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摘要：
分别采用葡萄糖和苯酚为基质培养微生物细胞，模拟生活污水和工业废水的生物处理过程.此时的细胞生长动力学可以用Monod模型描述.当加入吡啶溶液时，微生物细胞的生长都受到了一定程度的抑制，它們的动力学则表现为受抑制的Aiba模型.此时，最大比生长速率（μmax）分别降低了34%和25%.而对含有吡啶的溶液进行紫外光催化之后，对微生物细胞的抑制可以得到很大的缓解，其生长动力学又恢复到无抑制的Monod模型.以葡萄糖为培养基质时，微生物细胞的比生长速率可以恢复到原来的81%；而以苯酚为基质培养时，最大比生长速率则比原来高38%.
关键词：
微生物细胞培养； 光催化； 生物抑制； 动力学
中图分类号： X 131.2文献标志码： A文章编号： 1000-5137（2017）04-0475-08
Abstract：
Glucose and phenol as culture medium were respectively simulated multiple and industrial wastewater for culture of microbial cell，for which its kinetics could be described by Monod model.The microorganism growth was obviously inhibited once pyridine was put into the solution of glucose and pyridine and then their kinetics showed Aiba model.Correspondingly，their maximum specific growth rates （μmax） were respectively decreased by 34% and 25%.When the pyridine was photo-catalyzed before addition of the solution，the kinetics of microorganism growth were again Monod model，during which the maximum specific growth rates （μmax） reached at 81% for glucose，and especially the maximum specific growth rates （μmax） were higher by 38% for the phenol as the medium，compared with the pyridine without photocatalysis.
Key words：
culture of microbial cell； photocatalysis； biological inhibition； kinetics
0前言
在各种污废水处理技术中，生物处理法普遍被人们所采用[1-6].其主要原因就是经济实用，同时还具有操作简便等一系列优点.而在污废水处理的很多场合下，活性污泥法是人们采用的最多的生物处理方法之一[7-12].该方法已有百年的历史[13]，在人们的心目中被视为可靠的水处理方法[14].传统的生活污水或工业废水的活性污泥处理系统，通常是为稳定的进水水质而设计的，并且在长期的运行过程中，已形成了稳定的微生物群落分布，但这一稳定的微生物群落往往没有应对水质突然变化的能力.随着经济的高速发展，新的化学药品层出不穷，无论是生活污水还是工业废水处理系统，都会面临突发事件的威胁.例如由于意外事故或是管理落后，含有难降解的工业污染物会突然排放到常规的水处理系统.而传统的水处理系统中一旦有难降解有机污染物的排入，会对活性污泥系统产生冲击，严重的会导致活性污泥处理系统失效.
在这些难降解的有机污染物中，吡啶（C5H5N）是一个代表.吡啶是重要的有机溶剂和精细化工原料，广泛应用于合成橡胶、染料、医药、农药等领域[15].吡啶具有恶臭和一定的毒性，对神经有致毒作用，对眼角膜有损害[16].吡啶不仅是一类典型的难降解含氮杂环化合物，还对微生物呈现强烈的抑制作用.因此一旦含有吡啶或类似化合物的工业废水排放到正常的生活污水或其他工业废水处理系统中，很容易导致活性污泥中微生物群落发生改变或者处理效率下降，进而产生水处理事故.因此如何在正常的生活污水或工业废水处理程序中，对突发事件进行干预，似乎应成为污水处理单元所应具备的一种应急措施和手段.
对于含有吡啶废水的处理，已有很多报道.鉴于吡啶的生物难降解性质，各种物理、化学的方法被人们所采用[17]，并被用来作为生物处理之前的预处理.人们试图通过这些物理或化学的方法减缓吡啶对正常微生物的抑制，同时提高吡啶的生物降解效率[18].
