一體化污水處理設(shè)備為什么選擇中科貝特環(huán)保

剩余污泥中部分細(xì)菌能夠在厭氧條件下以腐殖質(zhì)或腐殖質(zhì)模式物AQDS作為終端電子受體，通過氧化有機(jī)底物(如糖原、乙酸、甲酸等)或H2，進(jìn)行腐殖質(zhì)氧化還原，從而參與細(xì)菌呼吸代謝過程.目前發(fā)現(xiàn)具有腐殖質(zhì)或醌參與呼吸功能的微生物主要集中在地桿菌屬(Geobacter)和希瓦氏菌屬(Shewanella), 具體包括Fe3+還原菌、硝酸鹽還原菌、脫亞硫酸菌、發(fā)酵性細(xì)菌和嗜熱產(chǎn)甲烷菌等.研究表明，厭氧條件下腐殖質(zhì)可作為電子中間體促進(jìn)難降解有機(jī)物(如偶氮染料活性紅、四氯化碳)和Fe3+等轉(zhuǎn)化;同時，電子傳遞過程會產(chǎn)生能量，支持菌體生長.圖 1顯示了腐殖質(zhì)作為電子受體/中間體的作用機(jī)制.

　　圖 1腐殖質(zhì)作為電子受體/中間體的作用機(jī)制

　　總之，因腐殖質(zhì)含諸多復(fù)雜官能團(tuán)和電子傳遞機(jī)制的存在，腐殖質(zhì)無疑會參與污泥厭氧消化反應(yīng)過程，勢必影響酶促水解反應(yīng)、厭氧消化底物分解/合成、微生物生理代謝等.

　　3 腐殖質(zhì)對污泥厭氧消化過程的影響

　　腐殖質(zhì)對厭氧消化過程的影響在不同階段表現(xiàn)不同，可能呈現(xiàn)出*不同的影響.正影響自然不必?fù)?dān)心，而負(fù)影響就是副作用、甚至是抑制作用.因此，首先需要全面了解腐殖質(zhì)對厭氧消化全過程的不同影響，以制定消除負(fù)作用或者解除抑制作用的技術(shù)路線.

　　3.1 水解階段

　　水解是厭氧消化的限速步驟.污泥中腐殖質(zhì)含量雖然較少，但一旦出現(xiàn)則會抑制蛋白質(zhì)酶、脂肪酶和纖維素酶活性，導(dǎo)致厭氧消化水解效率降低、后續(xù)產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段延遲.研究表明，結(jié)晶纖維素(Avicel)單獨(dú)進(jìn)行厭氧消化水解效率為78%，添加5.0 g·L-1腐殖質(zhì)后結(jié)晶纖維素厭氧消化水解效率可降低50%.也有研究顯示，當(dāng)厭氧消化系統(tǒng)未添加腐殖質(zhì)時，纖維素(Sigmacell type 50)水解效率為6%，當(dāng)腐殖質(zhì)添加濃度提高至0.5 g·L-1時，纖維素水解幾乎被*抑制;腐殖質(zhì)對于三丁酸甘油酯水解抑制率約為10%~50%.有學(xué)者嘗試采用紫外分光光度法探究水溶性腐殖質(zhì)對*水解底物L(fēng)-*-4-硝基苯胺E的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水解底物濃度為150~450 mg·L-1時，約22.7%的蛋白酶活性被腐殖質(zhì)抑制.

　　腐殖質(zhì)主要通過共價鍵作用、靜電網(wǎng)捕作用、化學(xué)平衡作用等方式抑制污泥厭氧消化有機(jī)底物水解過程，具體如圖 2所示.

