1. 研究背景

酚类化合物是一类苯环上的氢被羟基取代后形成的化合物，根据羟基数量可以分为单酚和多酚。目前在地表水、地下水及污水中常含有酚类化合物，这些化合物主要来源于工业企业的化工生产过程，如造纸、冶炼、化学有机合成，以及塑料、医药、农药等的生产^[1]。酚类化合物具有生物累积性、长距离的迁移能力，是一类毒性较大的有机污染物^[2]。与生物接触后，会导致生物内分泌紊乱、免疫功能失调、发育紊乱且致癌、致畸、至突变^[3]。

工业废水中酚类化合物的处理方法主要有物理法、化学法和生物法，物理法和化学法均成本高昂，目前主要处理方法为活性污泥法^[1]。酚类化合物经生产工艺进入工业废水后，进入污水处理厂的污水处理设施进行处理，从而从水中去除，减少对环境及人体健康的损害^[4]。活性污泥法处理效果主要依赖于微生物的新陈代谢^[5]， 但该类化合物会对污泥微生物产生一定程度的抑制，导致处理效率下降、污泥膨胀、出水水质恶化^[6]等不利于污水处理厂运行的情况发生。柳会雄等人研究发现，在2,4-二氯酚存在时，对于不同泥龄，均会减少活性污泥的产量^[7,8]。徐美燕等人发现，苯酚对生物硝化存在抑制作用，且当苯酚与2,4-二氯酚共存时会产生抑制叠加效应^[9]。董春宏等人研究发现酚类化合物对湖泊底泥氨氧化也存在抑制作用^[10]。因此了解酚类物质对污泥的抑制效应是非常有必要的。目前，在水质毒性测定中，多使用发光细菌法，因其相比于用鱼、水蚤等水生生物作为受试对象的监测方法迅速、简便且灵敏^[11]。发光细菌体内含有荧光素、荧光酶、ATP等可导致发光的要素，在有氧条件下，细胞体内发生一系列的生物化学反应产生荧光。当环境中含有有毒物质时，有毒物质抑制参与发光反应的酶的活性，抑制细胞内有关发光的代谢过程，导致其发光强度降低^[12]。毒物浓度与发光强度成线性负相关关系，因此可以使用灵敏的光点测量系统测定发光细菌的发光强度来判断毒物的毒性大小^[13]。目前已有基于发光细菌法原理设计出的监测水质急性毒性的仪器^[14]，发光细菌广泛的应用于环境监测中，用于监测水质的突发性污染、用于监测食品的安全性如农药残留、致癌物质、重金属等。

污泥电子传递体系（ETS）活性是近年来受专家重视的指标^[15]。电子传递体系在污泥生物呼吸作用中起到传递电子的作用，通过电子的传递实现有机物的氧化，并产生能量供微生物的生长繁殖所需。可见电子传递体系在微生物呼吸中的重要作用。电子传递体系通过测定微生物的脱氢酶的活性，来指示微生物的呼吸活性，进而定量污泥的生物活性。该方法操作简便，适用范围广，所需仪器简单。胡子斌等人分别比较测定电子传递体系活性与测定氧摄取速率（OUR）的方法反映污泥活性，并得出测定电子传递体系活性的方法较测定OUR的方法得出的结果更灵敏的结论，且可以很好的反应出污泥的活性^[16]。因此，使用电子传递体系活性这一指标探究酚类化合物对污泥的抑制作用是可行的。

本论文从污泥电子传递体系(ETS)活性的角度来研究酚类对活性污泥的抑制作用，并与使用发光细菌测定毒性得出的半数效应浓度（EC₅₀）进行比较分析，从而更科学的判定酚类化合物的毒性。

2. 电子传递体系

2.1. 概念

电子传递体系（ETS），又名呼吸链。在生物呼吸中起传递电子的作用，通过NAD 、NADH₂、FAD、FADH₂、FMN等辅基辅酶完成一系列的氧化还原反应，实现有机物的氧化分解，维持微生物的正常新陈代谢，图1为某微生物好氧呼吸的呼吸链。ETS过程首先需要脱氢酶将有机物脱氢，产生[H]，产生的[H]再经过一系列的生物氧化还原反应由受氢体接收从而实现有机物的氧化利用^[17]。根据最终电子受体的不同将呼吸划分为不同的类型，以O₂为最终电子受体的呼吸称为好氧呼吸，以电子传递体系末端的外源无机氧化物（NO₃^-、SO₄^2-、CO₃^2-等）为最终电子受体的呼吸为无氧呼吸。通过电子传递体系，使ADP磷酸化产生ATP的过程，称为氧化磷酸化。

脱氢酶是电子传递体系中的主干酶系^[18]，是生物合成与能量代谢中的重要部分，因此，脱氢酶的活性水平直接关系到有机物的转化速率及效率，电子传递体系活性可通过脱氢酶活性间接反映。