在本研究中，分别以葡萄糖和苯酚作为主要基质培养适宜的活性污泥体系，以模拟生活和工业污水处理过程.然后在此基础上，加入吡啶以考察常规的生活污水或工业废水处理系统中的微生物在突遇难降解有机物之后的微生物生长情况.再在此基础，采用紫外光辐射的方法，对吡啶进行处理，以缓解其对微生物的抑制，从而为常规的废水和污水处理过程中，偶遇突发事件提供一种有效的预防措施.在此研究过程中，还着重探讨吡啶在紫外光辐射下降解规律，以探讨紫外辐射缓解吡啶对微生物抑制的机理，从生物动力学的角度定量描述吡啶经过紫外光辐射前后的动力学变化，为实际污废水的处理提供理论依据.
1材料与方法
1.1溶液的配制
实验所用葡萄糖、苯酚、吡啶和其他相关药品均为分析纯，购自上海国药集团.溶液配制时，先将配制质量浓度为5 g/L的葡萄糖、苯酚和吡啶溶液作为母液，在生物降解时，根据实验设计用自来水稀释后配制成所需质量浓度的溶液. 1.2TiO2光催化薄膜板的制备
溶胶的制备：以钛酸四正丁酯与乙醇以1∶4的体积比均匀混合，在35 ℃水浴条件下，将适量硝酸溶液在快速搅拌下缓慢滴入已配好的混合液中，直至pH=3为止，在室温的条件下慢速攪拌1 h制成TiO2溶胶.
薄膜的制备：将洗净的毛玻璃在超声作用下（59 kHz）通过浸渍提拉法涂膜，提拉完备后，将载体置于马弗炉内，升温至500 ℃并保温1 h后随炉冷却，如此重复8次，即得所需的锐钛矿晶型二氧化钛光催化薄膜板.
1.3吡啶溶液的光催化
光催化反应装置主要由暗箱、4根紫外灯管（8 W，λ=254 nm）、磁力搅拌器（800 r/min）、转子、表面皿（有效体积50 mL）和二氧化钛光催化板组成.将光催化板置于表面皿中，在表面皿中添加50 mL水样，并且运用磁力搅拌器和转子使表面皿中的水样进行均匀的内循环推动，同时开启紫外灯对其进行光催化.表面皿中的水样水面距离紫外灯4 cm，距光催化板0.5 cm.对吡啶的光催化时间为30 min.
1.4降解菌的驯化培养
所用污泥取自龙华污水处理厂A/O池缺氧段，取其上清液，经过滤后将170 mL上清液倒入摇瓶中.
葡萄糖降解菌的培养：在500 mL的摇瓶中，加入20 mL营养液、10 mL缓冲溶液、1 mL微量元素溶液和自来水170 mL，再加入0.1 g葡萄糖.随后将摇瓶至于摇床中培养（160 r/min，35 ℃）.在培养过程中，监测OD600值.在OD600值有明显的上升，溶液呈乳浊液后，即葡萄糖菌液培养完成后开始实验.葡萄糖降解菌培养周期约2 d.
苯酚降解菌的驯化培养：在摇瓶中加入5～200 mg/L苯酚，20 mL营养液，10 mL缓冲溶液，1 mL微量元素溶液，随后将摇瓶至于摇床中（160 r/min，35 ℃） 培养.在培养过程中，监测苯酚质量浓度、OD600值.在OD600值有明显的上升并且苯酚24 h降解率达到80%后，即苯酚菌液培养完成，开始实验.苯酚降解菌培养驯化周期约1个月.
微生物生长所用营养液含有（g/L）：Na2HPO4 4.26、KH2PO4 2.65、MgSO4·7H2O 0.2、CaCl2 0.02、MnSO4·7H2O 0.002.
微生物生长所用微量元素溶液含有（g/L）：FeCl2·4H2O 1.5、NiCl2·6H2O 0.024、CoCl2·6H2O 0.19、CuCl2·2H2O 0.002、MnSO4·7H2O 0.1、Na2MoO4·2H2O 0.024、ZnCl2 0.07、H3BO3 0.006.
