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一体化污水处理设备介绍

编辑:无锡市盛毅慧环保机械有限公司时间:2018-12-17

剩余污泥中部分细菌能够在厌氧条件下以腐殖质或腐殖质模式物AQDS作为终端电子受体,通过氧化有机底物(如糖原、乙酸、甲酸等)或H2,进行腐殖质氧化还原,从而参与细菌呼吸代谢过程.目前发现具有腐殖质或醌参与呼吸功能的微生物主要集中在地杆菌属(Geobacter)和希瓦氏菌属(Shewanella), 具体包括Fe3+还原菌、硝酸盐还原菌、脱亚硫酸菌、发酵性细菌和嗜热产甲烷菌等.研究表明,厌氧条件下腐殖质可作为电子中间体促进难降解有机物(如偶氮染料活性红、四氯化碳)和Fe3+等转化;同时,电子传递过程会产生能量,支持菌体生长.图 1显示了腐殖质作为电子受体/中间体的作用机制.  图 1腐殖质作为电子受体/中间体的作用机制  总之,因腐殖质含诸多复杂官能团和电子传递机制的存在,腐殖质无疑会参与污泥厌氧消化反应过程,势必影响酶促水解反应、厌氧消化底物分解/合成、微生物生理代谢等.  3 腐殖质对污泥厌氧消化过程的影响  腐殖质对厌氧消化过程的影响在不同阶段表现不同,可能呈现出完全不同的影响.正影响自然不必担心,而负影响就是副作用、甚至是抑制作用.因此,首先需要全面了解腐殖质对厌氧消化全过程的不同影响,以制定消除负作用或者解除抑制作用的技术路线.  3.1 水解阶段  水解是厌氧消化的限速步骤.污泥中腐殖质含量虽然较少,但一旦出现则会抑制蛋白质酶、脂肪酶和纤维素酶活性,导致厌氧消化水解效率降低、后续产酸和产甲烷阶段延迟.研究表明,结晶纤维素(Avicel)单独进行厌氧消化水解效率为78%,添加5.0 g·L-1腐殖质后结晶纤维素厌氧消化水解效率可降低50%.也有研究显示,当厌氧消化系统未添加腐殖质时,纤维素(Sigmacell type 50)水解效率为6%,当腐殖质添加浓度提高至0.5 g·L-1时,纤维素水解几乎被完全抑制;腐殖质对于三丁酸甘油酯水解抑制率约为10%~50%.有学者尝试采用紫外分光光度法探究水溶性腐殖质对链霉蛋白酶水解底物L-亮氨酸-4-硝基苯胺E的影响,发现当水解底物浓度为150~450 mg·L-1时,约22.7%的蛋白酶活性被腐殖质抑制.  腐殖质主要通过共价键作用、静电网捕作用、化学平衡作用等方式抑制污泥厌氧消化有机底物水解过程,具体如图 2所示.  图 2腐殖质抑制有机物水解作用机理  3.1.1 共价键作用  水解酶碰撞反应物分子频率和超越活化能(屏障)而有效碰撞的机会决定了水解反应进行的速度.腐殖质通过共价键方式与水解酶发生作用;腐殖质所含羧基、酚羟基与水解酶氨基相互连结,从而减少、阻碍了水解酶与反应物碰撞频率,使厌氧消化水解速度和效率降低.研究表明,腐殖质酚羟基含量越多,其对苹果酸酶亲和性就越好(亲和系数Km小);腐殖质会优先与酶相互结合,阻碍其它有机底物与酶活性点位接触,从而抑制水解酶的催化作用.更多研究显示,腐殖质会抑制胰蛋白酶水解苯甲酰精氨酸乙酯(BAEE)66%~68%的活性;腐殖质还会抑制羧肽酶水解苄氧羰基甘氨酰基苯丙氨酸(Z-gly-phe)66%~74%的活性;但是,当两者水解酶氨基被乙酰化后,酶活性并未受到抑制.  3.1.2 静电网捕作用  腐殖质相互交联具有空隙网状结构,能够捕获和包裹各种有机物、无机物和水分子,因此,腐殖质会阻碍水解酶与复杂有机物接触.研究显示,通过气相色谱-质谱联用、核磁共振等技术证实了复杂难溶蛋白质颗粒或水解酶容易被腐殖质网状结构所包裹,物质不容易进出,从而阻止有机物与水解酶接触,减少有机物水解效率.也有研究人员采用动电光散射、滴定仪、微热量等技术证实了在静电和疏水作用下,蛋白质被包裹在腐殖质内部结构之中.脂质分子具有非极性疏水性,分子量小于蛋白质、糖类,不能形成聚合物(王镜岩等,2008).因此,腐殖质对脂质的包裹作用较蛋白质、糖类要小.更多研究表明,胞外聚合物(EPS)中腐殖质含量约为25 mg·L-1,其中,粘性层(zui外层)腐殖质含量约占67%;EPS所含腐殖质多数存在于粘性层,因此,会包裹细胞,阻碍外界水解酶对内层蛋白质、多糖水解.  腐殖质与水解酶质量比会影响结合物分子表面所带电荷量.当比值小于等电点质量比,分子间以静电作用力为主,水解酶被腐殖质包裹,使得底物不易接触到酶活性位点,导致酶活性下降.当比值大于等电点质量比,因结合多余腐殖质导致分子之间存在静电排斥作用,此时疏水作用开始发挥;当疏水作用不足以克服静电排斥力时就会导致部分水解酶游离,促使水解酶部分活性位点裸露出来,增强酶活性;反之,水解酶仍被包被,导致酶活性不变或下降.  3.1.3 化学平衡作用  随着厌氧消化过程进行,系统中溶解性腐殖质浓度会不断积累.根据化学平衡原理,溶解性腐殖质浓度升高会阻碍难溶性有机聚合物(蛋白质、糖类、脂质等)向溶解性有机物方向水解.此外,位于酶活性中心的金属离子(如Fe3+、Zn2+、Cu2+、Ni2+等)是酶的重要组成部分,腐殖质存在可能会与这些金属离子发生络合、螯合、吸附反应,减少活性中心与底物接触,改变酶结构,从而抑制酶活性.

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