養殖廢(fei)水(shui)脫氮處理(li)新技術(shu)介紹和設備說(shuo)明

養殖廢(fei)水(shui)脫氮處理(li)新技術(shu)介紹和設備說(shuo)明

對於(yu)某些微(wei)生(sheng)物存在(zai)的生(sheng)長(chang)周(zhou)期(qi)長(chang)、細(xi)胞產(chan)率(lv)低(di)、降解物質(zhi)速率(lv)慢等(deng)問題(ti)，通(tong)過馴(xun)化出包含(han)該微(wei)生(sheng)物的好氧顆(ke)粒汙泥(ni)可(ke)以得到(dao)很(hen)好的解決(jue)。好氧顆(ke)粒汙泥(ni)是指(zhi)微(wei)生(sheng)物在(zai)壹定(ding)的外界環(huan)境(jing)影(ying)響下(xia)，相互(hu)之(zhi)間通(tong)過聚(ju)合而形(xing)成(cheng)的相(xiang)對(dui)於(yu)普通(tong)汙泥(ni)具(ju)有(you)更(geng)高活(huo)性(xing)的粒(li)狀(zhuang)聚(ju)合體。由於(yu)顆(ke)粒汙泥(ni)的沈(chen)降(jiang)性(xing)能(neng)好，經過(guo)沈(chen)降作(zuo)用(yong)容(rong)易(yi)停留在(zai)反(fan)應(ying)器(qi)內，可以將其作(zuo)為壹種(zhong)特(te)殊形式(shi)的生(sheng)物膜(mo)。微(wei)生(sheng)物的數量(liang)和活(huo)性(xing)也(ye)由於(yu)汙泥(ni)顆(ke)粒化的作(zuo)用(yong)得到(dao)了(le)更(geng)好的積累(lei)和發(fa)揮(hui)，另外顆(ke)粒汙泥(ni)中有豐(feng)富(fu)的微(wei)生(sheng)物群(qun)，構成了(le)的代(dai)謝網，在(zai)很(hen)好地(di)保護(hu)微(wei)生(sheng)物的同時(shi)，也(ye)為生(sheng)物反(fan)應器(qi)的運(yun)行提供了(le)重要(yao)基礎條(tiao)件(jian)，這個作(zuo)用(yong)是任何微(wei)生(sheng)物個體都(dou)不(bu)能(neng)單獨產生(sheng)的〔18, 19, 20〕。方(fang)芳(fang)等〔21〕成(cheng)功地(di)在 SBR 反(fan)應器(qi)中對好氧汙泥(ni)實(shi)現(xian)了(le)顆(ke)粒化處理(li)，並(bing)使用(yong)所(suo)制得(de)的好氧顆(ke)粒汙泥(ni)共(gong)代(dai)謝降解含(han)甲基叔(shu)丁基醚的廢(fei)水(shui)，取(qu)得(de)了(le)良好的降(jiang)解效(xiao)果。Hanmin Zhang 等〔22〕的研(yan)究(jiu)表(biao)明，通(tong)過97 d 馴(xun)化得到(dao)的好養顆(ke)粒汙泥(ni)對(dui)石(shi)化廢水具(ju)有(you)良好的降(jiang)解性(xing)能(neng)，結(jie)合共(gong)代(dai)謝作用(yong)，發現(xian)好氧顆(ke)粒汙泥(ni)相(xiang)對(dui)其他形態的微(wei)生(sheng)物在(zai)處理(li)石(shi)化廢水上(shang)具(ju)有(you)更(geng)好的效(xiao)果。

3.2 生(sheng)長(chang)基質的選(xuan)擇(ze)
 
養殖廢(fei)水(shui)脫氮處理(li)新技術(shu)介紹和設備說(shuo)明

酶(mei)誘導(dao)理(li)論(lun)中指(zhi)出(chu)，關鍵酶(mei)的誘導(dao)合成是生(sheng)長(chang)基質與操(cao)作(zuo)子以及抑(yi)制子之間的相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)，並通(tong)過開啟(qi)mRNA 來(lai)實(shi)現(xian)的〔23, 24〕。張錫輝等〔25〕推導(dao)建(jian)立了(le)綜(zong)合性(xing)數學(xue)模型，該模型以關鍵酶(mei)為中心(xin)，利用(yong)非專壹性(xing)關(guan)鍵酶(mei)的產(chan)生(sheng)以及在反應(ying)中的作(zuo)用(yong)表示(shi)共(gong)代(dai)謝的整(zheng)個過(guo)程，其過(guo)程用(yong)反應(ying)式(shi)表(biao)達如下(xia)：

關鍵(jian)酶(mei)的誘導(dao)合成：→E

生(sheng)長(chang)基質的利(li)用(yong)：E+S→E+PS

非生(sheng)長(chang)基質的共(gong)代(dai)謝：E+C→E+PC

關鍵(jian)酶(mei)的毒(du)性(xing)抑(yi)制：E+PC→E’

