董春宏 胡洪營 錢易
清華大學環境科學與工程系環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室，北京，100084

　　微生物的硝化作用是自然界氮循環的關鍵環節之一。硝化過程進行的程度，直接影響到水體中氮的循環過程。在水生生態環境中，以亞硝酸菌和硝酸菌為主體的復合硝化菌群是實現硝化過程的主要承擔者。復合硝化菌群的生物活性，即硝化能力是影響硝化過程能否順利進行的決定因素之一。有毒有害化學物質對硝化能力影響的大小不僅能反映其對硝化過程的抑制程度，而且能反映有毒有害化學物質對生態系統氮循環過程的抑制程度。因此，評價有毒有害化學物質對復合硝化菌群硝化能力的抑制作用，對研究有毒有害化學物質的生態效應具有重要意義。本文研究了Cu²⁺（CuSO₄）對自然水體底泥及活性污泥中復合硝化菌群硝化能力的抑制作用。
　　銅在工農業生產中起重要作用，是生命體必不可少的微量元素之一，但過量的Cu²⁺又會對生命活動產生抑制作用。隨著工業的發展，尤其是冶金、電鍍、石化以及化學工業的發展，大量含Cu²⁺的工業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． 實驗材料與方法

1.1 材料
　　實驗用底泥取自清華園與圓明園湖中，在實驗室內進行富集培養。培養室長60cm，寬30cm，高45cm，培養室模擬自然水體的一些特點如緩慢流動、向下滲透等。經3個月富集培養以后投入使用，用MPN（最大可能記數法）法測得底泥中的硝化細菌數約為1.2×10⁷/mL。活性污泥取自某氧化溝污水處理裝置，用MPN法測得硝化細菌數量約為1.5×10⁸ /mL。
　　實驗藥劑：硫酸銅，分析純。
1.2 實驗原理
　　硝化菌在將氨氮氧化為亞硝酸進而繼續氧化為硝酸的過程中，如果有抑制硝化作用的物質存在，硝化菌的硝化活性將受到抑制，甚至完全喪失。通過測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。
　　實驗用培養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。
　　實驗采用搖瓶法，容器為200mL的錐型瓶，內放90mL的實驗用培養液，10mL的底泥。搖床溫度為30±1℃，轉速160轉/分。

2． 實驗步驟

2.1 實驗用培養液濃度選擇
　　抑制劑濃度對底泥設置為2，6，8，10，20，40mg/L，對活性污泥設置為5，10，15，25，40，50mg/L，并做空白對照實驗。
2.2 實驗用培養液的配制
　　實驗用培養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。
　　使用時根據抑制劑濃度，先移取相應體積的1#液，再用2#液將體積稀釋至90mL。
2.3 實驗用復合硝化菌群的投放
　　實驗前取出足量的底泥，混合均勻后從中取出10mL加入實驗用培養液中。活性污泥需要濃縮后加入。
2.4 實驗測定
　　氨氮濃度的測定采用納氏試劑分光光度法，實驗結束后測定SS。

3．結果與結論

　　先將氨氮濃度對時間作圖，求出反應速率r，再利用 求出各抑制劑濃度下反應速率的統計平均值 （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對應的概率單位與對數濃度作圖，采用直線內插法得到Cu²⁺（CuSO₄）對復合硝化菌群的EC50。
　　實驗結果采用內插直線法得到，Cu²⁺（CuSO₄）對底泥和活性污泥中復合硝化菌群的EC50分別為9.8mgCu/L為30.9mgCu/L。通過分析發現，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，硝化菌群長期處于受Cu²⁺污染的環境中，復合硝化菌群對Cu²⁺的耐受性較強，敏感程度相應降低；自然水體底泥中的復合硝化菌群由于受Cu污染程度輕或幾乎沒有，因而對Cu²⁺的敏感性較高。
　　本研究表明選擇復合硝化菌群用于有毒有害污染物安全性評價的指示生物時，應選擇那些未受污染或受污染很輕的環境中的復合硝化菌群，更能反映實際受污染的情況。以底泥中的復合硝化菌群作為污染物安全性評價的指示生物，建立評價指標以及有毒有害污染物對硝化作用影響的研究將是該領域的一個新的生長點。

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（本項目由國家重點基礎研究專項973經費資助，項目編號：G1999045711）