腐殖SBR工藝中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的研究

于潤，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，趙可

（吉林建筑大學市政與環境工程學院，吉林 長春 130118）

為考察腐殖生態基填料對活性污泥中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的影響，在常溫下將內置和外置腐殖生態基填料的SBR工藝（HS-SBR）與傳統SBR工藝（cSBR）進行對比研究，探討不同反應器中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性變化規律，以期從酶學角度為腐殖生態基的推廣和使用提供更多的理論基礎。研究表明：內置、外置HS-SBR反應器內β-葡萄糖苷酶的活性在整個運行過程中均高于cSBR反應器，其中內置、外置HS-SBR反應器中β-葡萄糖苷酶在運行過程中的平均活性分別比cSBR反應器高出2.58%和7.08%；內置、外置HS-SBR反應器內脂肪酶的活性在整個運行過程中均高于cSBR反應器，其中內置、外置HS-SBR反應器中脂肪酶在運行過程中的平均活性分別比cSBR反應器高出23.22%和32.79%。總體來看，添加腐殖生態基可以提高活性污泥中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶的活性，且外置腐殖生態基填料的方式對β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的強化作用更為明顯。

β-葡萄糖苷酶； 脂肪酶； SBR； 腐殖生態基

城市污水中存在的大分子有機物（如多糖、蛋白質和脂肪等）會被細菌的細胞膜阻隔而無法進入細胞內部[1]，被胞外水解酶分解為分子量低于1 000的小分子物質后才能通過細胞膜被細胞吸收分解去除[2]，可見胞外水解酶在微生物降解水中有機污染物的過程中具有重要作用，同時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水中的多糖和脂肪類有機物的去除有重要作用[4-5]。筆者將內置、外置腐殖生態基SBR與傳統SBR反應器做對比實驗，考察三組反應器中活性污泥的β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的變化情況，從酶學角度為腐殖生態基的推廣和使用提供更多的理論基礎。

1 實驗部分

1.1 試驗水質與試驗裝置

試驗原水采用葡聚糖等藥品人工配置。試驗設置三組平行裝置：（1）傳統SBR反應器（cSBR），（2）內置腐殖生態基的SBR反應器（內置HS-SBR），（3）在cSBR工藝基礎上另外增設腐殖生態基反應器的SBR工藝（外置HS-SBR），如圖1所示。SBR反應器采用有機玻璃制成，內徑為20 cm，高為50 cm，有效容積為13 L。反應器中配有磁力攪拌器，在非曝氣狀態時可以將溶液混合均勻。外置腐殖生態基反應器的內徑為10 cm，高為40 cm，有效容積為2.5 L。各反應器底部設有多孔石曝氣頭用于微孔鼓風曝氣。

1-溫度計；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

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

1.2 試驗方法

β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性的測定方法均為紫外分光光度法。待測樣品的酶活性的測定：從反應器中取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4 h；取出后加入6 mL 0.1 mol/L的終止反應物（NaOH或96%乙醇），并在6 000 r/min下離心10 min；取出上清液，在405 nm波長處中測吸光度。控制樣品的酶活性的測定：取5.0 mL泥水混合液于離心管中，加入終止反應物后直接離心；取上清液加入1 mL底物溶液后測吸光度。酶活性大小為待測樣品與控制樣品吸光度的差值乘以校準系數除以培養時間除以MLSS。