關(guan)鍵(jian)酶(mei)的修(xiu)復：E’→E

關(guan)鍵(jian)酶(mei)的自然(ran)老(lao)化降解：E→

其(qi)中，E 代表(biao)關(guan)鍵酶(mei)，S 代(dai)表生(sheng)長(chang)基質，C 代(dai)表(biao)非生(sheng)長(chang)基質，PS 代(dai)表(biao)生(sheng)長(chang)基質與關(guan)鍵(jian)酶(mei)反(fan)應的產(chan)物，PC 代(dai)表非生(sheng)長(chang)基質與關(guan)鍵(jian)酶(mei)反(fan)應的產(chan)物，E’代(dai)表受(shou)毒性(xing)抑(yi)制而失(shi)活的關(guan)鍵(jian)酶(mei)。

微(wei)生(sheng)物在(zai)生(sheng)長(chang)基質的誘導(dao)下(xia)所(suo)產生(sheng)的關(guan)鍵(jian)酶(mei)，在(zai)整個共(gong)代(dai)謝反應(ying)過(guo)程中會起(qi)到(dao)十(shi)分重要(yao)的作(zuo)用(yong)，因此選(xuan)擇(ze)合適的生(sheng)長(chang)基質直接決(jue)定(ding)關鍵(jian)酶(mei)的產(chan)生(sheng)，zui終決(jue)定(ding)整個反(fan)應是否(fou)能進行，即目(mu)標(biao)汙染(ran)物能(neng)否(fou)得到(dao)降(jiang)解或能否(fou)發生(sheng)結(jie)構上的轉(zhuan)變。

選(xuan)擇(ze)生(sheng)長(chang)基質的方(fang)法主(zhu)要有(you)兩種，壹是選(xuan)擇(ze)易(yi)降(jiang)解的物質(zhi)作為生(sheng)長(chang)基質。這(zhe)主(zhu)要是由(you)於(yu)目(mu)標(biao)汙染(ran)物（非生(sheng)長(chang)基質）大(da)多(duo)數是難(nan)降解物質(zhi)，當(dang)只(zhi)存在(zai)目(mu)標(biao)汙染(ran)物時(shi)，整個反(fan)應系(xi)統(tong)容(rong)易(yi)出(chu)現營養物質(zhi)不(bu)足，微(wei)生(sheng)物的生(sheng)長(chang)受到(dao)抑(yi)制的情況(kuang)。通(tong)過添(tian)加壹(yi)些易(yi)降(jiang)解的物質(zhi)，為微(wei)生(sheng)物生(sheng)長(chang)提供營養來(lai)提高反(fan)應(ying)體系(xi)中微(wei)生(sheng)物的活(huo)性(xing)，進而提高共(gong)代(dai)謝的處(chu)理(li)效(xiao)果。但不(bu)同易(yi)降(jiang)解物質(zhi)對共(gong)代(dai)謝的促進作(zuo)用(yong)也不(bu)盡相同。李(li)惠娣(di)等(deng)〔26〕在研(yan)究(jiu)四(si)氯乙烯(xi)的厭氧生(sheng)物降(jiang)解過(guo)程中，分別(bie)用(yong)葡萄(tao)糖、乳酸(suan)鹽(yan)和醋酸(suan)鹽(yan)作(zuo)為共(gong)代(dai)謝基質，結(jie)果發現(xian)添(tian)加共(gong)代(dai)謝基質後，四(si)氯乙烯(xi)的降(jiang)解速率(lv)均(jun)會(hui)加快，其中添(tian)加乳酸(suan)鹽(yan)後體系(xi)的降(jiang)解速率(lv)增加zui多(duo)，乳酸(suan)鹽(yan)被(bei)認為是該反應(ying)中zui合適的共(gong)代(dai)謝基質。

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二(er)是根(gen)據非生(sheng)長(chang)基質的結(jie)構特點(dian)來(lai)選(xuan)擇(ze)。當(dang)某種物質(zhi)與目(mu)標(biao)汙染(ran)物的分子骨架(jia)結(jie)構類似(si)時，將這種(zhong)物質(zhi)作為生(sheng)長(chang)基質，可(ke)能(neng)會誘導(dao)微(wei)生(sheng)物產(chan)生(sheng)非專壹性(xing)關(guan)鍵酶(mei)。因此在某些情況(kuang)下(xia)可選(xuan)擇(ze)非生(sheng)長(chang)基質的類(lei)似(si)物或非生(sheng)長(chang)基質的中間代謝產物作(zuo)為生(sheng)長(chang)基質來(lai)達到(dao)誘導(dao)微(wei)生(sheng)物產(chan)生(sheng)關(guan)鍵(jian)酶(mei)，對(dui)目(mu)標(biao)汙染(ran)物進行降(jiang)解。任大軍等〔27〕研究(jiu)發(fa)現(xian)，由於(yu)苯(ben)酚(fen)、喹啉與吲(yin)哚(duo)在(zai)結(jie)構上部分相(xiang)似(si)，都(dou)有(you)—OH 或—NH2 基團，在(zai)降(jiang)解吲(yin)哚(duo)時(shi)以苯(ben)酚(fen)和喹啉作(zuo)為生(sheng)長(chang)基質，可(ke)以增加白腐菌(jun)的漆(qi)酶(mei)產(chan)量(liang)，進而提高吲(yin)哚(duo)的降(jiang)解率(lv)。

