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(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130118）

為考察腐殖生態(tài)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(nèi)置和外置腐殖生態(tài)基填料的SBR工藝（HS-SBR）與傳統(tǒng)SBR工藝（cSBR）進(jìn)行對比研究，探討不同反應(yīng)器中β-葡萄糖苷酶和脂肪酶活性變化規(guī)律，以期從酶學(xué)角度為腐殖生態(tài)基的推廣和使用提供更多的理論基礎(chǔ)。研究表明：內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)β-葡萄糖苷酶的活性在整個運行過程中均高于cSBR反應(yīng)器，其中內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)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(yīng)器高出2.58%和7.08%；內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)脂肪酶的活性在整個運行過程中均高于cSBR反應(yīng)器，其中內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器中脂肪酶在運行過程中的平均活性分別比cSBR反應(yīng)器高出23.22%和32.79%。總體來看，添加腐殖生態(tài)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(tài)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(tài)基

城市污水中存在的大分子有機物（如多糖、蛋白質(zhì)和脂肪等）會被細(xì)菌的細(xì)胞膜阻隔而無法進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部[1]，被胞外水解酶分解為分子量低于1 000的小分子物質(zhì)后才能通過細(xì)胞膜被細(xì)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(nèi)置、外置腐殖生態(tài)基SBR與傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器做對比實驗，考察三組反應(yīng)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(xué)角度為腐殖生態(tài)基的推廣和使用提供更多的理論基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 試驗水質(zhì)與試驗裝置

試驗原水采用葡聚糖等藥品人工配置。試驗設(shè)置三組平行裝置：（1）傳統(tǒng)SBR反應(yīng)器（cSBR），（2）內(nèi)置腐殖生態(tài)基的SBR反應(yīng)器（內(nèi)置HS-SBR），（3）在cSBR工藝基礎(chǔ)上另外增設(shè)腐殖生態(tài)基反應(yīng)器的SBR工藝（外置HS-SBR），如圖1所示。SBR反應(yīng)器采用有機玻璃制成，內(nèi)徑為20 cm，高為50 cm，有效容積為13 L。反應(yīng)器中配有磁力攪拌器，在非曝氣狀態(tài)時可以將溶液混合均勻。外置腐殖生態(tài)基反應(yīng)器的內(nèi)徑為10 cm，高為40 cm，有效容積為2.5 L。各反應(yīng)器底部設(shè)有多孔石曝氣頭用于微孔鼓風(fēng)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(yīng)器中使MLSS保持在4 000 mg/L左右。各反應(yīng)器進(jìn) 水質(zhì)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(tài)基反應(yīng)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(yīng)器和腐殖生態(tài)基反應(yīng)器中取出相同體積的污泥進(jìn)行互換，然后開始運行新的周期，同時cSBR和內(nèi)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(yīng)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(yǎng)4 h；取出后加入6 mL 0.1 mol/L的終止反應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)系數(shù)除以培養(yǎng)時間除以MLSS。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 β-葡萄糖苷酶活性比較

圖2 三組反應(yīng)器中β-葡萄糖苷酶活性的變化情況

cSBR、內(nèi)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(yīng)器中GLC活性在運行過程中均呈現(xiàn)為先升高后下降的變化趨勢，并且內(nèi)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(yīng)器中GLC活性在0~6 h內(nèi)即曝氣階段時均呈現(xiàn)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(nèi)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(yīng)器內(nèi)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(xì)胞分泌GLC，所以GLC活性不斷升高。三組反應(yīng)器中GLC活性在6 h轉(zhuǎn)入攪拌階段后均呈現(xiàn)出下降的趨勢，到反應(yīng)器運行結(jié)束時，cSBR中GLC活性降到了48.65 μmol/（g MLSS·h），內(nèi)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(chǎn)生受低濃度的碳?xì)浠衔镉绊懚鴾p少，所以GLC活性受到抑制逐漸減小。cSBR、內(nèi)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(nèi)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%?？傮w來看，腐殖生態(tài)基填料對活性污泥中GLC活性有強化作用，且外置腐殖生態(tài)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(yīng)器中脂肪酶活性的變化情況

cSBR、內(nèi)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(yīng)器中LIP活性在運行過程中均呈現(xiàn)為升高、下降交替的變化趨勢，并且內(nèi)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(nèi)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(nèi)，三組反應(yīng)器中LIP活性呈現(xiàn)為增長趨勢且在2 h時達(dá)到最大值，cSBR、內(nèi)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(yīng)器運行的前2 h內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)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(xì)胞分泌LIP，所以LIP活性不斷升高。2 h后，三組反應(yīng)器中LIP活性均呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢，這可能是因為反應(yīng)器內(nèi)從2 h時開始進(jìn)行硝化反應(yīng)，NO2-和NO3-的濃度不斷增大對LIP的活性產(chǎn)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(nèi)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(yīng)器中LIP活性變化均不相同，但cSBR中LIP活性再次出現(xiàn)特征點的時間均比內(nèi)置HS-SBR和外置HS-SBR遲，這是因為腐殖生態(tài)基填料可以提高活性污泥中微生物的新陳代謝速率，進(jìn)而提高了LIP的活性。cSBR、內(nèi)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(nèi)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%?？傮w來看，添加腐殖生態(tài)基填料對活性污泥的LIP活性具有一定促進(jìn)強化作用，且外置腐殖生態(tài)基填料的方式更有利于提高活性污泥中LIP的活性。

3 結(jié) 論

（1）內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)β-葡萄糖苷酶的活性均高于cSBR反應(yīng)器，其中外置HS-SBR中GLC活性最高。內(nèi)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(tài)基填料對活性污泥的β-葡萄糖苷酶活性具有一定促進(jìn)強化作用，且外置腐殖生態(tài)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(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)脂肪酶的活性均高于cSBR反應(yīng)器，且內(nèi)置、外置HS-SBR反應(yīng)器內(nèi)脂肪酶活性出現(xiàn)某些特征點的時間也早于cSBR反應(yīng)器，其中外置HS-SBR中LIP活性最高。內(nèi)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(tài)基填料對活性污泥的脂肪酶活性具有一定促進(jìn)強化作用，且外置腐殖生態(tài)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(shù)的發(fā)展與應(yīng)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(jié)果影響[D]. 廣東工業(yè)大學(xué), 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

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（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(fù)合水處理材料的研制與產(chǎn)業(yè)化（吉林省省級產(chǎn)業(yè)創(chuàng)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(xiàn)就讀于吉林建筑大學(xué)，研究方向：腐殖生態(tài)基SBR處理系統(tǒng)中酶活性方面的研究。

X703

A

1004-0935（2020）01-0033-03