TTC脱氢酶活性常温萃取测定法及应用尹军

6l中国给水排水9915Vol.1N1o.4T丁C一脱氢酶活性常温萃取测定法及应用尹军周春生(吉林建筑工程学院)摘要在阐迷TTC一脱氢酶活性测定基本原理及其常温革取测定法的基拙上,介绍了该分析方法在剩余污泥好氧消化处理、生物转盘处理生物制品废水、陶拉柱反应器低温生物预处理饮用水以及吸附再生活性污泥法处理含酚废水研究中的应用情况。1前言水质生物处理的本质是酶促反应过程。水中有机污染物是在微生物酶的催化下进行氧化分解的,无论在废水好氧处理还是在污泥厌氧消化中,基质脱氢(包括脱电子)都是生化反应的关键步骤,因而脱氢酶活性水平直接关系到有机物降解速度以及生物处理设施的运行效果。因此,研究和应用脱氢酶活性测定,对于促进水质生物处理技术的发展以及加强废水生物处理运行控制,具有重要意义。通常用于检测脱氢酶活性的人工受氢体,包括TTC、刃天青、亚甲基蓝以及INT等,其中研究和应用最多的是TTc试验。TTc(2,3,5—氯化三苯基四氮哇)是最早发现的人工受氢体,是由kuhn和Jerehel(1941)用于生化分析实验中的。自1959年,Bueksteeg和Thiele等正式提出TTC试验以来,国外一些学者在六十年代将这一生化分析技术逐步应用到废水生物处理领域;七十年代,klapwijk等在废水处理的活性污泥法研究中,曾对TTC试验方法进行过改进,目前国内有关资料介绍的多与klapwijk所提出的改进方法有关。这种测定方法主要是采用高温(90℃)萃取样品显色液,然后再进行比色分析。然而,常用的萃取剂(如甲醇、1一醇、丙酮等)沸点较低,在萃取过程中易于蒸发甚至破塞而溢,致使测定结果不稳定,因此证实际立用中受到限制。另外,在利用该法测定好氧消化污泥脱氢酶活性时发现样品显色消失,甚至出现空白对照比色值大于被检样品比色值的反常现象,使得检测无法进行。为此,历时5年我们对影响脱氢酶活性测定的主要因素进行了较为全面的实验研究,进而提出了TTC—脱氢酶活性常温萃取测定法的分析程序,并分别应用到污泥好氧消化处理、生物转盘法处理生物制品废水、陶粒柱饮用水低温生物预处理以及生物吸附法处理含酚废水等研究之中,取得了令人满意的效果。2基本原理在微生物生理代谢方面,物质代谢和能量代谢密切相关。能量代谢的关键是细胞中有机物氧化分解的各代谢支路产生的氢(H+/e),通过呼吸链而产生能量。脱氢酶是呼吸链的主干酶系,其辅酶I(NAD十—烟酸胺腺嗦吟二核昔酸)或辅酶亚(NADP+—烟酞胺腺嗦吟二核昔酸磷酸)是重要的递氢体,它们可以把基质氧化脱下的氢(H+/e)在呼吸链传递过程中释放出能量,用于生物合成和维持细胞的生命活动。细胞中有机物脱氢是生物氧化分解的关键步骤,分子氧是生物氧化的最终受氢体,经过氧化呼吸链传递给最终受氢体氧的氢(H十/e)越多,说明脱氢酶活性越高。脱氢酶活性测定分析的实质就是通过选用某种有机染料作为人造受氢体,以取代氧化呼吸链的天然最终受氢体1995Vol.11No.4中国给水排水17(():)。实验中选用的人造受氢体为2,3,5一一氯化三苯基四氮哇(即TTC),它在细胞呼吸过程中接受氢(H}/e)以后,其还原产物三苯基甲腊(即TF)以红色结晶存在于细胞内,需采用有机济剂(如甲醇、乙醇、丁醇以及丙酮等),进行萃取。由于TF溶液在波长485nm附近有吸收峰,因而可采用分光光度法于该波长处测定其光密度,进而根据标准曲线计算出TF生成量,此值即为TTC-一脱氢酶活性(简称为TTC一DHA)。3检测方法3.1样品制备用洁净的刻度吸管吸取10nll,样品,放入loml砂离心管中,离心smin后弃去上清液。再加入蒸馏水至10mIJ并搅拌混合均匀,离心smin后弃去上清液。这样反复用纯水洗涤离心处理3次,最后向离心管中加入纯水至lomIJ,并搅拌混合均匀。3.2加试剂将上述样品转移至25mIJ比色管中,分别加入7.sn、l沙Tris一HCI缓冲液、2.smLo.4%的TTC溶液及2.smLo.36%的NaZCO。