龍騰銳， 周健
(重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院， 重慶 400045)

　　摘　要：探討了AB法中A段活性污泥對(duì)酶和微生物的固定作用及其對(duì)活性污泥絮凝吸附、代謝、再生及沉降性能的影響，同時(shí)論述了兼性菌在A段活性污泥再生中的作用。
　　關(guān)鍵詞：AB法；機(jī)理； 酶和微生物固定
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)09-0020-03

　　AB法(Adsorption Biodegradation)是一種新型的兩段生物處理工藝，與普通活性污泥法相比，它具有高效、穩(wěn)定、節(jié)省能耗、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。AB法技術(shù)上的突破主要在A段：該段前省去了初沉池，A段曝氣池在高負(fù)荷[≥2kgBOD₅/(kgMLSS·d)]、短停留時(shí)間(30min)、低溶解氧(0.5～1mg/L)、短泥齡(0.5～0.7d)的條件下運(yùn)行。但是，目前對(duì)A段工藝的工作機(jī)理研究尚未取得突破性進(jìn)展，例如A段工藝在無(wú)污泥再生的條件下卻能保持微生物的活性和良好的污泥沉降性能，這是傳統(tǒng)的微生物吸附氧化機(jī)理所不能解釋的。筆者從A段活性污泥對(duì)酶和微生物的固定作用出發(fā)，探討了它對(duì)A段污泥的絮凝吸附、代謝、再生及沉降性能的作用與影響。同時(shí)就兼性菌在A段活性污泥再生中的作用進(jìn)行了探討。

1 活性污泥對(duì)酶和微生物的固定作用

　　固定化酶就是在某一定空間內(nèi)具有催化活性的呈封閉狀態(tài)的酶，而固定化微生物則可以固定多酶體系，并使酶的活性損失減小。這種被固定的酶和微生物能使酶的穩(wěn)定性增加并可反復(fù)利用，能使反應(yīng)系統(tǒng)發(fā)生連續(xù)的酶促反應(yīng)，有利于提高反應(yīng)速率，減少反應(yīng)時(shí)間，節(jié)省能耗。A段活性污泥對(duì)酶和微生物具有較強(qiáng)的固定作用。
1.1 懸浮固體的吸附固定作用
　　在下水道中吸附、聚集了大量細(xì)菌的懸浮固體未經(jīng)沉淀而直接進(jìn)入A段能有效地補(bǔ)充微生物量( 其占A段微生物總量的15%)。同時(shí)，懸浮固體進(jìn)入A段后還可對(duì)該段中的高密度微生物進(jìn)行吸附富集。
1.2 活性污泥絮凝體的包埋固定作用
　　在A段中存在大量的世代時(shí)間短的動(dòng)膠菌屬、假單孢菌屬、大腸桿菌屬等絮凝體形成菌。這些細(xì)菌在高負(fù)荷條件下處于對(duì)數(shù)增殖期，其高速的增長(zhǎng)繁殖能力使其較普通活性污泥法中的細(xì)菌產(chǎn)生更多的絮凝體形成菌及大量的胞外高分子聚合物，這將提高A段活性污泥絮凝體的密度和強(qiáng)度，有利于其對(duì)酶和微生物的富集。此外，A段具有從原水獲得補(bǔ)充絮凝體形成菌的優(yōu)勢(shì)(日本的田本河內(nèi)已從下水道活性污泥中分離出極優(yōu)良的絮凝體形成菌，即施氏假單孢菌，同時(shí)動(dòng)膠菌在下水道中也大量存在)。
　　對(duì)A段活性污泥鏡檢常觀察到絮凝體將絲狀菌(為結(jié)構(gòu)絲狀菌^[1]，它影響絮凝體的形狀、結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度，在此起絮凝體骨架作用，有利于絮凝體形成較大顆粒并保持一定的松散度)包埋其中的現(xiàn)象，絮凝體的包埋使結(jié)構(gòu)絲狀菌獲得穩(wěn)定、良好的生長(zhǎng)條件。
　　在污水廠A段的活性污泥中還常觀察到很多大型、分枝粗大、新生的絮凝體(呈辮、花瓣、梅花枝等形狀)，這種絮凝體固定了大量的細(xì)菌。普通活性污泥中的菌膠團(tuán)較A段活性污泥的少，且體型、分枝都小，這說(shuō)明A段的活性污泥對(duì)酶和微生物有較強(qiáng)的固定作用，這種自然包埋固定優(yōu)于人工包埋方式，因?yàn)樗鼘?duì)酶和細(xì)菌的活性影響較小。?

