AB法A段工艺的机理探讨

龙腾锐， 周健
(重庆大学城市建设与环境工程学院， 重庆 400045)

　　摘　要：探讨了AB法中A段活性污泥对酶和微生物的固定作用及其对活性污泥絮凝吸附、代谢、再生及沉降性能的影响，同时论述了兼性菌在A段活性污泥再生中的作用。
　　关键词：AB法；机理； 酶和微生物固定
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：B
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0020-03

　　AB法(Adsorption Biodegradation)是一种新型的两段生物处理工艺，与普通活性污泥法相比，它具有高效、稳定、节省能耗、造价低等优点。AB法技术上的突破主要在A段：该段前省去了初沉池，A段曝气池在高负荷[≥2kgBOD₅/(kgMLSS·d)]、短停留时间(30min)、低溶解氧(0.5～1mg/L)、短泥龄(0.5～0.7d)的条件下运行。但是，目前对A段工艺的工作机理研究尚未取得突破性进展，例如A段工艺在无污泥再生的条件下却能保持微生物的活性和良好的污泥沉降性能，这是传统的微生物吸附氧化机理所不能解释的。笔者从A段活性污泥对酶和微生物的固定作用出发，探讨了它对A段污泥的絮凝吸附、代谢、再生及沉降性能的作用与影响。同时就兼性菌在A段活性污泥再生中的作用进行了探讨。

1 活性污泥对酶和微生物的固定作用

　　固定化酶就是在某一定空间内具有催化活性的呈封闭状态的酶，而固定化微生物则可以固定多酶体系，并使酶的活性损失减小。这种被固定的酶和微生物能使酶的稳定性增加并可反复利用，能使反应系统发生连续的酶促反应，有利于提高反应速率，减少反应时间，节省能耗。A段活性污泥对酶和微生物具有较强的固定作用。
1.1 悬浮固体的吸附固定作用
　　在下水道中吸附、聚集了大量细菌的悬浮固体未经沉淀而直接进入A段能有效地补充微生物量( 其占A段微生物总量的15%)。同时，悬浮固体进入A段后还可对该段中的高密度微生物进行吸附富集。
1.2 活性污泥絮凝体的包埋固定作用
　　在A段中存在大量的世代时间短的动胶菌属、假单孢菌属、大肠杆菌属等絮凝体形成菌。这些细菌在高负荷条件下处于对数增殖期，其高速的增长繁殖能力使其较普通活性污泥法中的细菌产生更多的絮凝体形成菌及大量的胞外高分子聚合物，这将提高A段活性污泥絮凝体的密度和强度，有利于其对酶和微生物的富集。此外，A段具有从原水获得补充絮凝体形成菌的优势(日本的田本河内已从下水道活性污泥中分离出极优良的絮凝体形成菌，即施氏假单孢菌，同时动胶菌在下水道中也大量存在)。
　　对A段活性污泥镜检常观察到絮凝体将丝状菌(为结构丝状菌^[1]，它影响絮凝体的形状、结构及强度，在此起絮凝体骨架作用，有利于絮凝体形成较大颗粒并保持一定的松散度)包埋其中的现象，絮凝体的包埋使结构丝状菌获得稳定、良好的生长条件。
　　在污水厂A段的活性污泥中还常观察到很多大型、分枝粗大、新生的絮凝体(呈辫、花瓣、梅花枝等形状)，这种絮凝体固定了大量的细菌。普通活性污泥中的菌胶团较A段活性污泥的少，且体型、分枝都小，这说明A段的活性污泥对酶和微生物有较强的固定作用，这种自然包埋固定优于人工包埋方式，因为它对酶和细菌的活性影响较小。?