微生物生长所用缓冲溶液溶液含有（g/L）：KH2PO4 8.5、K2HPO4 21.75、Na2HPO4·7H2O 33.4、NH4Cl 1.7.
1.5微生物生长配水
实验以不同质量浓度的葡萄糖+吡啶、苯酚+吡啶为碳源（质量浓度比为5∶1），进行摇瓶实验.葡萄糖质量浓度及苯酚质量浓度分别为25、50、100、150、200、250、300 mg/L，吡啶质量浓度分别为5、10、20、30、40、50、60 mg/L.
在摇瓶中加入170 mL配水、葡萄糖和苯酚培养的菌液（10 mL）、20 mL营养液、10 mL缓冲溶液、1 mL微量元素溶液，随后将摇瓶至于摇床中（160 r/min，35 ℃）进行恒温好氧培养.分析其进出水的OD600值.
1.6分析方法
OD采用紫外-可见光分光光度计SHIMADZU UV-2550（波长为600 nm）测定.
2结果与讨论
2.1葡萄糖为基质时微生物的生长
每间隔一定时间，测试培养液的OD值，然后根据微生物细胞质量浓度与吸光度之间的关系，求解出细胞质量浓度.图1所示是采用葡萄糖为基质时，进行24 h摇瓶培养微生物细胞生长的情况，初始葡萄糖质量浓度分别为25、50、100、150、200、250、300 mg/L.其中图1（a）是单独葡萄糖为基质，图1（b）则是在图1（a）的基础上以质量浓度比为5∶1加入吡啶，吡啶质量浓度分别为5、10、20、30、40、50、60 mg/L.比较图1（a）和（b）可以看出，单独葡萄糖的对数生长期出现在反应开始后的第6小时，而加入吡啶后，其对数生长期出现时间延长，变为8 h.这从一方面说明了，吡啶的加入对葡萄糖降解菌产生了抑制，阻止了葡萄糖降解菌利用葡萄糖作为菌生长所需的能量.其次，图1（a）中24 h生物生长量几乎是图1（b）24 h生物生长量的2倍.这从另一方面也反映出，吡啶的加入不仅影响了微生物生长对数期出现的时间，也影响了微生物利用葡萄糖作为碳源供生长的能力.
在上述实验的基础上，同样比例的吡啶溶液先进行30 min的光催化之后再加入到葡萄糖溶液中，进行微生物细胞的培养，如图1（c）.此时，对数生长期仍然从8 h开始.但最大细胞生长量要高于图1（b）.这表明，对吡啶进行光催化之后，由于吡啶会生成一些有利于微生物生长的中间产物[19]，使得细胞生长量又有所增加.
2.2苯酚为基质时微生物的生长
同样根据苯酚为培养基时吸光度与细胞质量浓度之间的关系，确定细胞质量浓度.图2是以苯酚作为主要碳源，进行24 h微生物细胞培养的情况.图2（a）表示单独以苯酚培养基质时培养的情况，苯酚的初始质量浓度分别为25、50、100、150、200、250、300 mg/L.经过24 h摇瓶培养，其生物量生长的情况.图2（b）则是在图2（a）的基础上以苯酚质量浓度的1/5加入吡啶的情况.此时的初始吡啶质量浓度分别为5、10、20、30、40、50、60 mg/L.比较图2（a）和（b）可以看出，由于吡啶的加入，微生物细胞的对数生长期明显延迟.同理，吡啶加入后微生物细胞的最大生长量明显低于直接用苯酚作为基质时的细胞增长量.这也表明了吡啶的加入抑制了微生物对苯酚的利用.图2（c）则是对吡啶进行光催化之后再加入到苯酚溶液中去，进行24 h细胞培养的情况.与葡萄糖为基质进行细胞培养时一样，对吡啶进行紫外光催化之后，微生物细胞的生长量又有所增加. 比较图1和图2可以看出，吡啶的加入会延迟微生物细胞对数生长期的出现时间.但以苯酚为主要基质时，微生物细胞的最大生长量明显小于以葡萄糖为基质时的细胞生长量.这是因为葡萄糖是一种极易被微生物利用的有机物，所以吡啶的加入对微生物生长量的影响十分大，而对苯酚的影响则稍微小一些.