　　圖 2腐殖質(zhì)抑制有機(jī)物水解作用機(jī)理

　　3.1.1 共價鍵作用

　　水解酶碰撞反應(yīng)物分子頻率和超越活化能(屏障)而有效碰撞的機(jī)會決定了水解反應(yīng)進(jìn)行的速度.腐殖質(zhì)通過共價鍵方式與水解酶發(fā)生作用;腐殖質(zhì)所含羧基、酚羥基與水解酶氨基相互連結(jié)，從而減少、阻礙了水解酶與反應(yīng)物碰撞頻率，使厭氧消化水解速度和效率降低.研究表明，腐殖質(zhì)酚羥基含量越多，其對蘋果酸酶親和性就越好(親和系數(shù)Km小);腐殖質(zhì)會優(yōu)先與酶相互結(jié)合，阻礙其它有機(jī)底物與酶活性點(diǎn)位接觸，從而抑制水解酶的催化作用.更多研究顯示，腐殖質(zhì)會抑制*水解苯甲酰*乙酯(BAEE)66%~68%的活性;腐殖質(zhì)還會抑制羧肽酶水解芐氧羰基甘氨?；?(Z-gly-phe)66%~74%的活性;但是，當(dāng)兩者水解酶氨基被乙?；螅富钚圆⑽词艿揭种?

　　3.1.2 靜電網(wǎng)捕作用

　　腐殖質(zhì)相互交聯(lián)具有空隙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠捕獲和包裹各種有機(jī)物、無機(jī)物和水分子，因此，腐殖質(zhì)會阻礙水解酶與復(fù)雜有機(jī)物接觸.研究顯示，通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、核磁共振等技術(shù)證實(shí)了復(fù)雜難溶蛋白質(zhì)顆粒或水解酶容易被腐殖質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所包裹，物質(zhì)不容易進(jìn)出，從而阻止有機(jī)物與水解酶接觸，減少有機(jī)物水解效率.也有研究人員采用動電光散射、滴定儀、微熱量等技術(shù)證實(shí)了在靜電和疏水作用下，蛋白質(zhì)被包裹在腐殖質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之中.脂質(zhì)分子具有非極性疏水性，分子量小于蛋白質(zhì)、糖類，不能形成聚合物(王鏡巖等，2008).因此，腐殖質(zhì)對脂質(zhì)的包裹作用較蛋白質(zhì)、糖類要小.更多研究表明，胞外聚合物(EPS)中腐殖質(zhì)含量約為25 mg·L-1，其中，粘性層(zui外層)腐殖質(zhì)含量約占67%;EPS所含腐殖質(zhì)多數(shù)存在于粘性層，因此，會包裹細(xì)胞，阻礙外界水解酶對內(nèi)層蛋白質(zhì)、多糖水解.

　　腐殖質(zhì)與水解酶質(zhì)量比會影響結(jié)合物分子表面所帶電荷量.當(dāng)比值小于等電點(diǎn)質(zhì)量比，分子間以靜電作用力為主，水解酶被腐殖質(zhì)包裹，使得底物不易接觸到酶活性位點(diǎn)，導(dǎo)致酶活性下降.當(dāng)比值大于等電點(diǎn)質(zhì)量比，因結(jié)合多余腐殖質(zhì)導(dǎo)致分子之間存在靜電排斥作用，此時疏水作用開始發(fā)揮;當(dāng)疏水作用不足以克服靜電排斥力時就會導(dǎo)致部分水解酶游離，促使水解酶部分活性位點(diǎn)裸露出來，增強(qiáng)酶活性;反之，水解酶仍被包被，導(dǎo)致酶活性不變或下降.

　　3.1.3 化學(xué)平衡作用

　　隨著厭氧消化過程進(jìn)行，系統(tǒng)中溶解性腐殖質(zhì)濃度會不斷積累.根據(jù)化學(xué)平衡原理，溶解性腐殖質(zhì)濃度升高會阻礙難溶性有機(jī)聚合物(蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)等)向溶解性有機(jī)物方向水解.此外，位于酶活性中心的金屬離子(如Fe3+、Zn2+、Cu2+、Ni2+等)是酶的重要組成部分，腐殖質(zhì)存在可能會與這些金屬離子發(fā)生絡(luò)合、螯合、吸附反應(yīng)，減少活性中心與底物接觸，改變酶結(jié)構(gòu)，從而抑制酶活性.