比较不同的粒状固体作为生物膜载体

比较不同的粒状固体作为生物膜载体

Szilvia Tarjányi-Szikora a, József Oláh a, Magdolna Makóa, György Palkóa, Katalin Barkács b,⁎, Gyula Záray b

布达佩斯污水厂有限公司，AsztalosS·U4，H-1087布达佩斯，匈牙利

合作研究罗兰大学中心环境科学，Pázmány Péter sétány/A，H-1117布达佩斯，匈牙利

文章历史：

收录至2011年12月20日

在修订后的表格2012年3月28日收到

接受2012年5月25日

可在线2012年6月6日

关键词：好氧污水处理生物膜支架脱氢酶活性脱氮除磷

摘要：

检测城市污水中生长在三个不同的载体（Biolite™，Perl的™和沸石）的生物膜，其生化特性如脱氢酶活性（DHA）并对脱氮除磷效率进行了研究。人工载体Biolite™和Perl™从陶瓷和玻璃废弃物中产生，分别对载体的物理化学性质，如比表面积，组合物，亚甲基蓝和蛋白质的吸附能力进行了测定。

根据DHA的值，确定每个载体有两种不同的定植时期。在第一个45天，DHA 的值分别为0.1和0.9毫克TPF/克干燥载体，并与化学氧气一起变化需求和入流的废水的总凯氏氮比。在此期间，对生物膜Biolite™拥有比那些生长在Perl™和沸石更强的脱氢酶的活性。第45天之后，所述DHA的值增加，分别为约3倍以上的每个载体上。在这两个时期的定植，在人工载体上生长的生物膜的DHA 值比沸石的高。

在市政污水处理实验比较生物膜载体和活性污泥总有机碳总量（TOC）总氮（TN），总磷（TP）的去除率。生长在人工载体生物膜的情况下更有效的去除营养物。Perl™载体上的生物膜很成功地去除有机物的。由于活性硝化过程活性污泥有最高的总碳和NH4+-N去除率，而比起活性污泥法，生物膜有更有效的总氮和总磷去除率。由于氧扩散进入生物膜层被限制为约40微米，在一些研究，可以同时发生氧和厌氧转化过程，这意味着反硝化和硝化可以存在于同一时间，与此同时在情况下的活性污泥的需氧转化过程是主要的。之间的生物膜载体上的DHA 和TN去除数据表明在废水处理技术中人工载体是比天然沸石更有前途。

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1．简介

如今，生物膜被用于许多废水处理技术，作为生物膜系统有许多优点超过传统活性污泥法。高生物量浓度，好的有机物和营养物去除效率，耐水质波动（温度，pH值，和有毒化合物），操作灵活，和较低的剩余污泥产量是生物膜系统的一些优点[1]。

生物膜是微生物群落，细菌，真菌和原虫生活在一起的固体表面。微生物产生胞聚合物（EPS），对于稳定和基板处的细菌有责任。EPS的主要成分（多糖，蛋白质的主要成分，核酸和脂质）决定了生物膜的许多重要性质如密度，孔隙率，扩散率，强度，弹性和代谢活性[2]。该EPS可以吸附和累积无机和有机化合物，如重金属[3]，多环芳烃，氯酚和农药[4]。

在过去的二十年中，大量的微观分析技术用于表征生物膜结构开发[5]。最传统的技术是电镜，但使用的传输电子显微镜（TEM）或扫描电子显微镜（SEM）观察生物膜形态和性情，也可以研究。共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）也已被许多研究人员生产生物膜的3D照片。这些方法是非常有用的和提供信息的，但它的缺点是对一个小废水的实验室过于昂贵。

一些生化方法（酶的活性测试）也已经经常有效的应用于研究生物膜。生物有机化合物的氧化是由许多不同的细胞内和细胞特异性的脱氢酶介导的脱氢工艺。所有活的微生物具有脱氢酶活性（DHA）;因此推测，DHA反映微生物活性。DHA的确定是基于氧化还原敏感的四唑鎓指标的反应。各种化学化合物应用于此目的：三苯基四氮唑氯（TTC）[6]，2-（对-碘苯基）-3-（对硝基苯基）-5-苯基四唑鎓氯化物（INT）[7]或5-氰基2,3-二甲苯基四氮唑氯（CTC）[8]。这些四唑化合物是无色的，还原后它们被转化成不溶于水的红色着色单碱，可以通过分光光度法进行量化。脱氢酶活性试验用于活细胞的活性测定，因为它的灵敏度和简单所以是广泛使用的生化方法之一。有许多关于脱氢酶定量在土壤中的活动和沉积物的出版物[9-12]，在好氧活性污泥[13-15]，以及在厌氧污泥[16,17]。