3.3 生(sheng)長(chang)基質與非生(sheng)長(chang)基質的投(tou)加比(bi)
 
微(wei)生(sheng)物在(zai)生(sheng)長(chang)基質誘導(dao)下(xia)產生(sheng)的關(guan)鍵(jian)酶(mei)是整(zheng)個共(gong)代(dai)謝反應(ying)所(suo)必(bi)需(xu)的，微(wei)生(sheng)物只(zhi)有(you)在(zai)消耗(hao)生(sheng)長(chang)基質的同時(shi)才(cai)能對(dui)非生(sheng)長(chang)基質進行降(jiang)解，因此，生(sheng)長(chang)基質和非生(sheng)長(chang)基質之(zhi)間必(bi)然(ran)存在(zai)壹定(ding)的競(jing)爭(zheng)作(zuo)用(yong)。因此，除(chu)了(le)要(yao)選(xuan)擇(ze)合適的生(sheng)長(chang)基質，控(kong)制好生(sheng)長(chang)基質和非生(sheng)長(chang)基質的投(tou)加比(bi)同樣(yang)重要(yao)。

R. E. Speece 〔28〕通(tong)過研(yan)究(jiu)發(fa)現(xian)，當(dang)生(sheng)長(chang)基質和非生(sheng)長(chang)基質之(zhi)間有抑(yi)制作(zuo)用(yong)時，如許多(duo)由雙(shuang)氧酶(mei)和單(dan)氧酶(mei)催(cui)化的反(fan)應(ying)就(jiu)很可(ke)能存在(zai)競(jing)爭(zheng)性(xing)抑(yi)制作(zuo)用(yong)。此時可以用(yong)具有(you)競(jing)爭(zheng)作(zuo)用(yong)的酶(mei)動(dong)力學來(lai)描(miao)述(shu)共(gong)代(dai)謝作用(yong)的動(dong)力學〔29〕。當(dang)共(gong)代(dai)謝基質作(zuo)為抑(yi)制物時(shi)，可以這樣(yang)表(biao)示(shi)生(sheng)長(chang)基質的利(li)用(yong)情況(kuang)：

式中： ds/dt ———單位(wei)容(rong)積反(fan)應(ying)器(qi)的基質利(li)用(yong)速率(lv)， mg/（L·d）；

S———基質質(zhi)量(liang)濃度，mg/L；

X———細(xi)胞質(zhi)量(liang)濃度，mg/L；

I———抑(yi)制劑(ji)質(zhi)量(liang)濃度，mg/L；

Ki———抑(yi)制系(xi)數，mg/L；

KS———半(ban)飽和系(xi)數，mg/L；

Kmax———比(bi)基質利(li)用(yong)速率(lv)，g/（g·d）。

從模型中可以看(kan)出，隨(sui)著生(sheng)長(chang)基質濃度和非生(sheng)長(chang)基質濃度發生(sheng)變化，生(sheng)長(chang)基質的實(shi)際利(li)用(yong)速率(lv)與zui大(da)反(fan)應(ying)速率(lv)也相應(ying)發(fa)生(sheng)變化。因此，共(gong)代(dai)謝化合物的利(li)用(yong)速率(lv)必(bi)須(xu)通(tong)過維持適當(dang)的生(sheng)長(chang)基質濃度來(lai)達到(dao)優(you)化〔30, 31, 32, 33〕。I. M. Rivas 等〔34〕在用(yong)苯(ben)作(zuo)為降解噻(sai)吩的生(sheng)長(chang)基質時(shi)發(fa)現，當(dang)體系(xi)中存在(zai)較高濃度的苯(ben)時(shi)，會誘導(dao)微(wei)生(sheng)物產(chan)生(sheng)較高濃度的關(guan)鍵(jian)酶(mei)，從(cong)而使噻(sai)吩的降(jiang)解速率(lv)提高。M. H. Kim 等(deng)〔35〕報道(dao)了(le)壹(yi)株不(bu)動(dong)桿(gan)菌在以苯(ben)為碳源(yuan)的情況(kuang)下(xia)降解3-氯苯(ben)酚(fen)和4-氯苯(ben)酚(fen)，發(fa)現底(di)物中苯(ben)和3-氯苯(ben)酚(fen)、4-氯苯(ben)酚(fen)的比(bi)例(li)是決(jue)定(ding)汙染(ran)物是否(fou)*降解的關(guan)鍵(jian)性(xing)因素(su)。