Mo6对活性污泥系统反硝化性能的影响孟雪征

生态环境2006,15(2):[e-mail]作者简介：1969Tel:[phone]E-mail:[e-mail]收稿日期：2005-11-06Mo6+对活性污泥系统反硝化性能的影响孟雪征1,2，曹相生2，曹磊31.重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;2.北京工业大学建工学院//水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室，北京100022;3.山东省莱州市建筑工程质量监督站，山东莱州261400摘要：采用对比实验的方法，在不同初始硝酸盐氮和COD质量浓度的条件下，对人工模拟的活性污泥系统投加不同质量浓度的Mo6+，以此考察Mo6+对活性污泥系统反硝化性能的影响。结果发现，Mo6+的质量浓度小于5mg∙L-1以下时能够促进硝酸盐氮的去除，质量浓度为1mg∙L-1时促进效果最好。Mo6+的质量浓度在4mg∙L-1以下时，可以使COD去除效率增加，质量浓度为2mg∙L-1时有最佳促进作用。Mo6+的质量浓度小于1g∙L-1时可提高反硝化活性污泥的TTC-脱氢酶活性，过高质量浓度则表现出抑制作用。综合Mo6+的对硝酸盐氮和COD去除的影响规律以及对活性污泥TTC-脱氢酶活性的影响，认为Mo6+在质量浓度为1mg∙L-1时对反硝化的促进作用最强。关键词：反硝化；六价钼；TTC-脱氢酶活性，活性污泥中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1672-2175（2006）02-0216-03活性污泥法是利用微生物作用来处理污水中污染物的技术，在我国得到广泛应用[1]。为了达到满意的处理效果必须创造有利于微生物生长的生态环境。一般人们较多关注微生物生长所需的有机营养，却很少注意到微量无机离子对微生物的作用[2,3]。大量事实证明，微生物的生长离不开微量无机离子，当活性污泥系统中缺乏时常会造成微生物生长代谢异常，从而影响生物处理的效果[4,5]。Mo是微生物所需的微量营养元素，对微生物的生化代谢乃至生命活动起着极为重要的作用，但过多的Mo也会对微生物造成不良影响[6]。本文初步研究了Mo6+对活性污泥系统反硝化性能的影响。1实验材料和方法1.1实验材料实验所用活性污泥取自处理生活污水的活性污泥系统，并经实验所用的配水进行了驯化培养。实验用水由葡萄糖、硝酸钠和磷酸氢二钾配置而成。试验所用的Mo6+溶液由Na2MoO4•2H2O配置而成，使用时换算成Mo6+的质量浓度。1.2实验方法采用6个500mL的烧杯分别作为6个间歇式反应器。以六联搅拌机作为搅拌装置，控制反应器为缺氧状态。实验时保持6个反应器的条件完全一致，以便于对比。实验时分别控制不同质量浓度的硝酸盐氮和COD，然后向6个反应器内加入不同质量浓度的Mo6+，反应结束后测定剩余硝酸盐氮和COD，同时测定活性污泥的脱氢酶活性，以此确定不同质量浓度Mo6+对活性污泥系统反硝化性能的影响。所有实验均做5次以上，剔除异常数据后取平均值作为最终实验结果。1.3分析方法COD测定采用美国哈希公司推荐的方法；硝态氮和MLSS采用国家标准方法。在TTC-脱氢酶测定中常采用单一基质，一般为葡萄糖或乳酸盐等。有资料表明[7]，这样测出的脱氢酶活性实际上使测定过程特殊化，所测得的只是活性污泥降解该种底物时的活性，而不是活性污泥在实际运行中降解混合底物的活性。因此，本实验以反应器进水作为基质测定脱氢酶活性，操作方法如下，把活性污泥预处理后放入试管内，加入Tris-HCl缓冲液，基质（反应器进水）和0.5%的TTC各2ml，恒温培养后离心，取上清液比色，根据标准曲线确定活性污泥脱氢酶活性。具体操作过程见文献[8]。2结果与讨论控制初始COD为300mg∙L-1，硝酸盐质量浓度分别为60、40、20mg∙L-1，在此初始条件下缺氧反应2h，实验结果见图1（下页）。