2 試驗結果與分析

2.1 β-葡萄糖苷酶活性比較

圖2 三組反應器中β-葡萄糖苷酶活性的變化情況

cSBR、內置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，在整個運行期間，三組反應器中GLC活性在運行過程中均呈現為先升高后下降的變化趨勢，并且內置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。三組反應器中GLC活性在0~6 h內即曝氣階段時均呈現出增長趨勢，cSBR中GLC活性從初始值48.09μmol/（g MLSS·h）增長到51.20 μmol/（g MLSS·h），內置HS-SBR中GLC活性從初始值50.48 μmol/（g MLSS·h）增長到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，反應器內多糖等有機物被大量分解，同時微生物會不斷獲得能量促使細胞分泌GLC，所以GLC活性不斷升高。三組反應器中GLC活性在6 h轉入攪拌階段后均呈現出下降的趨勢，到反應器運行結束時，cSBR中GLC活性降到了48.65 μmol/（g MLSS·h），內置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的產生受低濃度的碳氫化合物影響而減少，所以GLC活性受到抑制逐漸減小。cSBR、內置HS-SBR和外置HS-SBR中GLC在運行過程中9個時間點的平均活性分別為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%。總體來看，腐殖生態基填料對活性污泥中GLC活性有強化作用，且外置腐殖生態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 三組反應器中脂肪酶活性的變化情況

cSBR、內置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，在整個運行期間，三組反應器中LIP活性在運行過程中均呈現為升高、下降交替的變化趨勢，并且內置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。曝氣開始前2 h內，三組反應器中LIP活性呈現為增長趨勢且在2 h時達到最大值，cSBR、內置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）。在反應器運行的前2 h內，反應器內脂肪類等有機物被大量分解，同時微生物會不斷獲得能量促使細胞分泌LIP，所以LIP活性不斷升高。2 h后，三組反應器中LIP活性均呈現出不同程度的下降趨勢，這可能是因為反應器內從2 h時開始進行硝化反應，NO2-和NO3-的濃度不斷增大對LIP的活性產生抑制作用。cSBR中LIP活性在5 h時降到最小值為29.37μmol/（g MLSS·h），內置HS-SBR中LIP活性在4 h時降到最小值為22.18 μmol/（g MLSS·h），外置HS-SBR中LIP活性在5 h下降到了一個極小值為25.75 μmol/（g MLSS·h）。此后，三組反應器中LIP活性變化均不相同，但cSBR中LIP活性再次出現特征點的時間均比內置HS-SBR和外置HS-SBR遲，這是因為腐殖生態基填料可以提高活性污泥中微生物的新陳代謝速率，進而提高了LIP的活性。cSBR、內置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP在運行過程中九個時間點的平均活性分別為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%。總體來看，添加腐殖生態基填料對活性污泥的LIP活性具有一定促進強化作用，且外置腐殖生態基填料的方式更有利于提高活性污泥中LIP的活性。

3 結 論

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

（2）內置、外置HS-SBR反應器內脂肪酶的活性均高于cSBR反應器，且內置、外置HS-SBR反應器內脂肪酶活性出現某些特征點的時間也早于cSBR反應器，其中外置HS-SBR中LIP活性最高。內置HS-SBR和外置HS-SBR中LIP在運行過程中的平均活性分別比cSBR高出23.22%和32.79%。表明添加腐殖生態基填料對活性污泥的脂肪酶活性具有一定促進強化作用，且外置腐殖生態基填料的方式對脂肪酶活性的強化作用更為明顯。

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

［2］李斯穎. 不同接種物活性對快速生物降解測試結果影響[D]. 廣東工業大學, 2014: 8-9.

［3］Yin Li, Guo Shen, Cui Luo, Zai-Lei Li. Properties of hydrolytic enzymes in an anaerobic anoxic aerobic wastewater process[J]. Journal of Biotechnology, 2008, 136: S468-S468.

［4］Casper Wilkens, Peter Kamp Busk, Bo Pilgaard, et al．Diversity of microbial carbohydrate-active enzymes in Danish anaerobic digesters fed with wastewater treatment sludge[J]. Biotechnology for Biofuels, 2017, 10（1）: 158.

［5］Debora Nabarlatz, Frank Stüber, Josep Font, Agustí Fortuny, Azael Fabregat, Christophe Bengoa. Extraction and purification of hydrolytic enzymes from activated sludge[J]. Resources, Conservation & Recycling, 2011, 59: 9-13.

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

高性能復合水處理材料的研制與產業化（吉林省省級產業創新專項資金項目），項目號：2018C044-4。

2019-12-29

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

X703

A

1004-0935（2020）01-0033-03