磺胺嘧啶对SBR生物除磷的影响

汤婧瑶　王姝　胡方　余思泽　崔萌萌　梁越敢

摘要 该研究利用SBR反应器探讨磺胺嘧啶对生物除磷系统的影响。结果表明，磺胺嘧啶减少厌氧释磷量和好氧吸磷量，降低系统除磷效率;高浓度磺胺嘧啶（20 mg/L）降低微生物增殖和活性污泥沉降性能;另外，磺胺嘧啶提高活性污泥的胞外聚合物（EPS）总量和脱氢酶活性，改变PPX和PPK酶的活性。该研究结果可为含抗生素废水的生物处理系统的操作运行提供理论依据。

关键词 磺胺嘧啶;除磷效率;胞外聚合物;酶活性

中图分类号 X703文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）13-0078-03

Abstract In this study， effect of sulfadiazine on biological phosphorus removal was investigated in a sequencing batch reactor.The results showed that sulfadiazine reduced the amount of anaerobic phosphorus release and aerobic phosphorus uptake， and phosphorus removal efficiency.A decrease in microbial reproduction and settling property of activated sludge was observed at a high content of sulfadiazine （over 20 mg/L）.Besides， sulfadiazine increased the amount of extracellular polymeric substances and dehydrogenase activity， and changed the activities of PPX and PPK.These findings obtained might provide a promising method for treatment of containing antibiotics wastewater.

Key words Sulfadiazine;Phosphorus removal efficiency;Extracellular polymeric substances;Enzyme activity

磺胺類药物被广泛应用到临床、畜牧业和水样养殖业中，磺胺类药物使用后大部分以原型或代谢物的形式进入水体环境[1]，未利用的抗生素排放到污水中最终进入城市污水处理厂。目前污水除磷广泛采用生物除磷方法，利用聚磷菌的厌氧释磷-好氧过量吸收磷的能力去除污水中溶解性磷[2]。在厌氧释磷阶段，聚磷菌（PAO）释放磷;而在好氧吸磷阶段，PAO过量吸收水体中的磷酸盐，通过排放富含磷酸盐的污泥，实现水体生物除磷目的[3-4]。抗生素进入城市污水处理系统中会对活性污泥系统产生影响。李娟英等[5]研究了磺胺和四环素类抗生素对活性污泥的影响，发现抗生素对活性污泥沉降性能、胞外聚合物（EPS）、脱氢酶活性产生一系列负面影响。胡哲太等[6]发现高浓度红霉素、土霉素均能对生物除磷系统产生抑制作用。目前系统研究磺胺嘧啶抗生素对生物除磷影响的报道较少。笔者拟通过添加不同浓度的磺胺嘧啶，研究磺胺嘧啶对生物除磷系统的影响，以期为磺胺嘧啶废水的治理提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验用水及活性污泥 活性污泥取自安徽合肥望塘污水处理厂氧化沟的混合液，浓缩沉淀后作为接种污泥。人工模拟生活污水水质的营养物质含量如下：葡萄糖169 mg/L，蛋白胨169 mg/L，氯化钠63 mg/L，硫酸铵63 mg/L，K2HPO4 44 mg/L，KH2PO4 94 mg/L，MgSO4·7H2O 94 mg/L，CaCl2·2H2O 31 mg/L，FeSO4·2H2O 2.2 mg/L，烯丙基硫脲7.2  mg/L，微量元素0.6  mg/L。微量元素储备液成分配比参考文献[7]。

1.2 试验操作 试验所用反应器为SBR反应器，气源采用KL-1型曝气机，以黏土砂块为微孔曝气头，并配有DO、pH和搅拌装置，通过计时控制器控制搅拌、曝气和泵的开关。反应器有效容积1 L，排水比1∶1，于培养箱中保持温度20 ℃，每天运行3个周期，每周期8 h（进水厌氧搅拌2 h、好氧曝气4 h和静置2 h），污泥龄维持10 d左右。通过设置4个试验组研究磺胺嘧啶对SBR系统的影响，4组磺胺嘧啶的浓度分别为0、5、10和20 mg/L，记为R0～R3。

1.3 分析方法 COD、总磷、活性污泥MLSS和SV30的测定采用标准方法[8];活性污泥的EPS通过热提取法提取，提取液中蛋白质和多糖分别采用Folin-酚试剂法和硫酸-苯酚法测定[9];活性污泥的脱氢酶活性采用氯化三苯基氮唑（TTC）法[10]，PPX、PPK活性的测定参考文献[11]。