由图1可知，Mo6+的质量浓度在小于5mg∙L-1以下时能够促进硝酸盐氮的去除，但不同质量浓度的Mo6+对硝酸盐氮去除的促进程度不同。在初始硝酸盐氮在20~60mg∙L-1范围内时，投加1mg∙L-1Mo6+时有最佳的促进作用。初始硝酸盐氮为20mg∙L-1时，投加1mg∙L-1Mo6+可以使硝酸盐氮去除量增加1.8mg∙L-1，去除率增加9％；初始硝酸盐氮为40mg∙L-1时，投加1mg∙L-1Mo6+可以使硝酸盐氮去除量增加2.7mg∙L-1，去除率增加7％；初始硝酸盐氮为60mg∙L-1时，投加1mg∙L-1Mo6+可DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2006.02.003孟雪征等：Mo6+对活性污泥系统反硝化性能的影响217以使硝酸盐氮去除量增加2.6mg∙L-1，去除率增加4.3％。现在普遍认为，反硝化过程是硝酸盐氮通过反硝化细菌的同化作用（合成代谢）和异化作用（分解代谢）来完成的。同化作用是硝酸盐氮被还原成氨态氮，用以合成新的微生物细胞，氮成为细胞质成分。异化作用是硝酸盐氮被还原成NO、N2O、N2等气体，主要是N2。异化作用去除的氮量占总去除量的70％~75％[9]。在异化过程中，硝酸盐首先是在硝酸盐还原酶的催化下，硝酸盐到亚硝酸盐的2电子还原。其中硝酸盐还原酶是反硝化反应过程中的一个关键性酶，它是一个多亚基蛋白酶，含有FAD，hemeb557及一个起活性中心作用的Mo-蝶呤辅基[10]。在上述过程中，Mo是酶的重要组成部分，显然，活性污泥中Mo6+的存在，使酶的活性或数量增加，促进了硝酸盐的还原，表现出反硝化过程中硝酸盐去除量的增加。图1说明，反硝化过程中需要的Mo6+是微量的，1mg∙L-1时表现出的效果最佳，过多的Mo6+不能增加反硝化效果。控制初始硝酸盐为40mg∙L-1，COD分别为500、300、150mg∙L-1时，在此条件下Mo6+对COD去除的影响见图2。不同质量浓度的Mo6+所对应的活性污泥的TTC-脱氢酶活性见图2。图2说明，Mo6+的质量浓度在4mg•L-1以下时，可以使COD去除效率增加。如初始COD为500mg∙L-1时，投加2mg∙L-1Mo6+可以使COD去除量增加24mg∙L-1，去除率增加5％；初始COD为300mg∙L-1时，投加2mg∙L-1Mo6+可以使COD去除量增加25mg∙L-1，去除率增加8.3％；初始COD为150mg∙L-1时，投加2mg∙L-1Mo6+可以使COD去除量增加19mg∙L-1，去除率增加13％。在反硝化过程中，异养型微生物利用硝酸盐作为电子受体，有机物作为碳源和电子供体。理论上将1g硝酸盐氮还原为氮气需要碳源有机物2.86g。如上所述，Mo6+是硝酸盐还原酶的重要组成部分，可以促进反硝化反应的进行，因此促进了微生物对有机物的利用，因此表现出对COD去除效率的促进作用。对比图1和图2可以发现，在Mo6+质量浓度为2mg∙L-1时，对COD去除有最大的促进作用，高于对硝酸盐氮去除的最佳促进浓度1mg∙L-1。这是因为，在缺氧条件下（溶解氧0.2mg∙L-1）条件下，反应器中存在一定量的碳化细菌。这部分细菌对系统中COD的去除也会起到一定作用。由于Mo6+在醛类的氧化中是不可缺少的[11]，因此在有机物分解过程中也会需要一定量的Mo6+。另外Mo6+作为辅助因子存在于还原酶、氧化酶和脱氢酶中[10]。这说明，碳化细菌会需要更多的Mo6+。图3（下页）是进水COD不同的情况下，Mo6+对反应器中活性污泥TTC-脱氢酶活性的影响。图3说明，1mg∙L-1Mo6+对活性污泥TTC-脱氢酶活性有促进作用，之后随着Mo6+质量浓度的升高，促进作用逐渐降低，最后呈现抑制作用。这符合一般的金属离子对活性污泥活性的作用规律[12]。对比图1、图2和图3不难看出，活性污泥表现出的TTC-脱氢酶活性变化与系统对硝酸盐和COD的去除规律是一致的，即脱氢酶活性越高，硝酸盐和COD的去除效果越好。