污水生物处理过程中典型胞外酶在EPS内的空间分布特性研究

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生物处理法在污水处理中得到广泛应用,但生物处理法对于大分子难降解有机物的去除效率较低。故强化生物处理系统对难降解有机物的分解效果是提高生物处理效率的关键之一。其中胞外水解酶和氧化还原酶的活性是影响大分子难降解有机物去除效率的重要因素之一。对市政污水及工业废水生物处理系统中典型胞外酶在胞外聚合物(EPS)的分布及活性情况进行研究是强化胞外酶作用效果的前提。本研究分别对实际市政污水处理厂不同生物处理单元污泥中典型胞外水解酶和织染废水处理厂不同生物处理单元污泥中典型胞外氧化还原酶的分布及活性进行研究,并考察了在不同污染物冲击负荷下污泥胞外水解酶或氧化还原酶的分布和活性的变化情况,并结合污染物的去除情况分析不同分层中的胞外水解酶或氧化还原酶在污染物去除中的作用。本研究的主要结论如下:(1)在实际市政污水处理厂的A2O生物处理单元中,好氧区污泥中胞外蛋白酶总活性和α-淀粉酶总活性最高(3.50μmol/min/g VSS、44.30μmol/min/g VSS)。厌氧区污泥中α-葡萄糖苷酶总活性最高(0.15μmol/min/g VSS),而缺氧区磷酸酶总活性最高(7.09μmol/min/g VSS)。其中,胞外蛋白酶、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶在紧密附着层EPS(TB-EPS)中的活性最高,而磷酸酶在疏松层EPS(LB-EPS)活性最高。(2)在苯酚冲击负荷下,胞外蛋白酶的总活性在厌氧段先降低后升高,而后在好氧段略有降低。在这两个反应阶段,胞外蛋白酶在slime-EPS中的活性最高。在淀粉冲击负荷作用下,α-葡萄糖苷酶的总活性在厌氧和好氧段的变化趋势为先增加后减少,之后略有降低,而α-淀粉酶的总活性在这两个阶段逐渐增长。α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性最高的分别是在TB-EPS和LB-EPS层中。在磷酸盐负荷影响下,在两个反应阶段磷酸酶的活性先降低后逐渐增加,其中磷酸酶在TB-EPS中的活性最高。(3)在实际织染废水处理厂不同生物处理单元中,厌氧池EPS中的偶氮还原酶、漆酶和木质素过氧化物酶总活性最高(1.10μmol/min/g VSS、0.28μmol/min/g VSS、3.37μmol/min/g VSS)。其中,在各池三层EPS中,偶氮还原酶和木质素过氧化物酶主要分布在TB-EPS中,而漆酶只分布在slime-EPS和LB-EPS中。(4)在苯胺冲击负荷影响下,漆酶总活性在厌氧、好氧段逐渐增长,而木质素过氧化物酶总活性在这两个阶段先增加后减少。在整个反应过程中,木质素过氧化物酶在TB-EPS中活性最高,漆酶在slime-EPS中的活性最高。在酸性橙7冲击负荷的影响下,木质素过氧化物酶在厌氧段的总活性高于其好氧段的活性,漆酶的总活性在两个阶段中逐渐增加,而偶氮还原酶活性并无显著的变化。在两个反应阶段,TB-EPS中的木质素过氧化物酶和偶氮还原酶活性均高于LB-EPS和slime-EPS层的活性,而漆酶在slime-EPS层中的活性较高。(5)不同胞外酶在EPS中的分布不同,且随污染物的冲击而改变。在市政污水生物处理系统,蛋白酶、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶主要分布在TB-EPS中,磷酸酶主要分布在LB-EPS中。在苯酚冲击负荷下,蛋白酶主要分布在slime-EPS中;在磷酸盐冲击负荷下,磷酸酶主要分布在TB-EPS中;在淀粉冲击负荷下,α-淀粉酶主要分布在slime-EPS和LB-EPS中,α-葡萄糖苷酶主要分布在TB-EPS中。在织染废水生物处理系统,偶氮还原酶在三层EPS中的分布比较均匀,木质素过氧化物酶主要分布在TB-EPS中,漆酶主要分布在LB-EPS中。在苯胺冲击负荷下,木质素过氧化物酶主要分布在TB-EPS中,漆酶主要分布在slime-EPS中。在酸性橙7冲击负荷下,木质素过氧化物酶和偶氮还原酶主要分布在TB-EPS中,漆酶主要分布在slime-EPS中。
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