2.3细胞生长动力学
分别以微生物细胞在对数生长期内的生长量除以所用的时间，求得微生物细胞的生长速率，再除以此期间的平均细胞质量浓度得到微生物细胞的比生长速率.图3和图4分别表示了以单独葡萄糖和苯酚为主要基质时，葡萄糖和苯酚初始质量浓度与微生物细胞初始生长速率之间的动力学关系.当直接以葡萄糖和苯酚为培养基质时，动力学符合Monod模型： 其中：μ 和μmax分别是微生物细胞的比生长速率和最大比生长速率 （h-1）；KS是半最大反应速率质量浓度 （mg·L-1）；CS是底物质量浓度（mg·L-1）.
当在葡萄糖和苯酚中按照质量浓度比为1∶5的比例加入吡啶之后，它们的动力学关系表现为抑制性动力学关系，此时可以用Aiba模型 描述.其中：KSI为抑制常数（h-1）.但是如果吡啶经过光催化之后再加入的葡萄糖或苯酚溶液之后，它们的动力学又成为无抑制的Monod模型.由此可以看出，经过紫外光催化可以明显地减缓吡啶对微生物细胞生长的抑制作用.
表1是它们的动力学常数.由表1可以看出，单独以葡萄糖和苯酚为培养基质时，最大比生长速率μmax分别为5.9 h-1和0.8 h-1，两者相差达到7倍之多.这表明葡萄糖的可生化性明显高于苯酚.
当按照质量浓度比为1∶5的比例加入吡啶之后，它们的最大比生长速率μmax分别降低到3.9 h-1和0.6 h-1，即分别降低了34%和25%.葡萄糖为主要基质时，降低的幅度要大许多.而对吡啶先进行光催化之后再加入时，它们的最大比生长速率μmax又分别提高到4.8 h-1和1.1 h-1.这是由于直接将吡啶加入到葡萄糖或苯酚溶液时，吡啶对微生物生长的抑制非常明显.而经过光催化之后，由于吡啶在光催化作用下，会生成一些有机酸如琥珀酸等[19-20]，而有机酸是有利于微生物生长的.
有意义的是，当对吡啶进行光催化之后再加入的苯酚溶液时，此时最大比生长速率μmax达到1.1 h-1.甚至超出单独以苯酚为基质时细胞的生长速率达38%.
KS值是衡量微生物細胞对底物亲和性的指标，且KS值与亲和性成反比.由表1可以看出，无论葡萄糖或苯酚为基质培养微生物细胞时，当吡啶加入后，KS值都明显增加，而加入经过光催化之后的吡啶时，KS值都会不同程度地减小.
KSI值表示吡啶加入后对微生物细胞生长速率的一种抑制.由表1可以看出，无论是葡萄糖还是苯酚，它们的抑制常数相同.这说明，吡啶对这两种情况下的抑制机理是相同的.因此可以推测，吡啶开环是缓解吡啶生物抑制性的关键，光催化可以使大部分的吡啶开环，提高了生物对吡啶的利用率.
3结论
分别以葡萄糖和苯酚模拟生活污水和工业废水进行生物处理，通过加入吡啶来模拟实际废水处理过程中突发外来的难降解污染物对正常废水处理过程中微生物活性的抑制情况.研究结果发现，以葡萄糖和苯酚为主要基质进行的微生物细胞培养中，一旦吡啶加入之后，都会对微生物的生长起到一定的抑制作用.但是若对吡啶进行紫外光催化之后，可以明显降低吡啶对微生物的抑制作用.在苯酚为主要基质的生物培养过程中，对吡啶进行紫外光催化后，甚至还可以提高其可生化性.该实验结果对实际污废水的处理具有一定理论指导意义.
