厌氧发酵污泥中磷酸_酯_酶活性_王正兰

第10卷第2期1989年4月太阳能学报ACT八FNERGI八ESOLARIS51冲Ie八Vol.10,N.2八pr.,1989厌氧发酵污泥中磷酸(酉旨)酶活性王正兰郭明李兰英(_比京市太阳能研究冈动摘要在消化器超负荷进料即将出现消化障碍时,污泥中磷酸酶活性,特别是酸性磷酸酶活性明显增高,它比其它检测指标(如挥发性脂肪酸的积累、pH值的下降等)约提前出现10天,可用它作为厌氧消化障碍的监测指标,也可作为厌氧消化负荷大小的度量。一、月哆舀目前,国内外大型厌氧消化工程由于消化障碍因素的监控预见性不够,一般都采取保守运行,起动过程往往长达半年之久,而现行发酵工艺的监测参数如pH、挥发性脂肪酸浓度和产气等只能表示消化器当时的状态,一旦不慎超过负荷界线就会发生消化障碍,只能任其自然恢复,需耗时数月,或者彻底换料,造成人力、物力和时间的浪费。本工作为解决上述间题,提供了一定的科学依据和手段,能使大中型沼气工程起动加速,稳定而高效运行,及时预示衰退的来临和防止运行失败。厌氧发酵是一个相当复杂的微生物生化过程,微生物的代谢活动,无论是同化或异化作用,都要靠不同的酶促反应来完成。磷酸(醋)酶是水解基质上磷酸基团的酶,其活性与磷酸酶产生菌和产酸菌的数量有很好的相关性山。在厌氧污泥酶活性研究中,发现磷酸(酉旨)酶不但比其它酶类活性高,容易检测到,而且观测到了不稳定状态下厌氧消化污泥中磷酸酶活性的波动叻。N.V·Ashler等对厌氧消化器超负荷进料发生消化障碍进行了研究山,首次提出用厌氧污泥中磷酸(酉旨)酶活性作为预示厌氧消化器运行中出现消化障碍的一项检测指标。本工作对磷酸(醋)酶活性在厌氧消化过程中的变化规律及应用进行了研究。实验证明,厌氧污泥中磷酸(酉旨)酶活性能指示出厌氧消化器承受有机负荷的能力,可以用来预示厌氧消化障碍的发生,也可用来判断消化器的临界负荷。一价考硬卜片-灯妇立一、二7又口卫`一二/J万`、!.消化器的运转实验在两种不同的消化器中进行,一种是推流式消化器,一种是UASB消化器(消化器总容量在1一1.4升),消化器温度维持在3土2℃,在实验开始前,消化器已运转半年以上达2期王正兰等:厌氧发酵污泥中磷酸(醋)酶活性到了稳定。消化器的进料是北京大兴酒厂酒槽洗出液(CODZ一2.5万mg八),实验以递增的COD负荷将进料加入消化器,观测污泥中磷酸酶活性的变化规律,同时监测挥发性脂肪酸的变化及COD负荷与pH、产气、气质、碱度和氨态氮等因素的相关性。2.检测方法酸性和碱性磷酸(醋)酶活性测定:参考文献(3)。挥发性脂肪酸的测定:采用GC一gA型气谱仪,氢火焰检测器,固定相GDx一103。气体组分测定:采用SP~2305气谱仪,热导检测器,固定相TDX一02。VS、pH、COD、NH3一N及碱度的测定:采用常规法。三、结果与讨论1.不同COO负荷活性污泥中酸性和碱性磷酸(酉旨)酶活性的变化图1示出了推流式消化器(即工#反应器)在每个COD负荷下单位VS磷酸(醋)酶活性的变化。当负荷在2.0、4.15和8.24gCOD八·d时,活性污泥中磷酸酶,尤其是酸性磷酸酶活性较低,虽然有波动,但很快又能稳定下来;当COD负荷增到12.24gc0D八·d的第五天,可检测到酸性和碱性磷酸酶活性的显著增加;到第十天酸性和碱性磷酸酶活性大幅度增加并达到高峰,此时酸性磷酸酶活性为5.88召gNP/h·gy。,碱性磷酸酶活性为4.19傀NP/h·gvs。值得注VF月(10’mg/1)pH:自了八O甲成J|门|.||司||ǎ的补钟毛dN望)20406080100负荷(gc0D/’l二d)一时间(天)图1工书反应器在不同COD负荷时磷酸酶活性与VFA、pH的关系(D总挥发酸(2)酸性磷酸酶(3)碱性磷酸酶(4)PH均2太阳能学报10卷犷F月(20’mg八)pH16l412108。06.0ǎ军钾是dZ望)4.02.0(gCooz一d)时间(天)图2UASB反应器在不同COD负荷时磷酸酶活性与VFA、pH的关系(l)总挥发酸(2)酸性磷酸酶(3)碱性磷酸酶(4)pH意的是,酸性磷酸酶活性不仅增加的速率快,而且超过碱性磷酸酶的活性,而pH值和挥发性脂肪酸则表现正常,产气也没有受影响。图2示出了UASB消化器在不同COD负荷时污泥中磷酸(醋)酶活性变化,其变化趋势与推流式消化器相似,只是UASB消化器承受的负荷高,滞留期短,所以表现出酸性和碱性磷酸酶的活性也较高,尤其临近酸败时,酸性和碱性磷酸酶活性增高更明显。2.不同COO负荷对出料中挥发性脂肪酸浓度的影响图3所示是推流式消化器在不同COD负荷时挥发酸的变化曲线。在COD负荷2.0和4.15gCOD八·d时,乙酸、丙酸都呈低水平,没有较高分子的挥发酸;当负荷增至8.2鲍COD八·d时,乙酸、丙酸稍有增加,也有极少量较高分子挥发