季铵化合物对硝化细菌活性的抑制特性研究

季铵化合物（Quaternary Ammonium Compounds, QACs）是一类被广泛应用的化合物，对硝化反应具有明显的抑制作用。随着我国污水处理厂一级A排放标准的实施，研究QACs对硝化反应抑制作用具有重要意义。本文通过研究不同浓度（0～80mg/l）的典型的QACs对硝化反应（包括氨氧化和亚硝酸盐氧化），特别是当温度变化时（包括不同恒定温度下以及逐渐降温和骤然降温过程中）的抑制效果，对反应动力学进行计算；随后通过FISH技术究QACs单次和连续抑制作用前后硝化细菌（氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌）种群类型分布、数量演变；再次通过利用氧消耗速率试验不同浓度QACs对氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌的呼吸作用的抑制性进行探讨；最后利用PCR-DGGE技术对QACs作用前后的氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌的基因突变进行验证，从分子生物学水平探讨QACs对硝化细菌活性抑制机理。

呼吸实验结果表明，在污泥浓度(MLVSS)为534mg/L的情况下，季铵化合物浓度为2 mg/L就已明显降低了硝化细菌的呼吸速率，抑制率为19.88%。并随着浓度的增加抑制更明显，浓度为5~50 mg/L时，对应的抑制率在39.53%85.65%之间，当浓度为增加到80mg/L，硝化呼吸作用几乎停止，半抑制浓度为12mg/L。.以亚硝酸盐为基质，用亚硝酸盐的降解来测定季铵化合物对硝化的抑制情况。在十四烷基二甲基苄基氯化铵的浓度为5mg~50 mg/L对应的抑制率分别是41.57%~95.17%之间，用Origin软件进行拟合得到半抑制浓度(IC50)为7.1mg/L。.1. 当pH=7时，硝化细菌降解亚硝酸盐的速率最快，偏离程度越大，对硝化细菌的活性影响越大。.2. 在无异养菌存在的情况下，有机物对硝化细菌降解亚硝酸盐既无抑制作用，也无促进作用。反之随着有机物浓度的增加，对硝化细菌降解亚硝酸盐的抑制强度逐渐增强，随着时间的延长，有机物在异养菌的作用下，浓度降低，亚硝酸盐的转化效率逐渐恢复。当有机物浓度为200mg/L时，在异养菌的作用下完全降解后，亚硝酸盐的降解速率（12.75mg/（L•h））是对照试验组将近2倍。4. 随着硝化细菌接种量的增加，降解亚硝酸盐的速率呈增长趋势6. 随着QACs（C12、C14、C16）浓度的增加，对硝化细菌降解亚硝酸盐的抑制作用随着增强。.7. 随着烷基链长度的增加，对硝化细菌的抑制强度越大（C16>C14>C12）。.8. 接菌量为10%时，在0～96h，硝化细菌处于适应期，在100～144h，硝化细菌处于对数增长期，从144～168h，硝化细菌处于稳定期，168h以后细菌处于衰亡期。.季铵化合物对硝化抑制机理实验，测定了抑制过程中使得OD260和OD280数值随着季铵化合物浓度的增加而增大，钾离子也随着TDBAC浓度的增加而释放出来的更多。表明季铵化合物使膜蛋白质变性，深入到磷脂双分子层，导致钾离子、核酸泄露，最终导致细胞膜的损坏。20mg/L的季铵盐作用10min，就可以使硝化污泥水相中的蛋白质浓度急剧增加，证实了高浓度季铵盐的快速杀菌作用。大于5mg/L的季铵盐浓度作用纯菌时利用PCR-DGGE显示DNA条带均出现拖尾，造成了DNA损伤，表现出了基因毒性。