参考文献：
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（責任编辑：郁慧）
分别采用葡萄糖和苯酚为基质培养微生物细胞，模拟生活污水和工业废水的生物处理过程.此时的细胞生长动力学可以用Monod模型描述.当加入吡啶溶液时，微生物细胞的生长都受到了一定程度的抑制，它們的动力学则表现为受抑制的Aiba模型.此时，最大比生长速率（μmax）分别降低了34%和25%.而对含有吡啶的溶液进行紫外光催化之后，对微生物细胞的抑制可以得到很大的缓解，其生长动力学又恢复到无抑制的Monod模型.以葡萄糖为培养基质时，微生物细胞的比生长速率可以恢复到原来的81%；而以苯酚为基质培养时，最大比生长速率则比原来高38%.
关键词：
微生物细胞培养； 光催化； 生物抑制； 动力学
中图分类号： X 131.2文献标志码： A文章编号： 1000-5137（2017）04-0475-08
Abstract：
Glucose and phenol as culture medium were respectively simulated multiple and industrial wastewater for culture of microbial cell，for which its kinetics could be described by Monod model.The microorganism growth was obviously inhibited once pyridine was put into the solution of glucose and pyridine and then their kinetics showed Aiba model.Correspondingly，their maximum specific growth rates （μmax） were respectively decreased by 34% and 25%.When the pyridine was photo-catalyzed before addition of the solution，the kinetics of microorganism growth were again Monod model，during which the maximum specific growth rates （μmax） reached at 81% for glucose，and especially the maximum specific growth rates （μmax） were higher by 38% for the phenol as the medium，compared with the pyridine without photocatalysis.
Key words：
culture of microbial cell； photocatalysis； biological inhibition； kinetics
0前言
在各种污废水处理技术中，生物处理法普遍被人们所采用[1-6].其主要原因就是经济实用，同时还具有操作简便等一系列优点.而在污废水处理的很多场合下，活性污泥法是人们采用的最多的生物处理方法之一[7-12].该方法已有百年的历史[13]，在人们的心目中被视为可靠的水处理方法[14].传统的生活污水或工业废水的活性污泥处理系统，通常是为稳定的进水水质而设计的，并且在长期的运行过程中，已形成了稳定的微生物群落分布，但这一稳定的微生物群落往往没有应对水质突然变化的能力.随着经济的高速发展，新的化学药品层出不穷，无论是生活污水还是工业废水处理系统，都会面临突发事件的威胁.例如由于意外事故或是管理落后，含有难降解的工业污染物会突然排放到常规的水处理系统.而传统的水处理系统中一旦有难降解有机污染物的排入，会对活性污泥系统产生冲击，严重的会导致活性污泥处理系统失效.
在这些难降解的有机污染物中，吡啶（C5H5N）是一个代表.吡啶是重要的有机溶剂和精细化工原料，广泛应用于合成橡胶、染料、医药、农药等领域[15].吡啶具有恶臭和一定的毒性，对神经有致毒作用，对眼角膜有损害[16].吡啶不仅是一类典型的难降解含氮杂环化合物，还对微生物呈现强烈的抑制作用.因此一旦含有吡啶或类似化合物的工业废水排放到正常的生活污水或其他工业废水处理系统中，很容易导致活性污泥中微生物群落发生改变或者处理效率下降，进而产生水处理事故.因此如何在正常的生活污水或工业废水处理程序中，对突发事件进行干预，似乎应成为污水处理单元所应具备的一种应急措施和手段.
对于含有吡啶废水的处理，已有很多报道.鉴于吡啶的生物难降解性质，各种物理、化学的方法被人们所采用[17]，并被用来作为生物处理之前的预处理.人们试图通过这些物理或化学的方法减缓吡啶对正常微生物的抑制，同时提高吡啶的生物降解效率[18].
