pH对增强生物除磷系统酶活性的影响
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生物除磷的过程及影响因素增强性生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal,简称EBPR)也是得到广泛注意的技术,其表现为厌氧状态释放磷的活性污泥在好氧状态下有很强的磷吸收能力,吸收的磷量超过了微生物正常生长所需要的磷量。
一般认为其过程为:①厌氧段:聚磷菌(PAO S)吸收废水中的有机物,将其同化成聚羟基烷酸(PHA),其所需要的三磷酸腺苷(ATP)及还原能是通过聚磷菌细胞内贮存的聚磷和糖原的降解来提供的,这个过程会导致反应器中磷酸盐的增加;②好氧段:聚磷菌利用PHA氧化代谢产生的能量来合成细胞、吸收反应器中的磷来合成聚磷,同时,利用PHA合成糖原。
EBPR技术的关键在于厌氧区的选择,在厌氧段合成的PHA量对于好氧段磷的去除具有决定性意义。
一般而言,合成的PHA越多,则释放的磷越多,好氧段就能吸收更多的磷。
但是,控制良好的SBR反应器,也会发生EBPR失效的现象,研究表明主要存在以下影响:2.1 碳源的影响研究表明,要实现EBPR的效果,系统中COD与P的质量比的值应大于35,BOD5与P的质量比的值应大于20。
如果原水中短链脂肪酸(VFA S)的含量较高,则有利于EBPR的发生并提高EBPR的效果;厌氧段废水中VFA S的含量应大于25mg[COD]/L,但是当VFA S的含量过大(>400mg[COD]/L)时,也会导致EBPR的失效洞时,碳源的不同可以导致释磷速率及PHA合成种类的不同。
2.2 聚磷菌与非聚磷菌竞争的影响一般认为,由于一些非聚磷菌也能够在厌氧段吸收有机物而不用同时水解聚磷,从而形成了对聚磷菌的竞争反应,但是竞争的引发原因,却没有共同的解释。
Liu[8]等人认为,如果用葡萄糖为外碳源,容易发生聚糖菌(GAO S)与聚磷菌的竞争,但是Che Ok Jeon[9]等人的研究表明,SBR系统中,用葡萄糖作为碳源,也能够达到EBPR的效果,而没有产生聚糖菌的增殖。
污水处理工试题分析活性污泥法一、判断题1、厌氧—好氧生物除磷法比普通活性污泥法对磷的去除率高。
(√)2、硝化菌比增殖速度比去除有机物的异养菌快得多,且受水温影响较小,因此硝化反应只有较小的SRT时才能继续。
(×)3、考虑到进入反应池水量和水质的变化,为安全起见,反应池出水溶解氧的浓度最好维持在0.5-1mg/L的范围。
(×)4、原生动物中大量存在的纤毛虫可以分为三类,通过它们在活性污泥中的构成比例和数量,可以判断活性污泥的净化能力以及污水的净化程度。
其中活性污泥性纤毛虫类是在活性污泥成熟后才出现的。
(√)5、SVI异常上升大多都是由于丝状菌膨引起,发生丝状菌膨胀时SVI值可达到500以上。
(√)6、一般二级处理出水的BOD在15mg/L左右,BOD异常升高的原因有:活性污泥处理机能下降;测定BOD时有硝化反应进行;活性污泥流出等。
(√)7、二次沉淀池的沉淀时间应按照设计最大日污水量确定。
(√)8、BOS—SS负荷、SRT、MLDO、SVI、MLSS都属于曝气池水质管理控制指标。
(√)9、垂直轴表曝机通常保持一定转速连续运转,不得采用变速或间歇运转。
(×)10、完全混合曝气沉淀池运转开始时,逐渐增大进水量直到达到设计水量的过程中,应不进行污泥的排除,以使活性污泥迅速增殖,达到合适的MLSS浓度。
(√)11、二次沉淀池中不再消耗DO,因此,二沉池出水DO与曝气池出水一致。
(×)12、二次沉淀池中水质异常可能是由于二次沉淀池的污泥堆积、排泥不当、池构造上有缺陷、存在短路、异重流等与二次沉淀池有关的原因,还有可能是因为曝气池或其进水异常造成。
(√)13、二次沉淀池去除的SS,以微生物絮体为主体,与初次沉淀池的SS相比,其沉淀速度较低,故表面负荷为20-30m3/m2d,在能够预计污泥沉降性很差的处理厂,最好采用更低的数值(15-20m3/m2d)(√)14、用生物处理技术处理污水的方法称为生物处理法。
影响污水生物除磷的因素污水中的磷污染是环境保护和水资源管理的一个重要问题。
传统的污水处理方法中,化学除磷是主要的处理手段,但这种方法高成本、化学药剂使用量大并且会产生副产物。
因此,生物除磷被认为是一种经济有效且环境友好的污水处理方法。
1.温度:温度是影响污水生物除磷效果最重要的因素之一、一般来说,较高的温度有利于除磷细菌的生长和代谢活动,从而促进生物除磷反应的进行。
研究表明,在适宜的温度范围内,如20-30摄氏度,生物除磷的效果最好。
2.溶解氧:除磷细菌是一种需要氧气进行代谢的微生物,在缺氧的环境中生长和繁殖能力较差。
因此,溶解氧浓度对生物除磷的效果具有重要影响。
较高的溶解氧浓度有利于除磷细菌的生长,促进其代谢活动。
4.氮磷比:氮磷比是污水中的氮和磷的摩尔比例。
研究发现,适宜的氮磷比能够促进除磷菌对磷的去除效果。
一般来说,氮磷比在3:1到10:1之间是较为合适的范围。
5.pH值:pH值对生物除磷反应的进行也具有一定的影响。
