磷菌（PAO）釋放磷;而在好氧吸磷階段，PAO過(guò)量吸收水體中的磷酸鹽，通過(guò)排放富含磷酸鹽的污泥，實(shí)現(xiàn)水體生物除磷目的[3-4]?？股剡M(jìn)入城市污水處理系統(tǒng)中會(huì)對(duì)活性污泥系統(tǒng)產(chǎn)生影響。李娟英等[5]研究了磺胺和四環(huán)素類抗生素對(duì)活性污泥的影響，發(fā)現(xiàn)抗生素對(duì)活性污泥沉降性能、胞外聚合物（EPS）、脫氫酶活性產(chǎn)生一系列負(fù)面影響。胡哲太等[6]發(fā)現(xiàn)高濃度紅霉素、土霉素均能對(duì)生物除磷系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用。目前系統(tǒng)研究磺胺嘧啶抗生素對(duì)生物除磷影響的報(bào)道較少。筆者擬通過(guò)添加不同濃度的磺胺嘧啶，研究磺胺嘧啶對(duì)生物除磷系統(tǒng)的影響，以期為磺胺嘧啶廢水的治理提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水及活性污泥 活性污泥取自安徽合肥望塘污水處理廠氧化溝的混合液，濃縮沉淀后作為接種污泥。人工模擬生活污水水質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量如下：葡萄糖169 mg/L，蛋白胨169 mg/L，氯化鈉63 mg/L，硫酸銨63 mg/L，K2HPO4 44 mg/L，KH2PO4 94 mg/L，MgSO4·7H2O 94 mg/L，CaCl2·2H2O 31 mg/L，F(xiàn)eSO4·2H2O 2.2 mg/L，烯丙基硫脲7.2 ?mg/L，微量元素0.6 ?mg/L。微量元素儲(chǔ)備液成分配比參考文獻(xiàn)[7]。

1.2 試驗(yàn)操作 試驗(yàn)所用反應(yīng)器為SBR反應(yīng)器，氣源采用KL-1型曝氣機(jī)，以黏土砂塊為微孔曝氣頭，并配有DO、pH和攪拌裝置，通過(guò)計(jì)時(shí)控制器控制攪拌、曝氣和泵的開(kāi)關(guān)。反應(yīng)器有效容積1 L，排水比1∶1，于培養(yǎng)箱中保持溫度20 ℃，每天運(yùn)行3個(gè)周期，每周期8 h（進(jìn)水厭氧攪拌2 h、好氧曝氣4 h和靜置2 h），污泥齡維持10 d左右。通過(guò)設(shè)置4個(gè)試驗(yàn)組研究磺胺嘧啶對(duì)SBR系統(tǒng)的影響，4組磺胺嘧啶的濃度分別為0、5、10和20 mg/L，記為R0～R3。

1.3 分析方法 COD、總磷、活性污泥MLSS和SV30的測(cè)定采用標(biāo)準(zhǔn)方法[8];活性污泥的EPS通過(guò)熱提取法提取，提取液中蛋白質(zhì)和多糖分別采用Folin-酚試劑法和硫酸-苯酚法測(cè)定[9];活性污泥的脫氫酶活性采用氯化三苯基氮唑（TTC）法[10]，PPX、PPK活性的測(cè)定參考文獻(xiàn)[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 磺胺嘧啶對(duì)生物除磷的影響 圖1為磺胺嘧啶對(duì)SBR系統(tǒng)除磷過(guò)程的影響。在試驗(yàn)前5 d，不同濃度磺胺嘧啶對(duì)出水磷濃度均無(wú)顯著影響，除磷效率均達(dá)95%，表明磺胺嘧啶對(duì)SBR系統(tǒng)除磷效率的沖擊較小;試驗(yàn)后期（5～18 d），R2、R3組出水磷濃度均顯著高于R0、R1組，R2、R3組除磷效率比空白組（R0）降低了9%和18%，表明高濃度磺胺嘧啶（10、20 mg/L）在試驗(yàn)后期顯著抑制除磷作用。

表1為典型周期（3、6、16 d）內(nèi)磺胺嘧啶對(duì)系統(tǒng)釋磷量和吸磷量的影響?；前粪奏ぴ黾酉到y(tǒng)內(nèi)厭氧釋磷量和好氧吸磷量，其中R2組（10 mg/L）釋磷量、吸磷量高于其他試驗(yàn)組，表明磺胺嘧啶增加系統(tǒng)厭氧釋磷、好氧吸磷的速率。