在本研究中，分别以葡萄糖和苯酚作为主要基质培养适宜的活性污泥体系，以模拟生活和工业污水处理过程.然后在此基础上，加入吡啶以考察常规的生活污水或工业废水处理系统中的微生物在突遇难降解有机物之后的微生物生长情况.再在此基础，采用紫外光辐射的方法，对吡啶进行处理，以缓解其对微生物的抑制，从而为常规的废水和污水处理过程中，偶遇突发事件提供一种有效的预防措施.在此研究过程中，还着重探讨吡啶在紫外光辐射下降解规律，以探讨紫外辐射缓解吡啶对微生物抑制的机理，从生物动力学的角度定量描述吡啶经过紫外光辐射前后的动力学变化，为实际污废水的处理提供理论依据.
1材料与方法
1.1溶液的配制
实验所用葡萄糖、苯酚、吡啶和其他相关药品均为分析纯，购自上海国药集团.溶液配制时，先将配制质量浓度为5 g/L的葡萄糖、苯酚和吡啶溶液作为母液，在生物降解时，根据实验设计用自来水稀释后配制成所需质量浓度的溶液. 1.2TiO2光催化薄膜板的制备
溶胶的制备：以钛酸四正丁酯与乙醇以1∶4的体积比均匀混合，在35 ℃水浴条件下，将适量硝酸溶液在快速搅拌下缓慢滴入已配好的混合液中，直至pH=3为止，在室温的条件下慢速攪拌1 h制成TiO2溶胶.
薄膜的制备：将洗净的毛玻璃在超声作用下（59 kHz）通过浸渍提拉法涂膜，提拉完备后，将载体置于马弗炉内，升温至500 ℃并保温1 h后随炉冷却，如此重复8次，即得所需的锐钛矿晶型二氧化钛光催化薄膜板.
1.3吡啶溶液的光催化
光催化反应装置主要由暗箱、4根紫外灯管（8 W，λ=254 nm）、磁力搅拌器（800 r/min）、转子、表面皿（有效体积50 mL）和二氧化钛光催化板组成.将光催化板置于表面皿中，在表面皿中添加50 mL水样，并且运用磁力搅拌器和转子使表面皿中的水样进行均匀的内循环推动，同时开启紫外灯对其进行光催化.表面皿中的水样水面距离紫外灯4 cm，距光催化板0.5 cm.对吡啶的光催化时间为30 min.
1.4降解菌的驯化培养
所用污泥取自龙华污水处理厂A/O池缺氧段，取其上清液，经过滤后将170 mL上清液倒入摇瓶中.
葡萄糖降解菌的培养：在500 mL的摇瓶中，加入20 mL营养液、10 mL缓冲溶液、1 mL微量元素溶液和自来水170 mL，再加入0.1 g葡萄糖.随后将摇瓶至于摇床中培养（160 r/min，35 ℃）.在培养过程中，监测OD600值.在OD600值有明显的上升，溶液呈乳浊液后，即葡萄糖菌液培养完成后开始实验.葡萄糖降解菌培养周期约2 d.
苯酚降解菌的驯化培养：在摇瓶中加入5～200 mg/L苯酚，20 mL营养液，10 mL缓冲溶液，1 mL微量元素溶液，随后将摇瓶至于摇床中（160 r/min，35 ℃） 培养.在培养过程中，监测苯酚质量浓度、OD600值.在OD600值有明显的上升并且苯酚24 h降解率达到80%后，即苯酚菌液培养完成，开始实验.苯酚降解菌培养驯化周期约1个月.
微生物生长所用营养液含有（g/L）：Na2HPO4 4.26、KH2PO4 2.65、MgSO4·7H2O 0.2、CaCl2 0.02、MnSO4·7H2O 0.002.
微生物生长所用微量元素溶液含有（g/L）：FeCl2·4H2O 1.5、NiCl2·6H2O 0.024、CoCl2·6H2O 0.19、CuCl2·2H2O 0.002、MnSO4·7H2O 0.1、Na2MoO4·2H2O 0.024、ZnCl2 0.07、H3BO3 0.006.