2 酶和微生物對(duì)工藝性能的影響

2.1 對(duì)吸附絮凝性能的影響
　　A段的高負(fù)荷條件使活性污泥中包埋的世代時(shí)間短的絮凝體形成菌大量繁殖，同時(shí)該段又從下水道不斷得到新細(xì)菌的補(bǔ)充，這使得形成絮凝體的胞外高分子聚合物大量產(chǎn)生。這些胞外高分子聚合物和包埋其中的絲狀菌交織成密實(shí)的“網(wǎng)”，對(duì)水中的懸浮物、膠體顆粒、游離性細(xì)菌以及溶解性物質(zhì)進(jìn)行吸附絮凝、網(wǎng)捕，因而使許多污染物被裹挾在絮體中從水中去除，同時(shí)又為絮凝體中的細(xì)菌提供了充足的食料。?
2.2 對(duì) A 段代謝能力的影響
　　A段活性污泥中固定的細(xì)菌多數(shù)是世代時(shí)間短的原核微生物。這些在高負(fù)荷條件下生存的微生物(處于對(duì)數(shù)增殖期)靠二分分裂方式繁殖，世代時(shí)間為20min左右(相當(dāng)于72代/d)，其增殖過(guò)程是典型的高比增長(zhǎng)速率過(guò)程。加上下水道中被懸浮固體固定的細(xì)菌直接進(jìn)入A段并包埋于活性污泥中，使A段活性污泥包埋的細(xì)菌數(shù)量及密度大大高于微生物世代時(shí)間長(zhǎng)的普通活性污泥。Bahr通過(guò)對(duì)Rhernhanjen城市污水廠的研究得出A段的細(xì)菌密度是B段的20倍。A段活性污泥在對(duì)細(xì)菌包埋的同時(shí)還包埋固定了各種酶。已有試驗(yàn)證明，細(xì)菌的存活力并非生物活性的先決條件，生物活性可以靠獲得各種胞外酶或細(xì)胞破裂溢出的酶而得到增強(qiáng)。A段活性污泥對(duì)失活細(xì)菌殘留的多種酶的包埋固定使該段活性污泥保持持續(xù)的生物活性。B.Bohnke的研究結(jié)果表明，A段細(xì)菌降解聚合物的生理活性比B段的高出90%左右。B.Bohnke還以遺傳物質(zhì)——脫氧核糖核酸(DNA)作為生物活性指標(biāo)比較了A段活性污泥和普通活性污泥的活性，結(jié)果表明A段活性污泥的DNA占MLSS的比為20.03%，而普通活性污泥的只有14.15%，這使A段的代謝及抗沖擊負(fù)荷能力大大提高。
　　此外，A段活性污泥中細(xì)菌的高密度有利于質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移^[2]。原核生物存在質(zhì)粒(是環(huán)形的DNA分子，它們不受染色體支配，能進(jìn)入菌體并利用菌體的復(fù)制系統(tǒng)自我復(fù)制增殖)，而質(zhì)粒普遍攜帶抗性基因(個(gè)別基因具有抵御抗生素、重金屬的能力)。有的細(xì)菌有一般細(xì)菌不具備的特殊基因，在正常的細(xì)胞分裂中，質(zhì)粒能通過(guò)接合作用從攜質(zhì)粒細(xì)菌轉(zhuǎn)移到無(wú)質(zhì)粒細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)。A段中高密度懸浮細(xì)菌的存在有利于質(zhì)粒接合，從而使A段對(duì)毒物有較好的抗性。
2.3 對(duì)沉降性能的影響
　　A段活性污泥對(duì)酶和微生物的固定作用改善了A段污泥的沉降性能(其SVI一般為50mL/g左右)。雖然A段的高負(fù)荷為微生物提供了充足的食料，使單體微生物具有很高的能量水平，但由于絮凝體形成菌的大量繁殖而形成密實(shí)的絮凝體，其包埋作用限制了微生物的動(dòng)能，故絮凝體在整體上具有良好的沉降性能。
　　近年來(lái)的研究表明^[3]，增大泥齡將導(dǎo)致SVI值升高而產(chǎn)生污泥膨脹，其原因是：通常情況下絲狀菌的世代時(shí)間較長(zhǎng)，而較長(zhǎng)的泥齡有利于絲狀菌的增殖。在低基質(zhì)濃度時(shí)絲狀菌比菌膠團(tuán)增殖速度快，但在高基質(zhì)濃度下其增殖速度較慢，故A段的短泥齡、高負(fù)荷條件使絲狀菌不占優(yōu)勢(shì)。因此，A段不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，此時(shí)少量的絲狀菌還可在絮凝體中起骨架作用[1]，加之A段活性污泥還包裹了大量的來(lái)自原水的懸浮顆粒，增加了絮凝體的比重而有利于活性污泥的沉降。