除磷细菌对pH值的适应范围较大,在近中性条件下(pH6.5-8.5)具有较好的除磷能力。
6.混合液浓度:混合液中的悬浮物浓度对除磷效果也有一定的影响。
适宜的悬浮物浓度可以提供更多的填料表面积,有利于除磷细菌的附着和生长。
7.营养盐浓度:除磷细菌需要适量的营养盐来维持正常生长。
过高或过低的营养盐浓度都会影响生物除磷过程。
8.污水中的抑制物质:一些有毒物质如重金属离子、有机氯化合物等对除磷细菌有一定的抑制作用,会影响生物除磷效果。
综上所述,污水生物除磷过程受到多种因素的影响,包括温度、溶解氧浓度、碳源、氮磷比、pH值、混合液浓度、营养盐浓度和抑制物质。
在实际应用中,根据不同污水的特点和要求,需要综合考虑这些因素,进行合理的调整和优化,以提高生物除磷的效果。
酸碱度对磷酸盐还原菌除磷性能影响研究【摘要】本研究旨在探讨酸碱度对磷酸盐还原菌除磷性能的影响。
通过介绍磷酸盐还原菌以及其在除磷过程中的作用机制,分析不同酸碱度条件下磷酸盐还原菌的除磷效果。
实验结果表明,酸碱度对磷酸盐还原菌的活性和磷酸盐去除率有显著影响。
进一步的数据分析显示,在适宜的酸碱环境下,磷酸盐还原菌的除磷性能明显提高。
这些发现在环境保护和水质改善方面具有重要意义。
本研究为进一步研究酸碱度对磷酸盐还原菌除磷性能的影响提供了重要参考,有望为相关领域的研究提供新的思路和方法。
【关键词】关键词:磷酸盐还原菌、酸碱度、除磷性能、实验方法、实验结果、数据分析、结论、研究展望、研究背景、研究目的、研究意义1. 引言1.1 研究背景磷是生物体生长发育过程中必需的元素之一,但磷酸盐过量进入水体会引起水体富营养化问题,导致水质恶化。
目前,磷污染已成为全球性环境问题,而传统的化学方法虽然能够降低水体中磷的浓度,但存在着成本高、操作复杂、对环境影响大的缺点。
磷酸盐还原菌是一种能够利用磷酸盐作为电子受体进行还原代谢的微生物,具有很强的除磷能力。
研究表明,酸碱度是影响磷酸盐还原菌除磷性能的重要因素之一。
不同的酸碱度对磷酸盐还原菌的生长、代谢和除磷效率均有影响。
本研究旨在探讨酸碱度对磷酸盐还原菌除磷性能的影响,为磷污染的治理提供科学依据。
通过对磷酸盐还原菌在不同酸碱度下的除磷效果进行研究,可以优化磷酸盐还原菌的应用条件,提高其除磷效率,为水体磷污染的防治提供技术支持。
1.2 研究目的本研究的目的在于探究酸碱度对磷酸盐还原菌除磷性能的影响,从而为磷污染治理提供科学依据。
磷是生物体生长发育所必需的元素,但过量的磷会导致水体富营养化,引发藻类大量繁殖,破坏水体生态平衡,对生态环境造成巨大危害。
磷酸盐还原菌通过还原磷酸盐为无机磷形式,可以有效去除水体中的磷,是一种环境友好的生物去除磷方式。
酸碱度作为水体中的重要参数之一,可以影响磷的形态、溶解度以及微生物活性等因素,进而影响磷的循环和去除效率。
酶作为生物催化剂的特点:1,用量少而催化效率高;2,专一性高;3,反应条件温和4,可调节性影响酶催化作用的因素:1,底物浓度对酶促反应速度的影响在低底物浓度时,反应速度与底物浓度成正比,表现为一级反应特征。
当底物浓度达到一定值,几乎所有的酶都与底物结合后,反应速度达到最大值(Vmax),此时再增加底物浓度,反应速度不再增加,表现为零级反应。
2.pH的影响在一定的pH下,酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pH。
pH影响酶活力的原因可能有以下几个方面:(1)过酸或过碱可以使酶的空间结构破坏,引起酶构象的改变,酶活性丧失。
(2)当pH改变不很剧烈时,酶虽未变性,但活力受到影响。
(3)pH影响维持酶分子空间结构的有关基团解离,从而影响了酶活性部位的构象,进而影响酶的活性3.温度的影响一方面是温度升高,酶促反应速度加快。
另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性,导致酶活性降低甚至丧失。
因此大多数酶都有一个最适温度。
在最适温度条件下,反应速度最大。
4.酶浓度的影响在一个反应体系中,当[S]>>[E]反应速率随酶浓度的增加而增加(v=k[E]),这是酶活测定的基础之一。
5抑制剂对酶活性的影响使酶的活性降低或丧失的现象,称为酶的抑制作用。
能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂酶的抑制剂一般具备两个方面的特点:a.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。
能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。
6.激活剂对酶反应的影响凡能提高酶活力的物质都称为激活剂,有的酶反应的系统需要一定的激活剂。
酶的分类与命名(1)氧化还原酶AH2+B=A+BH2主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶例,醇+NAD+=醛或酮+NADH+H+→氢供体是醇,氢受体是NAD+系统命名→醇:NAD+氧化还原酶;推荐名→采用某供体脱氢酶,如醇脱氢酶(2)转移酶AB+C=A+BC系统命名:“供体:受体某基团转移酶”。