微生物生长所用缓冲溶液溶液含有（g/L）：KH2PO4 8.5、K2HPO4 21.75、Na2HPO4·7H2O 33.4、NH4Cl 1.7.
1.5微生物生长配水
实验以不同质量浓度的葡萄糖+吡啶、苯酚+吡啶为碳源（质量浓度比为5∶1），进行摇瓶实验.葡萄糖质量浓度及苯酚质量浓度分别为25、50、100、150、200、250、300 mg/L，吡啶质量浓度分别为5、10、20、30、40、50、60 mg/L.
在摇瓶中加入170 mL配水、葡萄糖和苯酚培养的菌液（10 mL）、20 mL营养液、10 mL缓冲溶液、1 mL微量元素溶液，随后将摇瓶至于摇床中（160 r/min，35 ℃）进行恒温好氧培养.分析其进出水的OD600值.
1.6分析方法
OD采用紫外-可见光分光光度计SHIMADZU UV-2550（波长为600 nm）测定.
2结果与讨论
2.1葡萄糖为基质时微生物的生长
每间隔一定时间，测试培养液的OD值，然后根据微生物细胞质量浓度与吸光度之间的关系，求解出细胞质量浓度.图1所示是采用葡萄糖为基质时，进行24 h摇瓶培养微生物细胞生长的情况，初始葡萄糖质量浓度分别为25、50、100、150、200、250、300 mg/L.其中图1（a）是单独葡萄糖为基质，图1（b）则是在图1（a）的基础上以质量浓度比为5∶1加入吡啶，吡啶质量浓度分别为5、10、20、30、40、50、60 mg/L.比较图1（a）和（b）可以看出，单独葡萄糖的对数生长期出现在反应开始后的第6小时，而加入吡啶后，其对数生长期出现时间延长，变为8 h.这从一方面说明了，吡啶的加入对葡萄糖降解菌产生了抑制，阻止了葡萄糖降解菌利用葡萄糖作为菌生长所需的能量.其次，图1（a）中24 h生物生长量几乎是图1（b）24 h生物生长量的2倍.这从另一方面也反映出，吡啶的加入不仅影响了微生物生长对数期出现的时间，也影响了微生物利用葡萄糖作为碳源供生长的能力.
在上述实验的基础上，同样比例的吡啶溶液先进行30 min的光催化之后再加入到葡萄糖溶液中，进行微生物细胞的培养，如图1（c）.此时，对数生长期仍然从8 h开始.但最大细胞生长量要高于图1（b）.这表明，对吡啶进行光催化之后，由于吡啶会生成一些有利于微生物生长的中间产物[19]，使得细胞生长量又有所增加.
2.2苯酚为基质时微生物的生长
同样根据苯酚为培养基时吸光度与细胞质量浓度之间的关系，确定细胞质量浓度.图2是以苯酚作为主要碳源，进行24 h微生物细胞培养的情况.图2（a）表示单独以苯酚培养基质时培养的情况，苯酚的初始质量浓度分别为25、50、100、150、200、250、300 mg/L.经过24 h摇瓶培养，其生物量生长的情况.图2（b）则是在图2（a）的基础上以苯酚质量浓度的1/5加入吡啶的情况.此时的初始吡啶质量浓度分别为5、10、20、30、40、50、60 mg/L.比较图2（a）和（b）可以看出，由于吡啶的加入，微生物细胞的对数生长期明显延迟.同理，吡啶加入后微生物细胞的最大生长量明显低于直接用苯酚作为基质时的细胞增长量.这也表明了吡啶的加入抑制了微生物对苯酚的利用.图2（c）则是对吡啶进行光催化之后再加入到苯酚溶液中去，进行24 h细胞培养的情况.与葡萄糖为基质进行细胞培养时一样，对吡啶进行紫外光催化之后，微生物细胞的生长量又有所增加. 比较图1和图2可以看出，吡啶的加入会延迟微生物细胞对数生长期的出现时间.但以苯酚为主要基质时，微生物细胞的最大生长量明显小于以葡萄糖为基质时的细胞生长量.这是因为葡萄糖是一种极易被微生物利用的有机物，所以吡啶的加入对微生物生长量的影响十分大，而对苯酚的影响则稍微小一些.