2 结果与分析

2.1 磺胺嘧啶对生物除磷的影响 图1为磺胺嘧啶对SBR系统除磷过程的影响。在试验前5 d，不同浓度磺胺嘧啶对出水磷浓度均无显著影响，除磷效率均达95%，表明磺胺嘧啶对SBR系统除磷效率的冲击较小;试验后期（5～18 d），R2、R3组出水磷浓度均显著高于R0、R1组，R2、R3组除磷效率比空白组（R0）降低了9%和18%，表明高浓度磺胺嘧啶（10、20 mg/L）在试验后期显著抑制除磷作用。

表1为典型周期（3、6、16 d）内磺胺嘧啶对系统释磷量和吸磷量的影响。磺胺嘧啶增加系统内厌氧释磷量和好氧吸磷量，其中R2组（10 mg/L）释磷量、吸磷量高于其他试验组，表明磺胺嘧啶增加系统厌氧释磷、好氧吸磷的速率。

2.2 磺胺嘧啶对除磷污泥性状的影响 图2为不同浓度磺胺嘧啶对活性污泥特性的影响。在试验过程中，4个试验组反应器活性污泥浓度整体呈下降的趋势。在试验前期，R3組反应器污泥浓度显著低于其他试验组，污泥浓度最低为2 100 mg/L;在试验中后期，4组反应器内污泥浓度无显著差异。磺胺嘧啶能显著降低R1、R2、R3组的沉降性能，其中R2、R3组显著低于其他试验组。

2.3 磺胺嘧啶对除磷污泥EPS的影响 胞外聚合物（EPS）能形成保护层和营养吸收层抵抗有害的外界环境，蛋白质和多糖为EPS主要组成部分，占总量的70%～80%[12]。图3为典型周期内磺胺嘧啶对生物除磷污泥EPS的影响。磺胺嘧啶试验组多糖含量均高于空白组，但无显著差异。高浓度磺胺嘧啶（20 mg/L）比空白组多糖含量增加5.6%;磺胺嘧啶能显著增加EPS中蛋白质含量，高浓度抗生素组（R2、R3）比空白组增加33.2%和47.2%。可能是磺胺嘧啶作为有毒物质，进入系统后刺激活性污泥微生物分泌EPS来抵御有毒物质的侵害[13]。李娟英等[5]研究也发现抗生素类污染物增加活性污泥EPS中的蛋白质和多糖含量，这与该研究结果一致。

2.4 磺胺嘧啶对生物除磷酶活性的影响 生物除磷过程需要关键酶调控，其中与生物厌氧释磷密切相关的为外切聚磷酸盐水解酶（PPX），而与PAO好氧吸磷密切相关的为聚磷酸盐激酶（PPK）;活性污泥脱氢酶活性直接影响生物除磷系统中有机污染物的转化[14]。

图4为磺胺嘧啶对生物除磷酶活性的影响，随着抗生素浓度增加，PPX酶活性呈先下降后上升的趋势，R3组的PPX酶活性显著高于其他试验组;磺胺嘧啶对PPK酶活性有一定影响，R3组的PPK酶活性高于其他试验组。磺胺嘧啶对系统内PPX酶活性影响较小，可能是磺胺类抗生素难溶于水，其生物有效浓度低，导致对微生物抑制效应弱[15]。另外，脱氢酶活性随着抗生素浓度增加呈逐渐上升的趋势，R2、R3组脱氢酶活性显著高于空白组，该研究结果与前人研究结果相反[16]。磺胺类抗生素的作用机制是干扰细菌的叶酸代谢，有些微生物可以不用自身合成叶酸，磺胺类抗生素对其影响效果减弱[16]，这可能是磺胺嘧啶对脱氢酶活性无抑制的原因之一。

3 结论

低浓度磺胺嘧啶对污水SBR系统影响不明显，高浓度磺胺嘧啶影响试验中后期的厌氧释磷和好氧吸磷量，降低生物除磷效率。高浓度磺胺嘧啶能降低污泥浓度和污泥沉降性能。磺胺嘧啶提高系统污泥中EPS中蛋白质含量，增加EPS总量。另外，磺胺嘧啶增加活性污泥中脱氢酶活性，改变PPX、PPK酶的活性。

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