“探究pH对酶活性的影响”的教学设计第一篇:“探究pH对酶活性的影响”的教学设计“探究pH对酶活性的影响”的教学设计摘要:细胞中几乎所有的化学反应都是由酶催化的,酶是由生物活细胞产生的一种具有催化活性的有机物,酶对化学反应的催化效率被称为酶活性。
细胞都生活在一定的环境中,环境条件会影响细胞内酶的活性。
从而使酶的活性发生改变。
本实验旨在探究不同pH对酶活性的影响,通过学生自己设计实验,最后得出强酸强碱会破坏酶的结构,使酶失活。
关键词:pH 酶结构酶活性一、教育目标1.知识目标:探究pH对酶活性的影响;学会设计pH对酶活性的影响实验的方法;通过亲身实验与观察,了解酶活性受环境pH值影响这一事实,为今后学习新陈代谢的有关知识打下基础。
2.能力目标:培养观察、比较、归纳分析解决问题的能力;通过设计实验,着重训练创新思维和实践能力,从而提高解决实际问题的能力。
3.技能目标:培养动手操作能力和实践能力。
4.情感目标:通过本次研究性学习培养细致认真、实事求是的科学精神及团结协作的意识。
二、教学重点和难点探索pH对酶活性影响的实验设计及操作。
三、教学方法发现法;引导――探究式教学法。
四、教学手段实验教学。
五、课时安排1课时。
六、教学过程引言:上节课,我们已经为大家探索了酶的前两个特性,即高效性、专一性。
我们知道酶要想更好地发挥作用还需要适宜的条件。
今天我们在上节实验课的基础上再探究一下pH对酶活性的影响。
(观看黑板板书)探究pH对酶活性的影响教师:实验中的变量是什么?学生回答:pH。
教师:对,所以我们要在实验中严格控制好pH。
为此我给大家设置了三组pH即质量分数为5%的HCl溶液,蒸馏水,质量分数为5%的NaOH溶液。
(一)实验原理新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶,它可以催化过氧化氢分解成水和氧气。
(二)猜想实验结果根据以上原理,利用桌子上给出的一组材料用具,请你们设计一个对比实验,比较一下pH对酶活性的影响。
(三)材料用具质量分数为20%的新鲜的肝脏研磨液、体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为5%的HCl溶液,蒸馏水,质量分数为5%的NaOH溶液、试管、滴管、试管夹。
废水PH值对除磷剂除磷效果的影响废水PH值对除磷剂除磷效果的影响化学铁盐除磷剂除磷的原理化学铁盐除磷剂主要包括氯化铁,聚合硫酸铁,硫酸亚铁等铁盐,其主要除磷反应原理与铝盐基本一致。
是通过化学除磷药剂在废水中水解后分解出的铁离子与磷酸根反应生成难溶于水的磷酸盐。
其主要反应化学方程式原理:主反应:Fe3++PO43-→FePO4↓Fe2++PO43-→Fe3(PO4)2↓副反应:Fe3++HCO3→Fe(OH)3↓+CO2化学除磷剂除磷的过程中其废水性质,磷含量多少,废水碱度,废水PH值范围以及化学除磷剂的投加量多少的影响。
除磷剂的投加点不同对除磷效果也有影响。
本文重点通过实验研究PH值对除磷剂除磷效果的影响。
COD剂氨氮去除剂去磷剂除臭剂管道清洗除臭剂PH值对除磷剂除磷效果的影响铁盐除磷剂投加入废水中后,对磷酸根离子负电荷胶体进行聚合,其中聚合形态与电荷胶体数量会受到废水PH值的影响。
当废水环境PH值相对较低的情况下,除磷剂会水解成比较高的电荷胶体羟基多核络合物,具备很强的电中和能力网捕架桥磷酸根的效果。
通过实验得出结论,我们发现,铁盐除磷剂在相对较酸性与弱碱性的环境下,除磷剂水解形成的电荷络合物对污染物胶体粒子进行电中和脱稳。
由表可知,当废水PH值在5-8区间时,其总磷的去除率均为0.7414,除磷剂除磷的佳PH值为6-7,其总磷去除率达到0.811;随着废水水体Ph值的继续增加时,如图达到PH=9时,其总磷去除率逐渐降低。
因为产生的氢氧化铁(Fe(OH)3)与带负电荷的多核羟基聚合物的聚合体,是通过吸附网捕与卷扫粘结将胶体粒子聚合,便会使得溶液中的残余总磷浓度相应的增加,是致使其总磷去除率低的原因。
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(一)、温度、PH对酶活性的影响一、实验目的了解温度对酶活性的影响。
了解酶活性的最适PH及掌握一种检测最适PH的方法。
二、实验原理三、实验步骤1、温度对酶活性的影响取3支试管,编号后按下表加入试剂试管编号试剂1 2 30.2%淀粉溶液1.5 1.5 1.5无稀释唾液/ml1 1煮沸过的稀释唾液/ml 无无1摇匀后,将1、3号两试管放入37摄氏度恒温水浴中,2号试管放入冰水中。
10min后取出,将2号试管内的液体分为两半,用碘化钾-碘溶液来检验1、2、3号试管内淀粉被唾液淀粉酶水解的程度。
将2号试管剩下的一半溶液放入37摄氏度水浴中继续保温10min后,再用碘液检验,结果如何?记录并解释结果。
注意事项:1、唾液制备时,先用蒸馏水漱口,以清除食物残渣,再含一小口蒸馏水,0.5~1min后,使其流入量筒,并稀释到50ml。
2、PH对酶活性的影响取4个标有号码的20ml试管。