2 酶和微生物对工艺性能的影响

2.1 对吸附絮凝性能的影响
　　A段的高负荷条件使活性污泥中包埋的世代时间短的絮凝体形成菌大量繁殖，同时该段又从下水道不断得到新细菌的补充，这使得形成絮凝体的胞外高分子聚合物大量产生。这些胞外高分子聚合物和包埋其中的丝状菌交织成密实的“网”，对水中的悬浮物、胶体颗粒、游离性细菌以及溶解性物质进行吸附絮凝、网捕，因而使许多污染物被裹挟在絮体中从水中去除，同时又为絮凝体中的细菌提供了充足的食料。?
2.2 对 A 段代谢能力的影响
　　A段活性污泥中固定的细菌多数是世代时间短的原核微生物。这些在高负荷条件下生存的微生物(处于对数增殖期)靠二分分裂方式繁殖，世代时间为20min左右(相当于72代/d)，其增殖过程是典型的高比增长速率过程。加上下水道中被悬浮固体固定的细菌直接进入A段并包埋于活性污泥中，使A段活性污泥包埋的细菌数量及密度大大高于微生物世代时间长的普通活性污泥。Bahr通过对Rhernhanjen城市污水厂的研究得出A段的细菌密度是B段的20倍。A段活性污泥在对细菌包埋的同时还包埋固定了各种酶。已有试验证明，细菌的存活力并非生物活性的先决条件，生物活性可以靠获得各种胞外酶或细胞破裂溢出的酶而得到增强。A段活性污泥对失活细菌残留的多种酶的包埋固定使该段活性污泥保持持续的生物活性。B.Bohnke的研究结果表明，A段细菌降解聚合物的生理活性比B段的高出90%左右。B.Bohnke还以遗传物质——脱氧核糖核酸(DNA)作为生物活性指标比较了A段活性污泥和普通活性污泥的活性，结果表明A段活性污泥的DNA占MLSS的比为20.03%，而普通活性污泥的只有14.15%，这使A段的代谢及抗冲击负荷能力大大提高。
　　此外，A段活性污泥中细菌的高密度有利于质粒的转移^[2]。原核生物存在质粒(是环形的DNA分子，它们不受染色体支配，能进入菌体并利用菌体的复制系统自我复制增殖)，而质粒普遍携带抗性基因(个别基因具有抵御抗生素、重金属的能力)。有的细菌有一般细菌不具备的特殊基因，在正常的细胞分裂中，质粒能通过接合作用从携质粒细菌转移到无质粒细菌的细胞内。A段中高密度悬浮细菌的存在有利于质粒接合，从而使A段对毒物有较好的抗性。
2.3 对沉降性能的影响
　　A段活性污泥对酶和微生物的固定作用改善了A段污泥的沉降性能(其SVI一般为50mL/g左右)。虽然A段的高负荷为微生物提供了充足的食料，使单体微生物具有很高的能量水平，但由于絮凝体形成菌的大量繁殖而形成密实的絮凝体，其包埋作用限制了微生物的动能，故絮凝体在整体上具有良好的沉降性能。
　　近年来的研究表明^[3]，增大泥龄将导致SVI值升高而产生污泥膨胀，其原因是：通常情况下丝状菌的世代时间较长，而较长的泥龄有利于丝状菌的增殖。在低基质浓度时丝状菌比菌胶团增殖速度快，但在高基质浓度下其增殖速度较慢，故A段的短泥龄、高负荷条件使丝状菌不占优势。因此，A段不会发生污泥膨胀，此时少量的丝状菌还可在絮凝体中起骨架作用[1]，加之A段活性污泥还包裹了大量的来自原水的悬浮颗粒，增加了絮凝体的比重而有利于活性污泥的沉降。

3 A段沉淀池对活性污泥的再生作用

　　德国的一些研究者进行了将B段剩余污泥回流到A段的试验，但A段的BOD₅、COD去除率并无明显提高^[4]，这说明A段沉淀池排出的污泥和B段的污泥一样得到了较好的再生。笔者认为，A段活性污泥的再生主要是兼性微生物作用的结果。活性污泥在厌氧条件下具有大量吸收和贮存有机物的能力，已有研究表明^[5]：兼性微生物在厌氧时可以利用细胞内储存的糖原通过糖酵解(EMP)途径产生吸收和储存有机物所需要的还原能，能将吸附于菌体表面的大分子有机物厌氧水解酸化成溶于水的小分子有机酸，并在好氧时吸收有机物而合成新的糖原。试验证明，污泥内的糖原降解和它的厌氧吸收能力密切相关，一定量的糖原可保证污泥在厌氧条件下吸收全部吸附的有机物。而A段的曝气池和沉淀池可分别视作好氧段和厌氧段，其为兼性菌的糖原好氧再生和厌氧降解创造了条件。兼性菌在A段曝气池和沉淀池中的作用如图1所示。?

　　A段通常为微氧环境(溶解氧为0.5～0.7mg/L)，且该段含有大量的肠道原核微生物(变形细菌、双螺旋形细菌及肠细菌等)。因此，可认为A段的再生为短程再生，即主要通过兼性菌的厌氧呼吸将吸附于菌体表面的大分子有机物转化为溶于水的小分子有机物。由于A段活性污泥包埋了大量的细菌及其胞外酶、渗透酶，因而大大提高了水解速度和小分子有机物输入细胞内的传递速度，使这些小分子有机物能迅速从菌体表面传递入菌体内而进行厌氧降解。当污泥在二沉池中的停留时间为1.5h时，水中大分子有机物完全来得及完成“水解—传递—厌氧降解”这一过程，使A段污泥能在较短时间内得到再生，因此A段沉淀池可视为活性污泥的厌氧再生池。?

4 结论

　　① AB法的A段存在大量世代时间短的絮凝体形成菌及悬浮固体，使得A段具有较强的固定酶和微生物的能力。
　　② A段活性污泥絮凝体密实，其包埋固定作用使活性污泥中的酶的浓度和微生物密度大大提高，因而A段污泥具有较强的吸附絮凝、代谢、再生能力，且沉降性能良好。
　　③ 在A段沉淀池中(为厌氧)，大量的兼性菌能将吸附于菌体表面的大分子有机物水解成小分子有机物并吸入体内进行厌氧降解，从而使活性污泥得以再生。

参考文献：
　　[1] 龙腾锐，何强，林刚.活性污泥中丝状菌与絮凝结构的关系研究[J].中国给水排水，2000，16(2)：5-8.
　　[2]年跃刚.AB工艺的运行机理[J].给水排水，1995，20(10)：5-7.
　　[3]彭永臻.污泥龄与污泥膨胀及沉降性能的关系[J].中国给水排水，1996，12(4)：21-23.
　　[4]顾国维.水污染治理技术研究[M].上海：同济大学出版社，1997.
　　[5] Cech J S.Competition between polyphosphate and ploysaccharide accumulating bacteria in biological phosphorus removal systems[J].Water Res，1993,27(7):1219-122 5.

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　　收稿日期：2002-02-22