养殖废水脱氮处理新技术介绍和设备说明

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对于某些微生物存在的生长周期长、细胞产率低、降解物质速率慢等问题，通过驯化出包含该微生物的好氧颗粒污泥可以得到很好的解决。好氧颗粒污泥是指微生物在一定的外界环境影响下，相互之间通过聚合而形成的相对于普通污泥具有更高活性的粒状聚合体。由于颗粒污泥的沉降性能好，经过沉降作用容易停留在反应器内，可以将其作为一种特殊形式的生物膜。微生物的数量和活性也由于污泥颗粒化的作用得到了更好的积累和发挥，另外颗粒污泥中有丰富的微生物群，构成了的代谢网，在很好地保护微生物的同时，也为生物反应器的运行提供了重要基础条件，这个作用是任何微生物个体都不能单独产生的〔18, 19, 20〕。方芳等〔21〕成功地在 SBR 反应器中对好氧污泥实现了颗粒化处理，并使用所制得的好氧颗粒污泥共代谢降解含甲基叔丁基醚的废水，取得了良好的降解效果。Hanmin Zhang 等〔22〕的研究表明，通过97 d 驯化得到的好养颗粒污泥对石化废水具有良好的降解性能，结合共代谢作用，发现好氧颗粒污泥相对其他形态的微生物在处理石化废水上具有更好的效果。

3.2 生长基质的选择
 
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酶诱导理论中指出，关键酶的诱导合成是生长基质与操作子以及抑制子之间的相互作用，并通过开启mRNA 来实现的〔23, 24〕。张锡辉等〔25〕推导建立了综合性数学模型，该模型以关键酶为中心，利用非专一性关键酶的产生以及在反应中的作用表示共代谢的整个过程，其过程用反应式表达如下：

关键酶的诱导合成：→E

生长基质的利用：E+S→E+PS

非生长基质的共代谢：E+C→E+PC

关键酶的毒性抑制：E+PC→E’

关键酶的修复：E’→E

关键酶的自然老化降解：E→

其中，E 代表关键酶，S 代表生长基质，C 代表非生长基质，PS 代表生长基质与关键酶反应的产物，PC 代表非生长基质与关键酶反应的产物，E’代表受毒性抑制而失活的关键酶。

微生物在生长基质的诱导下所产生的关键酶，在整个共代谢反应过程中会起到十分重要的作用，因此选择合适的生长基质直接决定关键酶的产生，zui终决定整个反应是否能进行，即目标污染物能否得到降解或能否发生结构上的转变。

选择生长基质的方法主要有两种，一是选择易降解的物质作为生长基质。这主要是由于目标污染物（非生长基质）大多数是难降解物质，当只存在目标污染物时，整个反应系统容易出现营养物质不足，微生物的生长受到抑制的情况。通过添加一些易降解的物质，为微生物生长提供营养来提高反应体系中微生物的活性，进而提高共代谢的处理效果。但不同易降解物质对共代谢的促进作用也不尽相同。李惠娣等〔26〕在研究四氯乙烯的厌氧生物降解过程中，分别用葡萄糖、乳酸盐和醋酸盐作为共代谢基质，结果发现添加共代谢基质后，四氯乙烯的降解速率均会加快，其中添加乳酸盐后体系的降解速率增加zui多，乳酸盐被认为是该反应中zui合适的共代谢基质。

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二是根据非生长基质的结构特点来选择。当某种物质与目标污染物的分子骨架结构类似时，将这种物质作为生长基质，可能会诱导微生物产生非专一性关键酶。因此在某些情况下可选择非生长基质的类似物或非生长基质的中间代谢产物作为生长基质来达到诱导微生物产生关键酶，对目标污染物进行降解。任大军等〔27〕研究发现，由于苯酚、喹啉与吲哚在结构上部分相似，都有—OH 或—NH2 基团，在降解吲哚时以苯酚和喹啉作为生长基质，可以增加白腐菌的漆酶产量，进而提高吲哚的降解率。

3.3 生长基质与非生长基质的投加比
 
微生物在生长基质诱导下产生的关键酶是整个共代谢反应所必需的，微生物只有在消耗生长基质的同时才能对非生长基质进行降解，因此，生长基质和非生长基质之间必然存在一定的竞争作用。因此，除了要选择合适的生长基质，控制好生长基质和非生长基质的投加比同样重要。

R. E. Speece 〔28〕通过研究发现，当生长基质和非生长基质之间有抑制作用时，如许多由双氧酶和单氧酶催化的反应就很可能存在竞争性抑制作用。此时可以用具有竞争作用的酶动力学来描述共代谢作用的动力学〔29〕。当共代谢基质作为抑制物时，可以这样表示生长基质的利用情况：

式中： ds/dt ———单位容积反应器的基质利用速率， mg/（L·d）；

S———基质质量浓度，mg/L；

X———细胞质量浓度，mg/L；

I———抑制剂质量浓度，mg/L；

Ki———抑制系数，mg/L；

KS———半饱和系数，mg/L；

Kmax———比基质利用速率，g/（g·d）。

从模型中可以看出，随着生长基质浓度和非生长基质浓度发生变化，生长基质的实际利用速率与zui大反应速率也相应发生变化。因此，共代谢化合物的利用速率必须通过维持适当的生长基质浓度来达到优化〔30, 31, 32, 33〕。I. M. Rivas 等〔34〕在用苯作为降解噻吩的生长基质时发现，当体系中存在较高浓度的苯时，会诱导微生物产生较高浓度的关键酶，从而使噻吩的降解速率提高。M. H. Kim 等〔35〕报道了一株不动杆菌在以苯为碳源的情况下降解3-氯苯酚和4-氯苯酚，发现底物中苯和3-氯苯酚、4-氯苯酚的比例是决定污染物是否*降解的关键性因素。