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碱性磷酸酶在点面污染源磷形态转化中的作用研究

谢春生  
【摘要】:水体富营养化是当今世界各国面临的主要环境问题之一。磷是导致水体富营养化的关键因素。流域水体污染物中磷的来源可分为点源和非点源两种途径。城镇污水厂和农业生产分别是两种典型的点源和非点源磷污染物的来源。环境中的磷具有多种形态,不同形态磷的迁移性能和生物可利用性是不一样的,而碱性磷酸酶在磷的形态转换中起着重要的作用。因此本论文研究的主要目的是通过系统研究碱性磷酸酶在磷形态转换中的关系,以阐明沉积物中的可生物利用性磷的来源以及其迁移途径。为此,论文分三个部分展开研究:(1)各种阴阳离子对活性污泥中碱性磷酸酶的影响,着重研究和分析影响碱性磷酸酶活性的因素,(2)建立以SMT法(Standards, Measurements and Testing)为基础的活性污泥形态分析方法,研究在活性污泥生物除磷系统中,碱性磷酸酶与磷形态转换的关系,(3)分析和比较污水厂脱水污泥、农田土壤和水体沉积物等样品中碱性磷酸酶的活性以及磷的形态转换,评估不同形态磷的迁移性能和生物可利用性。 实验结果表明: (1)在污水处理系统各工艺流程中均能检测到碱性磷酸酶的活性。浓度为0-5.Ommol/L的金属离子对碱性磷酸酶的作用有激活、抑制和无明显作用三种情况。Zn2+、Cu2+和Ag+等重金属离子对污泥中的碱性磷酸酶有较强的抑制作用,Mg2+、Co2+、Pb2+和Cr6+对碱性磷酸酶有不同程度的激活作用,而高浓度的Ca2+和Ni2+离子对碱性磷酸酶活性有一定程度的激活作用,但不显著。大部分常见阴离子即使在高浓度的情况下对碱性磷酸酶仍无明显作用,但是磷酸根等含磷物质对碱性磷酸酶有强烈的抑制作用。Cu2+离子对污泥碱性磷酸酶的抑制作用在低浓度的时候可能为非竞争性抑制,但在铜离子浓度较高的时候表现为非竞争与反竞争抑制的混合类型。磷酸根对碱性磷酸酶的作用模式为竞争型抑制。Vmax/Km值可以作为表征污泥中磷酸酶催化能力的有效指标。 (2)污水处理厂的进水水质对污泥中磷的浓度和形态均有重要的影响。在污泥中,无机磷IP和NAIP是主要的磷形态。在不同的生物反应器里面活性污泥的碱性磷酸酶活性主要与总悬浮固体(MLSS)相联系。在同一生物反应器中,碱性磷酸酶活性的升高,往往意味着有机磷的减少和无机磷对磷酸酶活性抑制作用的减弱。而同时,在同一反应器中,碱性磷酸酶的活性和磷的形态分布都比较稳定。 (3)SMT法也适合分析污水处理厂脱水污泥、农田土壤和水体沉积物中磷的形态分布。不同性质样品磷的浓度和形态分类差距很大,在沉积物和生活污水为主的污水处理厂脱水污泥中,NAIP占到IP的60%以上,而在农田土壤样品中,AP比NAIP的含量要高得多。在一个封闭的农业试验田中,从农田土壤到附近水体沉积物,NAIP的含量会不断升高,这个结果也证实了NAIP是最容易发生迁移的磷的形态。污水处理厂脱水污泥样品中NAIP的含量比土壤和沉积物样品要高得多,因此脱水污泥如果农用或者倾倒处置会引起过量的磷流失到水环境中,会大大增加水体富营养化的风险。同时,脱水污泥中的碱性磷酸酶显著比土壤和沉积物中的碱性磷酸酶活性高,这主要是由于脱水污泥中较高的生物量造成的。


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