溶液和2.smIJ纯水,并混合均匀。3.3样品培养将加好试剂的25ml,比色管于37士IC恒温水浴振荡器内进行培养,smin后用吸管迅速吸出sml一培养液于loml矛离心管中,并加入。sml,甲醛溶液以抑制酶反应,此管作为分析中的样品空白对照。样品培养时间从吸出smIJ培养液(样品空白对照)时开始计算,一般控制在3()min左右。3.4终止酶反应当达到预定培养时间时,向25mL比色管中加入ZOml矛甲醛溶液并混合均匀,即可终止酶反应。3.5样品革取以5.sml才为1份,将25mlJ比色管中的培养液分装在4个10mL离心管内,然后连同样品空白对照管一起进行离心分离smin,弃去上清液,再向每支离心管中加入sml,丙酮搅拌混合均匀,在37士IC条件下水浴振荡10min。3.6卜匕色分析将萃取完毕的离心管离心smin,取其上清液即为样品显色液,用光程km的比色皿于分光光度计波长485nm处进行比色分析,根据所测得的吸光值,从事先做出的标准曲线中找出显色液中的TF浓度,进而计算出样品的TTC-一脱氢酶活性,测定结果以mgTF/L·h表示。4应用实例4.1在剩余污泥好氧消化研究中的应用为了探讨污泥好氧消化过程中TTC一DHA与ouR的关系,以某含酚废水经生化处理后的剩余污泥为材料,在20士1℃条件下进行了间歇式好氧消化处理lZd,期间取样22次,同时测定TTC一DHA和OUR等。试验发现,不同浓度的剩余污泥在好氧消化过程中,OUR和TTC一DHA均随着时间的延长而逐渐降低,消化开始的5~d7内降低较快,然后趋于平缓,1d5以后保持在一个相对较低的水平上。OUR与TTC一DHA的变化情况与剩余污泥中VSS的降解过程一致。这说明初始污泥浓度较高、OUR与TTC一DHA的水平也较高,进而导致污泥中VSS的快速去除;而当好氧消化zsd以后,OUR与TTC一DHA相对较低,致使VSS的降解出现明显变缓的现象。504030ǎ左·曰、内ē汤户匕à,..尸了’nU“on“一不而一茹厂荪广瑞产毓产赢尸赢TTC一DH八(mgTFL·h)图1好扭消化污泥中T丁C一OHA与OUR关系对所测数据进行的相关分析表明(如图1),TTC一DHA与OUR显著相关,相关系数r中国给水排水1995Vol.11风0.石一一一一8一1.一一0.9518(n=22),已经超过Jorgensen等(1984)所报道的:一0.83(,,=9)相关水平。这说明在污泥的好氧消化过程中,TTc一DHA与OUR之间有着本质上的联系由于测定OUR所消耗的溶解氧和测定DHA所选用的TTC,均是微生物好氧呼吸过程中最终受氢体。因此,从理论上ouR与TTC一DHA在微生物呼吸的生化本质方面,能够反映出共同的问题。图1中的回归曲线是一条儿乎通过原点的直线,但它在横座标上仍有一定的截距为7.482。说明当OUR测定值为O时.至少有.7482mgTF/IJ·h的TTC一DHA被检测出,意味着TTC一DHA的检测灵敏度比OUR高并在实践中取代OUR的可能。可见,TTC一DHA能够很好地反映出污泥好氧消化降解的活性问题,会成为最有效的生化活性参数。4.2在生物转盘法中的应用试验装置为生产性四级生物转盘,必3m,每级由60片玻璃钢材质盘板组成,用于处理生物制品废水。测定结果表明,生物膜的TTc一DHA在四级转盘系统中的分布是不均衡的,如同转盘中生物膜挥发性固体(V)S和生物膜内活性微生物数目(AMN)一样,总量是随着转盘级数的增加而依次减少。运行中的四级转盘系统可看作是稳态的生物降解过程,其酶促反应速度与基质浓度有关,所以各级氧化槽内有机物浓度不同,不但决定了各级生物膜的vs和AMN,而且也限制了它们的TTC一DHA。对生物膜TTC一DHA与VS的实验数据回归分析结果表明,在四级转盘中二者显著相关(r一0.992)。各级生物膜TTC一DHA的总量与VS总量成正比例关系,即生物膜VS总量越大TTC一DHA总量越多,这与活性污泥中微生物浓度越大其生化活性越高是一致的。