综合Mo6+对硝酸盐氮和COD去除的影响规律以及对活性污泥TTC-脱氢酶活性的影响，可以认为Mo6+为1mg∙L-1时对反硝化的促进作用最强。160mg•L-1240mg•L-1320mg•L-1345678910012345/(mg•L-1)/(mg•L-1)123图1不同质量浓度Mo6+对硝酸盐去除的影响1COD500mg•L-12COD300mg•L-13COD150mg•L-10102030405060708090100012345/(mg•L-1)COD/(mg•L-1)123图2不同浓度Mo6+对COD去除的影响218生态环境第15卷第2期（2006年3月）3结论（1）反硝化活性污泥系统中存在适量的Mo6+能对硝酸盐的还原起到促进作用，能够加快硝酸盐还原的速度。（2）Mo6+为1mg∙L-1时对活性污泥系统反硝化性能的有最佳促进作用。（3）Mo6+在1mg∙L-1以下时对反硝化活性污泥系统内的微生物活性有促进作用。在2mg∙L-1以下时，可提高系统对COD的去除能力。参考文献：[1]张自杰.排水工程(下册)[M].北京.中国建筑工业出版社.2000:101-105.ZHANGZijie,WastewaterTreatment(Ⅱ)[M].Beijing:ChinaArchi-tectureandConstructionPress,2000:101-105.[2]BURGESSMJE,QUARMBYJ,STEPHENSONT.Micronutrientsupplementsforoptimizationofthetreatmentofindustrialwastewaterusingactivatedsludge[J].WatRes,1999,33(18):3707-3714.[3]JEFFERSONB,BURGESSJE,PICHONA.Nutrientadditiontoenhancebiologicaltreatmentofgreywater[J].WatRes,2001,35(11):2702-2710.[4]BURGESSJE,QUARMBYJ,STEPHENSONT.Micronutrientsupplementsforoptimizationofthetreatmentofindustrialwastewaterusingactivatedsludge[J].WatRes,1999,33(18):3707-3714.[5]CLARKT,STEPHENSONT.Effectsofchemicaladditiononaerobicbiologicaltreatmentofmunicipalwastewater[J].EnvironTech,1998,19:579-590.[6]GRAUP.Criteriafornutrient-balancedoperationofactivatedsludgeprocess[J].WaterSciTech,1991,24(3/4):251-258.[7]尹军.消化污泥脱氢酶活性检测的若干问题[J].中国给水排水,2000,16(10):1-3.YINJun.Someproblemsindeterminationdehydrogenationactivityofdigestedsludge[J].ChinaWaterandwastewater,2000,16(10):1-3.[8]朱南文,闵航,陈美慈.ThestudyofdeterminationonTTC-dehy-drogenaseactivity[J].中国沼气,1996,14(2):3-5ZHUNanwen,MINHang,CHENMeici.ThestudyofdeterminationonTTC-dehydrogenaseactivity[J].ChinaMethane,1996,14(2):3-5[9]RITTMANNBE,MCCARTYPL.Environmenta