用吸管按下表添加0.2mol/L磷酸氢二钠溶液和0.1mol/L柠檬酸溶液以制备PH=5.0~8.0的4种缓冲液。
试管编号试剂1 2 3 40.2mol/L磷酸氢二钠/ml5.156.057.72 9.720.1mol/L柠檬酸/ml4.85 3.95 2.28 0.28PH 5 5.8 6.8 8 从4个试管中各取缓冲液3ml,分别注入到4支带有号码的试管中,随后于每个试管中添加0.5%淀粉溶液2ml和稀释唾液2ml。
向各试管中加入稀释唾液的时间间隔分别为1min。
将各试管内容物混匀,并依次置于37摄氏度恒温水浴中保温。
第四管加入唾液2min后,每隔1min由第二管取出一滴混合液,置于白瓷板上,加1滴碘化钾-碘溶液,检验淀粉的水解程度。
待混合液变为棕黄色时,向所有试管中依次添加1或2滴碘化钾-碘溶液。
添加碘化钾-碘溶液的时间间隔从第一管起,均为1min。
观察各试管内容物呈现的颜色,分析PH对唾液淀粉酶活性的影响。
注意事项:1、从第三管中取混合液,是因为它的PH接近唾液淀粉酶的最适PH。
探究温度 (PH) 对酶活性影响的探究教学设计探究温度( PH)对酶活性影响的探究教学设计一、教学背景分析【教材分析】“探究温度 (PH)对酶活性的影响”是高中生物学教材必修一第 5 章第 1 节“降低化学反应活化能的酶”的教学内容。
教师采用探究式教学模式,通过设计问题情境和提出问题,引导学生自主合作地对问题进行探究,由学生自己通过实践获得对科学概念的认识。
这样的教学设计能体现学生自主、探究、合作的学习方式,有利于培养学生科学的思维方法和研究方法,提高学生的科学素养。
【学情分析】“探究影响酶活性的因素”是在学生已经对酶的作用、化学本质及高效性和专一性有了一定认识的基础上,进一步通过实验探究活动来验证环境因素对酶活性的影响,并加深对酶作用及特性的理解。
影响酶活性的因素较多,如温度、 pH、激活剂与抑制剂等。
基于高中学生学习能力的实际,本探究实验的内容主要是探究温度和 pH 对酶活性的影响。
通过本探究实验的设计与具体实施,使学生熟悉“①发现问题;②提出假设;③设计实验方案并预测结果;④实施实验收集证据;⑤结果分析得出结论”等科学探究的一般过程和方法;在对探究的问题作出假设进行合理解释、演绎实验原理;在设计实验方案过程中通过确认相关的变量关系及如何操作与控制,初步理解单一因子变量的原则;在具体实施实验、收集证据的过程中培养学生正确使用相关的实验器具,合理采集和处理实验材料、客观观察和描述实验现象等进行实验操作的基本技能;在分析实验结果得出结论的过程中理解科学的本质之一是实证,深入理解对照、单一因子变量等实验原则,体现实事求是和严谨的科学态度;在各实验组统筹安排实验过程中体现团结合作的团队意识与精神。
二、教学目标【知识目标】1、概述温度、pH的变化对酶活性的影响;2、进一步说明酶与新陈代谢的关系;3、明确探究实验的一般步骤并能恰当评价和完善实验方案。
【能力目标】1、通过探究影响酶活性的因素,发展学生的科学探究能力;2、培养学生观察、分析问题,解决问题的能力;3、培养学生实验操作能力;4、提高学生收集资料和语言表达能力。
温度和pH值对活性污泥法脱氮除磷的影响温度和pH值对活性污泥法脱氮除磷的影响在城市化进程不断加快的背景下,水污染问题日益严重,废水中的氮和磷成为主要的污染物之一。
活性污泥法作为一种常用的废水处理技术,已经广泛应用于城市污水处理厂。
然而,活性污泥法的性能受到温度和pH值等因素的影响。
本文将探讨温度和pH值对活性污泥法脱氮除磷的影响。
首先,温度对活性污泥法脱氮除磷过程的影响非常显著。
温度可以影响微生物的活性和生长速率,从而影响脱氮除磷效果。
一般而言,较高的温度有利于微生物的生长和代谢活动,促进其对废水中的氮和磷的吸收和转化。
研究表明,当温度升高时,活性污泥中的微生物酶活性也会增强,加速脱氮除磷的速率。
此外,较高的温度还有助于活性污泥中的微生物消化有机物,提高废水处理效果。
因此,在实际应用中,可以适当提高活性污泥法的温度,以增加脱氮除磷的效率。
其次,pH值也是活性污泥法脱氮除磷的重要影响因素之一。
pH值可以影响废水中的氮和磷的形态和溶解度,进而影响微生物对其的吸收和转化。
一般而言,较低的pH值有利于氮的去除,而较高的pH值有利于磷的去除。
当pH值较低时,活性污泥中的硝化菌活性较高,有助于将氨氮转化为硝态氮。
而当pH值较高时,活性污泥中的磷酸菌活性较高,有助于将废水中的无机磷转化为微生物无机磷。
因此,在实际操作中,可以通过控制pH值来选择性地去除氮或磷。
此外,温度和pH值还相互作用,对活性污泥法脱氮除磷过程产生综合影响。
研究表明,较高的温度对活性污泥中的硝化菌和磷酸菌的生长和代谢活动有促进作用,有利于氮和磷的去除。
同时,较高的温度也会提高液体中氨氮和无机磷的溶解度,促进其与微生物的接触和吸收。
此外,温度的升高还会引起废水的蒸发,使废水中的冲击负荷降低,有利于活性污泥法的运行。
因此,在实际应用中,综合考虑温度和pH值的影响,可以有效提高废水处理效果。
总之,温度和pH值是影响活性污泥法脱氮除磷效果的重要因素。