回归分析结果表明,转盘的比脱氢酶活性、VS与污水中BOD:平均去除率均达到显著相关水平,但前者相关系数为0.995后者为.0981,前者略高。说明在反映转盘生物膜活性方面.!`rC一万、日A比vs更为有效,}川为VS仅能反映生物膜内有机物的量,并非是完全具干子活性微生物的量;又由干i则定AMN的方法复杂.历时一长、误差大,听以把’门、C一DH八的检验看作具有广义性的测定技术。4.3在给水低温生物处理中的应用试验装置的主体为一座陶粒柱生物反序器.其必30On飞m、总高38On飞n飞,陶书·理:常叹高Zoomm。经过几个月的通水运行后,陶粒表确形成稳定的生物膜体系。在不同时段内,从反应器仁(ZOOmrn、「幻(l。。n:rT、)、下层(lsomm)采集的生物陶粒制羊后测定的TTC一DHA结果表明,李传水流方向自卜而下呈梯度分布规律,分别为2时.99、3`二34和5.41户gTF/em3·h,平均住厄为81.02照TFc/m3·h。由此可以推断,陶粒柱反应器内对有机物的生物降解作用.主要发生在反应器内的中、上部。陶粒柱生物反应器同其它水处理生物反应器一样,其生物降解性能与生物量密切相关在低温季节.对反应器内生物陶粒’rT(’一DH八与AMN的测定数据进行统计分析的结果表明,求得的相关系数,一0.8493()7二一25)·口「见两者之间具有显著的相关性。因此,买践中可叮采用丁TC一DHA作为研究和描述饮用水预处理生物反应器去除机理的有效参数。4.4在生物吸附活性污泥法处理含酚废水个的应用长春市某废水处理站采用生物吸附活性污泥法工艺处理含酚废水,其活性污泥吸附池与再生池为合建式,总容积406m3.处理水量朗Om“/d。废水中有机污染物(COD和酚)大部分在吸附池先端被去除,这段时间约lh,以后液相中有机物浓度大致稳定在一个水平上。经测定.曝气池内活性污泥的TTC一I)H八为27.61一40.o4nlgTFI/,·h,平均37.招mgTFI/了·h.具有较高的生物活性。不同部位活性污泥的TTC一DHA是不同的,这主要因为曝气池是按推流式运行。总的来看,随着废水在曝气池停留时间1995Vol.11No.4中国给水排水19拐护.抓挤,舒挤,提弄挤众。歌述评与讨论髯F寸飞又左多,i奔.`求飞绮飞经飞探飞异飞g声d沉淀池沉淀去除率计算和表面负荷率确定的新方法张玉先(同济大学)1概述在水处理过程中常利用沉淀池固液分离,尽管沉淀池型式各种各样,而去除水中悬浮颗粒的基本原理相同。在沉淀池设计时,常常采用经验一左法,如选用较长的沉淀时间或较低的表面负荷率等。显然,这些设计方法有可能使沉淀池相差很大。众所周知,衡量沉淀池沉淀效果的好坏,表面负荷率是一个主要指标、是沉淀池设计的重要依据,利用简便的方法确定其值可以使设计更趋合理。按照水中悬浮物性质、含量多少分类,常分为凝聚沉淀和非凝聚沉淀,分别采用等效沉淀曲线和累计分布曲线计算沉淀去除率。笔者发现这两种沉淀去除率计算方法可以统一为一种方法,大大简化了凝聚沉淀繁琐的计算过程。2凝聚、非凝聚沉淀去除率计算的统一1946年,甘布(Camp)针对非凝聚沉淀宝丈程提出了单点取样积分计算去除率方法。即从沉淀实验柱下部的取样口每隔一定时间取样一次,测定水中剩余悬浮物含量,绘出颗粒累计分布曲线(如图1所示)。当沉淀时间为t。时,所对应的颗粒沉速为,`。,沉淀总去除率E按下式计算:“一(`一p。,+豪{:。一dP`(1)的延长,TTc一DHA呈“弧形”分布规律,中部最高,说明这个部位活性污泥的氧化分解能力最强,可以推测废水中的有机物在这个部位氧化分解的较多。曝气池内活性污泥浓度不同,其TTC一DHA值也`不同。对实测数据回归分析表明,MLss与TTc一DHA显著相关,相关系数二一0.99(n~8)。因此,在采用活性污泥法处理含酚废水的运行管理中,可根据TTC一DHA测定数据去推断MLSS,进而采取相应措施使曝气池处在最佳运行状态,获得理想的处理效果。5结语综上所述,采用TTC—