2.2 磺胺嘧啶對(duì)除磷污泥性狀的影響 圖2為不同濃度磺胺嘧啶對(duì)活性污泥特性的影響。在試驗(yàn)過(guò)程中，4個(gè)試驗(yàn)組反應(yīng)器活性污泥濃度整體呈下降的趨勢(shì)。在試驗(yàn)前期，R3組反應(yīng)器污泥濃度顯著低于其他試驗(yàn)組，污泥濃度最低為2 100 mg/L;在試驗(yàn)中后期，4組反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度無(wú)顯著差異?；前粪奏つ茱@著降低R1、R2、R3組的沉降性能，其中R2、R3組顯著低于其他試驗(yàn)組。

2.3 磺胺嘧啶對(duì)除磷污泥EPS的影響 胞外聚合物（EPS）能形成保護(hù)層和營(yíng)養(yǎng)吸收層抵抗有害的外界環(huán)境，蛋白質(zhì)和多糖為EPS主要組成部分，占總量的70%～80%[12]。圖3為典型周期內(nèi)磺胺嘧啶對(duì)生物除磷污泥EPS的影響?；前粪奏ぴ囼?yàn)組多糖含量均高于空白組，但無(wú)顯著差異。高濃度磺胺嘧啶（20 mg/L）比空白組多糖含量增加5.6%;磺胺嘧啶能顯著增加EPS中蛋白質(zhì)含量，高濃度抗生素組（R2、R3）比空白組增加33.2%和47.2%?？赡苁腔前粪奏ぷ鳛橛卸疚镔|(zhì)，進(jìn)入系統(tǒng)后刺激活性污泥微生物分泌EPS來(lái)抵御有毒物質(zhì)的侵害[13]。李娟英等[5]研究也發(fā)現(xiàn)抗生素類污染物增加活性污泥EPS中的蛋白質(zhì)和多糖含量，這與該研究結(jié)果一致。

2.4 磺胺嘧啶對(duì)生物除磷酶活性的影響 生物除磷過(guò)程需要關(guān)鍵酶調(diào)控，其中與生物厭氧釋磷密切相關(guān)的為外切聚磷酸鹽水解酶（PPX），而與PAO好氧吸磷密切相關(guān)的為聚磷酸鹽激酶（PPK）;活性污泥脫氫酶活性直接影響生物除磷系統(tǒng)中有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化[14]。

圖4為磺胺嘧啶對(duì)生物除磷酶活性的影響，隨著抗生素濃度增加，PPX酶活性呈先下降后上升的趨勢(shì)，R3組的PPX酶活性顯著高于其他試驗(yàn)組;磺胺嘧啶對(duì)PPK酶活性有一定影響，R3組的PPK酶活性高于其他試驗(yàn)組。磺胺嘧啶對(duì)系統(tǒng)內(nèi)PPX酶活性影響較小，可能是磺胺類抗生素難溶于水，其生物有效濃度低，導(dǎo)致對(duì)微生物抑制效應(yīng)弱[15]。另外，脫氫酶活性隨著抗生素濃度增加呈逐漸上升的趨勢(shì)，R2、R3組脫氫酶活性顯著高于空白組，該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果相反[16]?；前奉惪股氐淖饔脵C(jī)制是干擾細(xì)菌的葉酸代謝，有些微生物可以不用自身合成葉酸，磺胺類抗生素對(duì)其影響效果減弱[16]，這可能是磺胺嘧啶對(duì)脫氫酶活性無(wú)抑制的原因之一。

3 結(jié)論

低濃度磺胺嘧啶對(duì)污水SBR系統(tǒng)影響不明顯，高濃度磺胺嘧啶影響試驗(yàn)中后期的厭氧釋磷和好氧吸磷量，降低生物除磷效率。高濃度磺胺嘧啶能降低污泥濃度和污泥沉降性能?；前粪奏ぬ岣呦到y(tǒng)污泥中EPS中蛋白質(zhì)含量，增加EPS總量。另外，磺胺嘧啶增加活性污泥中脫氫酶活性，改變PPX、PPK酶的活性。

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