生物除磷效果差?你应该从这几个方面查找原因!生物除磷除磷效果差,主要是聚磷菌的代谢或者活性受到了干扰或者抑制,所以想要找出除磷效率低的原因,应该从影响聚磷菌的因素下手找原因:温度、pH值、厌氧池DO、厌氧池硝态氮、泥龄、RBCOD含量、糖原。
1、温度温度对除磷效果的影响不如对生物脱氮过程的影响那么明显,在一定温度范围内,温度变化不是十分大时,生物除磷都能成功运行。
试验表明,生物除磷的温度宜大于10℃,因为聚磷菌在低温时生长速度会减慢。
2、pH值在pH在6.5一8.0时,聚磷微生物的含磷量和吸磷率保持稳定,当pH值低于6.5时,吸磷率急剧下降。
当pH值突然降低,无论在好氧区还是厌氧区磷的浓度都急剧上升,pH降低的幅度越大释放量越大,这说明pH降低引起的磷释放不是聚磷菌本身对pH变化的生理生化反应,而是一种纯化学的“酸溶”效应,而且pH下降引起的厌氧释放量越大,则好氧吸磷能力越低,这说明pH下降引起的释放是破坏性的,无效的。
pH升高时则出现磷的轻微吸收。
3、溶解氧每毫克分子氧可消耗易生物降解的COD3mg,致使聚磷生物的生长受到抑制,难以达到预计的除磷效果。
厌氧区要保持较低的溶解氧值以更利于厌氧菌的发酵产酸,进而使聚磷菌更好的释磷,另外,较少的溶解氧更有利予减少易降解有机质的消耗,进而使聚磷菌合成更多的PHB。
而在好氧区需要较多的溶解氧,以更利于聚磷菌分解储存的PHB类物质获得能量来吸收污水中的溶解性磷酸盐合成细胞聚磷。
厌氧区的DO控制在0.3mg/l以下,好氧区DO控制在2mg/l以上,方可确保厌氧释磷好氧吸磷的顺利进行。
4、厌氧池硝态氮厌氧区硝态氮存在消耗有机基质而抑制PAO对磷的释放,从而影响在好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。
另一方面,硝态氮的存在会被气单胞菌属利用作为电子受体进行反硝化,从而影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸,从而抑制PAO的释磷和摄磷能力及PHB 的合成能力。
每毫克硝酸盐氮可消耗易生物降解的COD8.5mg,致使厌氧释磷受到抑制,一般控制在1.5mg/l以下。
pH值对酶活性的影响酶是一种可以加速生物化学反应的催化剂,它们对于维持生物体的正常活动至关重要。
酶活性的影响因素之一是环境中的pH值。
pH值是用来表示溶液酸碱性强弱的指标,一定的pH值范围对于酶的活性具有重要作用。
本文将详细探讨pH值对酶活性的影响,并讨论其机制和应用。
1. pH值对酶的构象和稳定性的影响pH值的改变会导致酶分子的构象发生变化,这主要表现在酶的氨基酸残基上的质子化状态的改变。
氨基酸中的羧基和氨基在不同pH下的电离状态不同,这些电离状态的变化会引起酶分子内部的离子相互作用和氢键的形成或破坏,从而影响酶的构象。
同时,某些酶活性关键位点上的氨基酸残基的电荷状态的改变也会导致酶分子整体结构的变化,进而影响其稳定性。
2. pH值对酶催化活性的影响不同酶在其最适宜的pH范围内具有最高的催化活性。
酶活性与底物的互作用密切相关,pH值的改变可以改变酶和底物之间的相互作用力。
当pH值偏离酶的最适pH情况下,酶的活性会逐渐降低。
这是因为pH值的改变会导致活性位点的电荷状态发生变化,从而影响底物与酶的结合情况。
此外,酶的离子化组分在不同pH下的活性也可能发生变化,进一步影响酶的催化活性。
3. pH值对酶催化速率常数的影响酶催化速率常数是描述酶活性强弱的一个重要参数。
pH值的变化会直接影响酶催化速率常数。
在最适宜的pH条件下,酶的催化速率最大,其活性最高。
而当pH值偏离最适宜范围后,催化速率会逐渐降低。
这是由于酶在不同pH条件下的构象和稳定性发生变化,从而影响酶底物复合物的形成和酶的催化效率。
4. pH值对酶催化反应平衡的影响酶催化反应的速率常受到反应平衡的限制。
pH值的改变会影响酶催化反应的平衡常数。
一些酶催化反应需要质子交换过程,而pH值的变化会改变催化反应中质子的浓度,进而影响反应平衡。
因此,酶催化反应的平衡位置和速率常数也会受到pH值的调节。
总结:pH值是酶活性受影响的重要因素之一。
它通过影响酶的构象和稳定性、催化活性、催化速率常数以及催化反应的平衡,从而调控酶的功能和效果。
节能环保污水处理生物脱氮除磷主要是通过微生物的生命活动实现,其脱氮除磷效率受微生物生命活动的影响很大。
因此,运行和维持高效的生物脱氮除磷系统,必须对其影响因素有比较深入的了解。
影响脱氮除磷效果的因素很多,其中比较关键的因素有温度、pH值、溶解氧(DO)、C/N及C/P比以及有毒物质等。
一、温度温度是影响污水处理微生物活性的最重要因素之一,它影响着酶催化反应速率及基质扩散进入细胞内的速率。
微生物的生长是一个非常复杂的生化反应过程,这种反应需要在一定的温度范围内进行。
温度过低细菌的新陈代谢极弱,甚至处于休眠状态,过高则使之体内的酶变性失活而导致其死亡。
(1)硝化反应的最适温度范围为30~35℃,温度不仅影响硝化细菌的增长繁殖,还影响硝化细菌的代谢活性。
尤其在低温条件下,对硝化细菌的抑制作用极为强烈,当温度很低(<5℃)时,其新陈代谢极弱,甚至处于休眠状态。