2.3细胞生长动力学
分别以微生物细胞在对数生长期内的生长量除以所用的时间，求得微生物细胞的生长速率，再除以此期间的平均细胞质量浓度得到微生物细胞的比生长速率.图3和图4分别表示了以单独葡萄糖和苯酚为主要基质时，葡萄糖和苯酚初始质量浓度与微生物细胞初始生长速率之间的动力学关系.当直接以葡萄糖和苯酚为培养基质时，动力学符合Monod模型： 其中：μ 和μmax分别是微生物细胞的比生长速率和最大比生长速率 （h-1）；KS是半最大反应速率质量浓度 （mg·L-1）；CS是底物质量浓度（mg·L-1）.
当在葡萄糖和苯酚中按照质量浓度比为1∶5的比例加入吡啶之后，它们的动力学关系表现为抑制性动力学关系，此时可以用Aiba模型 描述.其中：KSI为抑制常数（h-1）.但是如果吡啶经过光催化之后再加入的葡萄糖或苯酚溶液之后，它们的动力学又成为无抑制的Monod模型.由此可以看出，经过紫外光催化可以明显地减缓吡啶对微生物细胞生长的抑制作用.
表1是它们的动力学常数.由表1可以看出，单独以葡萄糖和苯酚为培养基质时，最大比生长速率μmax分别为5.9 h-1和0.8 h-1，两者相差达到7倍之多.这表明葡萄糖的可生化性明显高于苯酚.
当按照质量浓度比为1∶5的比例加入吡啶之后，它们的最大比生长速率μmax分别降低到3.9 h-1和0.6 h-1，即分别降低了34%和25%.葡萄糖为主要基质时，降低的幅度要大许多.而对吡啶先进行光催化之后再加入时，它们的最大比生长速率μmax又分别提高到4.8 h-1和1.1 h-1.这是由于直接将吡啶加入到葡萄糖或苯酚溶液时，吡啶对微生物生长的抑制非常明显.而经过光催化之后，由于吡啶在光催化作用下，会生成一些有机酸如琥珀酸等[19-20]，而有机酸是有利于微生物生长的.
有意义的是，当对吡啶进行光催化之后再加入的苯酚溶液时，此时最大比生长速率μmax达到1.1 h-1.甚至超出单独以苯酚为基质时细胞的生长速率达38%.
KS值是衡量微生物細胞对底物亲和性的指标，且KS值与亲和性成反比.由表1可以看出，无论葡萄糖或苯酚为基质培养微生物细胞时，当吡啶加入后，KS值都明显增加，而加入经过光催化之后的吡啶时，KS值都会不同程度地减小.
KSI值表示吡啶加入后对微生物细胞生长速率的一种抑制.由表1可以看出，无论是葡萄糖还是苯酚，它们的抑制常数相同.这说明，吡啶对这两种情况下的抑制机理是相同的.因此可以推测，吡啶开环是缓解吡啶生物抑制性的关键，光催化可以使大部分的吡啶开环，提高了生物对吡啶的利用率.
3结论
分别以葡萄糖和苯酚模拟生活污水和工业废水进行生物处理，通过加入吡啶来模拟实际废水处理过程中突发外来的难降解污染物对正常废水处理过程中微生物活性的抑制情况.研究结果发现，以葡萄糖和苯酚为主要基质进行的微生物细胞培养中，一旦吡啶加入之后，都会对微生物的生长起到一定的抑制作用.但是若对吡啶进行紫外光催化之后，可以明显降低吡啶对微生物的抑制作用.在苯酚为主要基质的生物培养过程中，对吡啶进行紫外光催化后，甚至还可以提高其可生化性.该实验结果对实际污废水的处理具有一定理论指导意义.
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（責任编辑：郁慧）