3 A段沉淀池對(duì)活性污泥的再生作用

　　德國(guó)的一些研究者進(jìn)行了將B段剩余污泥回流到A段的試驗(yàn)，但A段的BOD₅、COD去除率并無(wú)明顯提高^[4]，這說(shuō)明A段沉淀池排出的污泥和B段的污泥一樣得到了較好的再生。筆者認(rèn)為，A段活性污泥的再生主要是兼性微生物作用的結(jié)果?；钚晕勰嘣趨捬鯒l件下具有大量吸收和貯存有機(jī)物的能力，已有研究表明^[5]：兼性微生物在厭氧時(shí)可以利用細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的糖原通過(guò)糖酵解(EMP)途徑產(chǎn)生吸收和儲(chǔ)存有機(jī)物所需要的還原能，能將吸附于菌體表面的大分子有機(jī)物厭氧水解酸化成溶于水的小分子有機(jī)酸，并在好氧時(shí)吸收有機(jī)物而合成新的糖原。試驗(yàn)證明，污泥內(nèi)的糖原降解和它的厭氧吸收能力密切相關(guān)，一定量的糖原可保證污泥在厭氧條件下吸收全部吸附的有機(jī)物。而A段的曝氣池和沉淀池可分別視作好氧段和厭氧段，其為兼性菌的糖原好氧再生和厭氧降解創(chuàng)造了條件。兼性菌在A段曝氣池和沉淀池中的作用如圖1所示。?

　　A段通常為微氧環(huán)境(溶解氧為0.5～0.7mg/L)，且該段含有大量的腸道原核微生物(變形細(xì)菌、雙螺旋形細(xì)菌及腸細(xì)菌等)。因此，可認(rèn)為A段的再生為短程再生，即主要通過(guò)兼性菌的厭氧呼吸將吸附于菌體表面的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶于水的小分子有機(jī)物。由于A段活性污泥包埋了大量的細(xì)菌及其胞外酶、滲透酶，因而大大提高了水解速度和小分子有機(jī)物輸入細(xì)胞內(nèi)的傳遞速度，使這些小分子有機(jī)物能迅速?gòu)木w表面?zhèn)鬟f入菌體內(nèi)而進(jìn)行厭氧降解。當(dāng)污泥在二沉池中的停留時(shí)間為1.5h時(shí)，水中大分子有機(jī)物完全來(lái)得及完成“水解—傳遞—厭氧降解”這一過(guò)程，使A段污泥能在較短時(shí)間內(nèi)得到再生，因此A段沉淀池可視為活性污泥的厭氧再生池。?

4 結(jié)論

　?、?AB法的A段存在大量世代時(shí)間短的絮凝體形成菌及懸浮固體，使得A段具有較強(qiáng)的固定酶和微生物的能力。
　?、?A段活性污泥絮凝體密實(shí)，其包埋固定作用使活性污泥中的酶的濃度和微生物密度大大提高，因而A段污泥具有較強(qiáng)的吸附絮凝、代謝、再生能力，且沉降性能良好。
　　③ 在A段沉淀池中(為厭氧)，大量的兼性菌能將吸附于菌體表面的大分子有機(jī)物水解成小分子有機(jī)物并吸入體內(nèi)進(jìn)行厭氧降解，從而使活性污泥得以再生。

參考文獻(xiàn)：
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　　電　　話：(023)65120235
　　收稿日期：2002-02-22