当温度大于5℃时,硝化反应速率随温度的升高而增大,且超过30℃后硝化速率随温度的升高增幅减缓。
对去除有机物的同时进行硝化反应的反应器来说,当温度低于15℃时硝化速率急剧降低。
进行反硝化反应的最适温度范围为35~45℃,而温度对硝化菌的影响大于反硝化菌。
活性污泥的活性在20℃左右时较高,而当水温低于10℃时,活性污泥的活性就会大幅度降低。
有研究表明,活性污泥的沉降性能与温度也有一定的关系,不同温度下活性污泥的沉降性能以及脱水性能也存在差异;(2)温度在5℃~24℃范围内,较低温度下的除磷效率比较高温度时的效率要好。
对聚磷菌(Polyphosphate-accumulating microorganisms,PAOs))而言,降低温度会降低其生化转换过程(磷的吸收/释放速率、VFA的吸收速率、PHAs的氧化以及生物量的增长速率等),但在较低的温度条件下(5℃)长期驯化的强化生物除磷(Enhanced Biological Phosphate Removal, EBPR)系统表现出较高的除磷效率。
Vo.l29高等学校化学学报No.9 2008年9月 CHEM I CAL J OURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S 1797~1800p H对增强生物除磷系统酶活性的影响张 超,陈银广,刘 燕(同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)摘要 通过比较不同p H值下增强生物除磷系统中关键酶活性的变化规律,研究了酶活性与聚磷菌污泥产率系数及可溶性正磷酸盐(SOP)的关系.结果表明,在p H=6 4~7 6范围内,脱氢酶、腺苷酸激酶和聚磷酸盐激酶的活性随着p H的增加而线性增加,酸性磷酸酶和碱性磷酸酶的活性不受p H的影响.聚磷菌的产率系数与脱氢酶活性、厌氧释磷速率与腺苷酸激酶活性、好氧吸磷速率与聚磷酸盐激酶活性分别呈线性关系.表明较高的p H有利于聚磷菌的生长和提高聚磷菌的活性,从而提高了除磷效率.关键词 酶活性;p H值;增强生物除磷中图分类号 Q55;X703;O629 文献标识码 A 文章编号 0251 0790(2008)09 1797 04增强生物除磷(EBPR)作为污水除磷的一种工艺,是应用厌氧/好氧交替运行的环境,使聚磷菌(PAO)选择性生长,从而成为系统中的优势菌群.在厌氧阶段,聚磷菌通过分解体内的聚磷提供所需要的大部分能量,同时降解糖原提供另一部分能量和还原力,从污水中吸收有机物,例如挥发性脂肪酸(VFA),合成聚羟基烷酸(P HA)贮存于体内,并向细胞外释放磷;在好氧阶段,厌氧合成的P HA被降解并合成糖原,同时过量摄取污水中的磷并合成聚磷酸盐.运行良好的EBPR系统,聚磷菌好氧吸收的磷超过厌氧释放的磷,通过排泥可达到除磷的目的.上述除磷过程的实质是利用微生物所产生的多种酶催化一系列生物氧化还原反应.其中,脱氢酶参与微生物体内氧化 还原反应的全过程,其活性反映了活性微生物量及其对有机物的代谢能力.此外,目前已知的与除磷过程有关的酶还有腺苷酸激酶、磷酸酶和聚磷酸盐激酶[1~4].腺苷酸激酶与生物除磷过程中厌氧聚磷降解和三磷酸腺苷(ATP)合成有关;磷酸酶催化聚磷酸盐终端磷的水解;聚磷酸盐激酶与聚磷合成有关,它将ATP中的磷转催化移到聚磷酸盐链,是合成聚磷酸盐的关键酶.研究结果表明[45],p H值是影响除磷效率的关键因素之一:在一定范围内提高pH值可提高除磷效果.虽然人们对pH值影响聚磷菌代谢计量学有了一定认识,但关于p H值如何影响EBPR酶系统的活性尚未见报道,它的研究对深入认识聚磷菌生化调节机理具有指导作用.因此,本文对不同p H值下P AO富集的EBPR系统的几种关键酶的活性进行了研究,并探讨了这些酶对聚磷微生物生长和代谢的影响.1 实验部分1.1 仪器与试剂气相色谱仪(H P 4890);冷冻干燥机(北京博医,FD 1);高速离心机(上海飞鸽,GL 20G !);超声细胞破碎仪(美国Branson,S 250D);紫外分光光度计(日本岛津,UV2450).所用试剂均来自上海国药集团(分析纯)或Sig m a公司.1.2 实验方法1.2.1 SB R反应器 P AO的富集培养方法参见文献[5].不同pH值长期驯化对生物除磷系统影响研究在4个SB R反应器中进行,温度(21∀1)#.SB R有效容积为3 50L,进水量2 75L.每昼夜运行3收稿日期:2007 12 04.基金项目:国家自然科学基金(批准号:50408039)、国家 八六三计划(批准号:2007AA06Z326)和教育部博士学科点基金(批准号:20060247006)资助.联系人简介:陈银广,男,博士,教授,博士生导师,主要从事污水生物处理与污泥资源化的研究.E m ai:l yg2ch en@yahoo.co m个周期,每周期8h,其中厌氧2h,好氧3h,其余3h为沉淀、排水和闲置时间.混合液挥发性悬浮固体(VSS)约2000m g/L,污泥龄约为10d.厌氧阶段开始时,将各反应器内p H值分别调节为6 4,6 8, 7 2和7 6,相应的反应器编号为SBR1~SBR4.