兼氧—好氧染料废水处理系统中酶活性的研究

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染料废水作为主要的水体污染源之一,其处理方法以生化法为主。在废水生物处理过程中,有机污染物是由微生物胞内酶和胞外酶的共同作用得以降解,而酶的活性直接反映了微生物活性,因此研究废水处理系统中微生物酶的活性及其作用对于深入生化反应系统机理,提高废水处理效率等有着十分重要的意义。本课题选取胞内酶(脱氢酶)和胞外酶(脂肪酶、酯酶)作为研究对象,对兼氧-好氧染料废水生物处理系统中上述酶的活性大小和分布,酶的作用特性,环境因素对酶活性大小的影响以及酶的活性与出水水质的关系进行了研究。对各待测酶的活性大小和分布试验表明,兼氧和好氧池中脱氢酶的平均活性分别为1.245μmol/(g·h)和0.118μmol/(g·h);兼氧池中脂肪酶的活性较大,平均活性达0.136μmol/(g·h),而好氧池中的活性只有兼氧池的一半;酯酶在兼氧和好氧池中的平均活性分别达0.482μmol/(g·h)和0.408μmol/(g·h)。脱氢酶作为一种胞内酶,在出水水样中仍能检测到0.8%~1.7%的活性存在。71.5%~73.1%的脂肪酶和74.5%~77.1%的酯酶分布在生物膜或活性污泥中,这表明绝大多数脂肪酶和酯酶是与细胞相连或固定在细胞外多聚絮体基质中。通过对酶的作用特性研究得到,染料浓度为0~2000mg/L时,待测酶活性随染料浓度的增加而先升高后下降,兼氧池中酶活性达到最大时,反应池内染料浓度小于好氧池中的染料浓度。抑制剂PMSF对兼氧池中各酶活性的抑制效果明显,0.10mmol/L的PMSF对兼氧池中酶活性的抑制率达28.6%~59.4%,而对好氧池中各酶的抑制作用较小,仅为6.3%~13.8%。较低浓度(0~0.4mmol/L)的EDTA和ZnCl2提高了兼氧池脱氢酶的活性,而对脂肪酶和酯酶的活性起抑制作用。在超声功率为0~600W时,超声波抑制了脱氢酶的活性,而脂肪酶和酯酶的活性先增加后降低;20min的超声波处理有利于提高系统中脂肪酶的活性,却对脱氢酶和酯酶的活性起抑制作用。环境因素对酶活性大小的影响分析表明,脱氢酶、脂肪酶和酯酶在60℃有最高酶活性,偏碱性条件(pH=8~9)有利于酶促反应的进行,酶活性随底物浓度的增加而增大。处理系统中待测酶有最大活性的条件为:温度为60℃,底物浓度为50μmol/L,pH值为8,在优化条件下待测酶活性可达常规作用条件的1.58~6.44倍。影响待测酶活性的主要因素是温度和底物浓度,pH值的影响最小。由此得出控制相关作用条件可最大限度地发挥酶的作用性能,提高微生物活性。对各待测酶活性与出水水质的关系研究发现,系统正常运行时,兼氧、好氧各阶段的处理水质稳定,COD去除率分别为78.4%和79.2%,色度去除率分别为81.9%和70.3%,处理系统中总COD和色度去除率分别达95.5%和96.1%;兼氧条件下对COD和色度的去除作用分别为好氧条件下的7.8和4.6倍。待测酶的活性与COD和色度的去除率之间存在较好的相关性(0.7672~0.9292),可考虑选用酶的活性作为处理系统处理效率的评价指标之一。
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