董春宏 胡洪營(yíng) 錢易
清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京，100084

　　微生物的硝化作用是自然界氮循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。硝化過(guò)程進(jìn)行的程度，直接影響到水體中氮的循環(huán)過(guò)程。在水生生態(tài)環(huán)境中，以亞硝酸菌和硝酸菌為主體的復(fù)合硝化菌群是實(shí)現(xiàn)硝化過(guò)程的主要承擔(dān)者。復(fù)合硝化菌群的生物活性，即硝化能力是影響硝化過(guò)程能否順利進(jìn)行的決定因素之一。有毒有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)硝化能力影響的大小不僅能反映其對(duì)硝化過(guò)程的抑制程度，而且能反映有毒有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)過(guò)程的抑制程度。因此，評(píng)價(jià)有毒有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)復(fù)合硝化菌群硝化能力的抑制作用，對(duì)研究有毒有害化學(xué)物質(zhì)的生態(tài)效應(yīng)具有重要意義。本文研究了Cu²⁺（CuSO₄）對(duì)自然水體底泥及活性污泥中復(fù)合硝化菌群硝化能力的抑制作用。
　　銅在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起重要作用，是生命體必不可少的微量元素之一，但過(guò)量的Cu²⁺又會(huì)對(duì)生命活動(dòng)產(chǎn)生抑制作用。隨著工業(yè)的發(fā)展，尤其是冶金、電鍍、石化以及化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，大量含Cu²⁺的工業(yè)廢水被排入自然水體，使自然水體中銅離子含量增加，造成嚴(yán)重污染，引起水體自凈功能下降，水生生物中毒甚至死亡。

1． 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料
　　實(shí)驗(yàn)用底泥取自清華園與圓明園湖中，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行富集培養(yǎng)。培養(yǎng)室長(zhǎng)60cm，寬30cm，高45cm，培養(yǎng)室模擬自然水體的一些特點(diǎn)如緩慢流動(dòng)、向下滲透等。經(jīng)3個(gè)月富集培養(yǎng)以后投入使用，用MPN（最大可能記數(shù)法）法測(cè)得底泥中的硝化細(xì)菌數(shù)約為1.2×10⁷/mL?；钚晕勰嗳∽阅逞趸瘻衔鬯幚硌b置，用MPN法測(cè)得硝化細(xì)菌數(shù)量約為1.5×10⁸ /mL。
　　實(shí)驗(yàn)藥劑：硫酸銅，分析純。
1.2 實(shí)驗(yàn)原理
　　硝化菌在將氨氮氧化為亞硝酸進(jìn)而繼續(xù)氧化為硝酸的過(guò)程中，如果有抑制硝化作用的物質(zhì)存在，硝化菌的硝化活性將受到抑制，甚至完全喪失。通過(guò)測(cè)定硝化菌的硝化活性，就可以表示出硝化菌受抑制作用的程度。
　　實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)液由去離子水配制而成，氨氮含量為50mg/L，pH值為7.0-7.5之間，DO大于5mg/L。
　　實(shí)驗(yàn)采用搖瓶法，容器為200mL的錐型瓶，內(nèi)放90mL的實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)液，10mL的底泥。搖床溫度為30±1℃，轉(zhuǎn)速160轉(zhuǎn)/分。

2． 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)液濃度選擇
　　抑制劑濃度對(duì)底泥設(shè)置為2，6，8，10，20，40mg/L，對(duì)活性污泥設(shè)置為5，10，15，25，40，50mg/L，并做空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
2.2 實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)液的配制
　　實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)液采用高濃度逐步稀釋法配置而成。
　　1#液的配制：含Cu²⁺200mg/L和NH3-N40mg/L的溶液2000mL。
　　2#液的配制：含NH3-N40mg/L的溶液2000mL。
　　使用時(shí)根據(jù)抑制劑濃度，先移取相應(yīng)體積的1#液，再用2#液將體積稀釋至90mL。
2.3 實(shí)驗(yàn)用復(fù)合硝化菌群的投放
　　實(shí)驗(yàn)前取出足量的底泥，混合均勻后從中取出10mL加入實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)液中?；钚晕勰嘈枰獫饪s后加入。
2.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)定
　　氨氮濃度的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定SS。

3．結(jié)果與結(jié)論

　　先將氨氮濃度對(duì)時(shí)間作圖，求出反應(yīng)速率r，再利用 求出各抑制劑濃度下反應(yīng)速率的統(tǒng)計(jì)平均值 （見表1）。

表1 不同Cu²⁺濃度下的抑制率 底泥 活性污泥 Cu²⁺(mg/L) LgC Ir(%) Cu²⁺(mg/L) LgC Ir(%) 2 0.301 3.79 5 0.699 16.97 6 0.778 9.94 10 1.000 24.91 8 0.903 35.15 15 1.176 30.33 10 1.00 56.51 25 1.398 42.24 20 1.301 70.54 40 1.602 63.18 40 1.602 81.96 50 1.699 69.31 70 1.845 75.45

　　求出硝化作用抑制率Ir后，由Ir對(duì)應(yīng)的概率單位與對(duì)數(shù)濃度作圖，采用直線內(nèi)插法得到Cu²⁺（CuSO₄）對(duì)復(fù)合硝化菌群的EC50。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用內(nèi)插直線法得到，Cu²⁺（CuSO₄）對(duì)底泥和活性污泥中復(fù)合硝化菌群的EC50分別為9.8mgCu/L為30.9mgCu/L。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，活性污泥中所含Cu²⁺的濃度明顯高于自然水體底泥中Cu²⁺的濃度，硝化菌群長(zhǎng)期處于受Cu²⁺污染的環(huán)境中，復(fù)合硝化菌群對(duì)Cu²⁺的耐受性較強(qiáng)，敏感程度相應(yīng)降低；自然水體底泥中的復(fù)合硝化菌群由于受Cu污染程度輕或幾乎沒(méi)有，因而對(duì)Cu²⁺的敏感性較高。
　　本研究表明選擇復(fù)合硝化菌群用于有毒有害污染物安全性評(píng)價(jià)的指示生物時(shí)，應(yīng)選擇那些未受污染或受污染很輕的環(huán)境中的復(fù)合硝化菌群，更能反映實(shí)際受污染的情況。以底泥中的復(fù)合硝化菌群作為污染物安全性評(píng)價(jià)的指示生物，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)以及有毒有害污染物對(duì)硝化作用影響的研究將是該領(lǐng)域的一個(gè)新的生長(zhǎng)點(diǎn)。

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（本項(xiàng)目由國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究專項(xiàng)973經(jīng)費(fèi)資助，項(xiàng)目編號(hào)：G1999045711）