进水采用乙酸/丙酸作为混合碳源(摩尔比为1∃10);厌氧开始时反应器化学需氧量为200m g/L,磷质量浓度为20m g/L,其它营养物质与文献[5]相同. 1.2.2 磷和P HA的测定 溶解性正磷酸盐采用钼锑抗分光光度法测定;P HA用气相色谱仪测定[5]. 1.2.3 酶的测定 将酶提取纯化[6]后,测定脱氢酶(DH)活性[7];酸性/碱性磷酸酶活性测定按Goe l 等[8]的方法进行;腺苷酸激酶(ADK)活性测定依据van G roenestijn等[9]的方法进行;聚磷酸盐激酶(PPK)活性测定按照M ullan等[10]的方法进行.1.2.4 微生物产率系数的测定 试验通过SBR反应器3h不排泥来测定生物生长量.由于微生物的生长主要发生在好氧阶段,因此,好氧阶段的微生物生长量可视为一个厌氧 好氧周期内的微生物生长量[11,12].在好氧阶段,微生物降解体内的P HA用于生长,其产率系数YP AO由下式计算[13]:X Biom ass/ t=Y P A O% X PHA/ t(1)式中, X B iomass和 X P HA分别为 t时间内聚磷微生物和P HA的变化量,单位为m g/L;Y P AO为聚磷微生物的产率系数,单位为m g/m g.2 结果与讨论2.1 p H对EBPR磷代谢及微生物生长的影响表1为不同p H值下一个周期内溶解性正磷酸盐(SOP)变化和微生物生长情况.由表1可知,随着p H值的升高,厌氧释磷量和好氧吸磷量都逐渐增加,释磷速率和吸磷速率也在增加.Y agci等[14]比较了不同条件下EBPR中吸收单位VFA时的厌氧释磷量,认为在具有较高SOP 释放/VFA 吸收的EBPR 系统中,聚磷菌的含量也增大.由于4个反应器的进水量完全相同,而较高的p H对应较高的释磷量,因此在p H=7 6时聚磷菌的含量最高.与厌氧释磷相比,SOP的好氧吸收增加得更快,所以SOP的去除率由59 53%增加到95 27%.随着p H值升高,Y PAO由0 47m g/m g增加到0 94mg/m g,表明p H值升高有利于EBPR中聚磷微生物的生长.T ab le1 T yp ica l tran sformation s and yie l d coefficient of PAO slud ge i n EBPRp H SOP anaerob ic release/aerobicup t ake/(mg P%g-1VSS)SOP release/uptake rate a/(m g P%g-1VSS%m i n-1)SOP re m ovaleffici en cy(%)VSS b/(mg%L-1%cycle)Y P AO/(mg%m g-1)6 428 17/35 250 424/0 50759 5371 020 476 841 58/50 750 754/0 70578 2271 310 597 248 37/59 181 054/0 85185 8981 030 827 649 72/61 501 259/1 02095 2792 340 94a.Average SOP release(or uptak e)rate i n t h e initi al30(or40)m i n of anaerobic(or aerob i c)phase;b.VSS:vo l ative s u s pend ed soli ds; VSS:the VSS i ncreased i n one cycl e p er liter.2.2 进水pH对聚磷微生物酶活性的影响2.2.1 脱氢酶 脱氢酶能使被氧化的有机物氢原子活化并传递给特定的受氢体,因而DH活性反映了活性微生物的量及其对有机物的代谢能力.不同p H条件下,DH活性在一个周期内的变化趋势相同,这里仅以pH=7 2为例说明DH活性在一个厌氧 好氧周期内的变化.由图1可知,DH活性在厌氧过程没有明显变化,这可能是由于厌氧阶段不存在最终电子受体,因此DH活性基本不变.在好氧阶段,DH活性随着时间延长而降低,并且好氧阶段活性低于厌氧阶段.Goel等[8]研究发现,DH活性在厌氧阶段比在好氧阶段高40%~60%;T revors等[15]对土壤的DH活性进行研究,也发现厌氧阶段的活性大于好氧阶段.好氧末脱氢酶活性可以反映微生物细胞的合成能力.由图1可知,随着p H值升高,好氧阶段末期DH活性增加,表明细胞合成能力增强,这与Y PAO随着p H值升高而增加的结论一致.将DH活性与Y PAO拟合后发现(表2),Y P AO随着D H活性的增加而线性增加.这说明,较高的p H有利于聚磷菌的生长代谢,从而提高了除磷效率.