龍騰銳， 周健
(重慶大學城市建設與環(huán)境工程學院， 重慶 400045)

　　摘　要：探討了AB法中A段活性污泥對酶和微生物的固定作用及其對活性污泥絮凝吸附、代謝、再生及沉降性能的影響，同時論述了兼性菌在A段活性污泥再生中的作用。
　　關鍵詞：AB法；機理； 酶和微生物固定
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：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、造價低等優(yōu)點。AB法技術上的突破主要在A段：該段前省去了初沉池，A段曝氣池在高負荷[≥2kgBOD₅/(kgMLSS·d)]、短停留時間(30min)、低溶解氧(0.5～1mg/L)、短泥齡(0.5～0.7d)的條件下運行。但是，目前對A段工藝的工作機理研究尚未取得突破性進展，例如A段工藝在無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理所不能解釋的。筆者從A段活性污泥對酶和微生物的固定作用出發(fā)，探討了它對A段污泥的絮凝吸附、代謝、再生及沉降性能的作用與影響。同時就兼性菌在A段活性污泥再生中的作用進行了探討。

1 活性污泥對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)定性增加并可反復利用，能使反應系統(tǒng)發(fā)生連續(xù)的酶促反應，有利于提高反應速率，減少反應時間，節(jié)省能耗。A段活性污泥對酶和微生物具有較強的固定作用。
1.1 懸浮固體的吸附固定作用
　　在下水道中吸附、聚集了大量細菌的懸浮固體未經(jīng)沉淀而直接進入A段能有效地補充微生物量( 其占A段微生物總量的15%)。同時，懸浮固體進入A段后還可對該段中的高密度微生物進行吸附富集。
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間短的動膠菌屬、假單孢菌屬、大腸桿菌屬等絮凝體形成菌。這些細菌在高負荷條件下處于對數(shù)增殖期，其高速的增長繁殖能力使其較普通活性污泥法中的細菌產(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度，有利于其對酶和微生物的富集。此外，A段具有從原水獲得補充絮凝體形成菌的優(yōu)勢(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，同時動膠菌在下水道中也大量存在)。
　　對A段活性污泥鏡檢常觀察到絮凝體將絲狀菌(為結構絲狀菌^[1]，它影響絮凝體的形狀、結構及強度，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，絮凝體的包埋使結構絲狀菌獲得穩(wěn)定、良好的生長條件。
　　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菌。普通活性污泥中的菌膠團較A段活性污泥的少，且體型、分枝都小，這說明A段的活性污泥對酶和微生物有較強的固定作用，這種自然包埋固定優(yōu)于人工包埋方式，因為它對酶和細菌的活性影響較小。?

2 酶和微生物對工藝性能的影響

2.1 對吸附絮凝性能的影響
　　A段的高負荷條件使活性污泥中包埋的世代時間短的絮凝體形成菌大量繁殖，同時該段又從下水道不斷得到新細菌的補充，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的“網(wǎng)”，對水中的懸浮物、膠體顆粒、游離性細菌以及溶解性物質(zhì)進行吸附絮凝、網(wǎng)捕，因而使許多污染物被裹挾在絮體中從水中去除，同時又為絮凝體中的細菌提供了充足的食料。?
2.2 對 A 段代謝能力的影響
　　A段活性污泥中固定的細菌多數(shù)是世代時間短的原核微生物。這些在高負荷條件下生存的微生物(處于對數(shù)增殖期)靠二分分裂方式繁殖，世代時間為20min左右(相當于72代/d)，其增殖過程是典型的高比增長速率過程。加上下水道中被懸浮固體固定的細菌直接進入A段并包埋于活性污泥中，使A段活性污泥包埋的細菌數(shù)量及密度大大高于微生物世代時間長的普通活性污泥。Bahr通過對Rhernhanjen城市污水廠的研究得出A段的細菌密度是B段的20倍。A段活性污泥在對細菌包埋的同時還包埋固定了各種酶。已有試驗證明，細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胞破裂溢出的酶而得到增強。A段活性污泥對失活細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的研究結果表明，A段細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)作為生物活性指標比較了A段活性污泥和普通活性污泥的活性，結果表明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荷能力大大提高。
　　此外，A段活性污泥中細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，能進入菌體并利用菌體的復制系統(tǒng)自我復制增殖)，而質(zhì)粒普遍攜帶抗性基因(個別基因具有抵御抗生素、重金屬的能力)。有的細菌有一般細菌不具備的特殊基因，在正常的細胞分裂中，質(zhì)粒能通過接合作用從攜質(zhì)粒細菌轉(zhuǎn)移到無質(zhì)粒細菌的細胞內(nèi)。A段中高密度懸浮細菌的存在有利于質(zhì)粒接合，從而使A段對毒物有較好的抗性。
2.3 對沉降性能的影響
　　A段活性污泥對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的絮凝體，其包埋作用限制了微生物的動能，故絮凝體在整體上具有良好的沉降性能。
　　近年來的研究表明^[3]，增大泥齡將導致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間較長，而較長的泥齡有利于絲狀菌的增殖。在低基質(zhì)濃度時絲狀菌比菌膠團增殖速度快，但在高基質(zhì)濃度下其增殖速度較慢，故A段的短泥齡、高負荷條件使絲狀菌不占優(yōu)勢。因此，A段不會發(fā)生污泥膨脹，此時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段沉淀池對活性污泥的再生作用

　　德國的一些研究者進行了將B段剩余污泥回流到A段的試驗，但A段的BOD₅、COD去除率并無明顯提高^[4]，這說明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。筆者認為，A段活性污泥的再生主要是兼性微生物作用的結果。活性污泥在厭氧條件下具有大量吸收和貯存有機物的能力，已有研究表明^[5]：兼性微生物在厭氧時可以利用細胞內(nèi)儲存的糖原通過糖酵解(EMP)途徑產(chǎn)生吸收和儲存有機物所需要的還原能，能將吸附于菌體表面的大分子有機物厭氧水解酸化成溶于水的小分子有機酸，并在好氧時吸收有機物而合成新的糖原。試驗證明，污泥內(nèi)的糖原降解和它的厭氧吸收能力密切相關，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(變形細菌、雙螺旋形細菌及腸細菌等)。因此，可認為A段的再生為短程再生，即主要通過兼性菌的厭氧呼吸將吸附于菌體表面的大分子有機物轉(zhuǎn)化為溶于水的小分子有機物。由于A段活性污泥包埋了大量的細菌及其胞外酶、滲透酶，因而大大提高了水解速度和小分子有機物輸入細胞內(nèi)的傳遞速度，使這些小分子有機物能迅速從菌體表面?zhèn)鬟f入菌體內(nèi)而進行厭氧降解。當污泥在二沉池中的停留時間為1.5h時，水中大分子有機物完全來得及完成“水解—傳遞—厭氧降解”這一過程，使A段污泥能在較短時間內(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 結論

　?、?AB法的A段存在大量世代時間短的絮凝體形成菌及懸浮固體，使得A段具有較強的固定酶和微生物的能力。
　　② A段活性污泥絮凝體密實，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物水解成小分子有機物并吸入體內(nèi)進行厭氧降解，從而使活性污泥得以再生。

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