不同的天然以及人造的固体物质可被用作生物膜载体。天然的载体是如石头，河岸的部分河流植物，人工载体大多是诸如聚乙烯的聚合物，聚丙烯或聚氨酯。表征生物膜载体中，最重要的媒体特性如密度，耐久性，具体表面积，表面粗糙度和孔隙率，床空隙的百分比空间和吸附性能等主要测试的。细菌的表面电荷通常是负的，因此，如果一个较高量的正电荷的亚甲蓝吸附载体，可以预期有更少的细菌的附着。蛋白质是EPS的一部分，因此，如果有更多的蛋白质由载体为界，更多的细菌也可被吸附在其上[18]。虽然生物膜的结构是一个非常重要的参数，它是更常见的确定-作为最简单的方法以研究生物膜定植于不同载体-总生物膜的量。很多众所周知的物理（质量，密度，厚度）和物理化学（TOC和COD）参数也适用于定义[19]。

水相的一些物理化学性质，例如基材的质量和浓度，也可能影响生物膜的结构。萨缪尔森和Kirchman[20]对固体表面特性，吸附有机物，附着细菌生长之间的关系进行了检查，采用聚乙烯和硼硅玻璃作为生物膜载体。假单胞菌应变S9被用作测试生物体，施加的蛋白是存在于所有自养生物的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（RuBPCase）。未经RuBP羧化酶对疏水聚乙烯表面更高的

细胞数进行定量，但是当表面被涂覆有RuBP羧化酶，亲水性的玻璃表面会附着更多的细胞，并且随着生物量生长速率上升而增加吸附的蛋白质的量。

对载体的研究，其附着生物量在参数值表征废水的净化状态的影响往往是确定的。因此，进行了量化的生物膜的情况下碳，氮和磷的去除率，对七个不同载体由Nacheva等人[1]使用连续下流式反应器，采用不同的有机（0.8-6.0gCOD米-2D-1）和氮气负荷（NH4+-N：0.17-1.28GM-2D-1，TN：

0.21-1.55GM-2D-1），以及作为溶解氧浓度（2-5毫克/升）。被测材料是陶瓷

球体，粉碎tezontle ，谷物低和高密度的聚乙烯，聚乙烯胶带，聚丙烯和立方体聚氨酯。最好的COD去除率在聚乙烯反应器载体，在更高的负荷下，最佳的氮和磷的去除是填充有聚氨酯的反应器得到（75％，分别为50％和67％）。

不同尺寸的聚氨酯海绵在用作生物膜载体通过Nguyen等人进行了成功的应用[21]。反应器也在厌氧、好氧条件下的操作过。在一个中型海绵和在有氧条件的情况下生物质的生长和污染物的去除效率最好，（因此>90％的TOC，95％的COD，65％总氮和总磷减少90％达到下除去率显著改善）。

本研究的目的是调查一种天然和两种不同的人造无机材料作为生物膜的载体。对一些物理化学性质，如比表面积，组合物，亚甲基蓝和蛋白质的吸附能力进行了比较。定植时的细菌，对生物膜脱氢酶的酶活性和生物膜活性与废水的化学成分的相关性进行研究。比较营养去除批实验确定了用了生物膜法的城市污水中碳，氮，磷的去除效率与不同的载体和活性污泥相关。

N：样本数。

2.材料与方法

2.1 化学制品

牛血清白蛋白（BSA），三苯基四氮唑氯（TTC），triphenil-甲（TPF）和丁醇（默克公司，德国），亚甲基蓝（MB），乙酸钠，亚硫酸钠，氯化铵，KH2PO4，K2HPO4和磷酸氢二钠·7H2O（Reanal私人有限公司，匈牙利）的应用。所有化学试剂均为分析纯试剂。