同时也反映了高p H下,EBPR除磷效率的提高是由于聚磷微生物的富1798高等学校化学学报 V o.l29集,这进一步说明在一定p H 范围内,高pH 时除磷效率的改善主要是微生物作用而不是化学作用[5].T ab le 2 R elati on sh i ps b et w een enzy m e ac ti v ity and Y PAO (or SOP )X (Enzy m e acti vity)Y Relati ons h ips Dehydrogenase/[ g TF %(m g -1VSS %h -1)]Y PAO /(mg %mg -1)Y =0 159X -0 277(R 2=0 9039)Adenylat e k i nase/[U %(mg -1VSS %h -1)]SOP rel ease rate[m g SOP /(g VSS m i n)]Y =0 367X -0 971(R 2=0 9812)Polyphos phate k i n ase(ab s orben cy)SOP uptak e rate[mg SOP /(g VSS m i n )]Y =3 488X -0 923(R 2=0 9996)Fig .1 E ffect of pH on d ehyd rogenaseactivity&Dehydrogenase acti vity at pH 7.2;∋the i n i ti al aerob ic dehy drogenase acti v i ty at differen t pH s ;(t he final aerob i c dehydro genase acti v i ty at d ifferen t p H s;F i g .2 E ffect of p H on acid and alkaline phosphatase activity &Aci d phos phatase acti vit y at p H 7.2;)al kali n e phosphatas e ac ti vity at p H 7.2;∋aci d phos phatas e acti vit y at differen t pH s ;(al kali n e phosph atase activit y at d i ff eren t pH s .2.2.2 酸性磷酸酶和碱性磷酸酶 酸性和碱性磷酸酶能够催化磷酸单酯的水解和无机磷酸释放,在聚磷降解过程中起作用.在不同p H 值条件下,酸性/碱性磷酸酶活性的变化见图2.由图2可知,p H =7 2时酸性/碱性磷酸酶活性在一个厌氧 好氧周期内似乎不受厌氧和好氧条件的影响,酸性磷酸酶活性波动小于4%,碱性磷酸酶活性波动小于6%,且磷酸酶活性基本不受pH 的影响.随着pH 升高,SOP 释放增加,而磷酸酶活性不发生改变,因此,磷酸酶可能不是导致不同p H 下释磷差异的关键酶.2.2.3 腺苷酸激酶 ADK 和一磷酸腺苷(AM P) 磷转移酶反应生成二磷酸腺苷(ADP),从而生成ATP ,提供微生物代谢所需能量.这是聚磷厌氧水解的关键反应.在不同p H 条件下ADK 的变化如图3所示.在整个厌氧 好氧周期内,ADK 活性不受厌氧和好氧条件的影响,变化波动小于3 5%.F i g .3 E ffec t of pH on adenylate k i naseac tivity F ig .4 E ffect of pH on polyphospha te k i nase activity随着p H 值的升高,ADK 活性线性增加(图3).由于ADK 活性与AM P 磷酸转移酶共同作用降解聚磷,因此,ADK 活性增加可能导致聚磷代谢能力增强,释磷速率增加(表2).van Groenestij n 等[9,16]对不同污水处理厂的活性污泥的研究发现,ADK 活性与除磷效率有很好的相关性.A ppe l d oorn 等[17]也发现,较高的ADK 活性与较快的污泥厌氧释磷速率相联系.在不同p H 长期驯化的生物除磷系统中,1799 N o .9 张 超等:p H 对增强生物除磷系统酶活性的影响1800高等学校化学学报 V o.l29SOP释放、SOP吸收、SOP去除率及ADK活性都随着pH值的升高而增加,SOP的转化与ADK活性表现为一致的变化趋势,这表明较高的ADK活性导致较高的除磷效率.2.2.4 聚磷酸盐激酶 越来越多的研究结果表明[4],PPK在聚磷菌的好氧阶段起着关键作用,溶液中的溶解性磷酸盐在PPK的作用下生成聚磷酸盐并储存在细胞体内,因而PPK活性能反映聚磷菌的活性.由图4可知,PPK活性不受厌氧或好氧环境的影响.这是因为在聚磷代谢过程中,鸟嘌呤核苷五磷酸盐(pppGpp)被水解到四磷酸盐(ppGpp),不影响聚磷酸盐激酶的活性[18].随着p H值的升高, PPK活性增加,EBPR的吸磷速率也线性增加.这表明聚磷菌的活性也在增加,除磷能力增强.由上面的结果可知,随着pH值升高,SOP吸收量和吸收速率都增加,与PPK活性表现为一致的变化趋势.参 考 文 献[1] Ak iya m aM.,C rooke E.,Kornb erg A..J.B i o.l Che m.[J],1992,267(31):22556∗22561[2] C rook e E.,Ak i ya m aM.,Rao N.N.,et a l..J.B i o.l Ch e m.[J],1994,269(9):6290∗6295[3] Kum b l e K. 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