活性污泥主要微生物酶在废水处理中的研究概况

曹宇佳，林海龙，王 锐

(1.哈尔滨师范大学;2.中国长江三峡集团公司中国水利电力对外公司)

0 引言

随着工农业的发展，人们生活水平的提高，废水产生量逐日增加，废水处理成为可持续发展的迫切需要.由于活性污泥处理废水符合可持续发展的思想，所以活性污泥处理法在废水处理方面得到广泛应用.活性污泥是处理废水中有机污染物质转化的主体，在废水生物处理系统中，有机物的去除率取决于混合微生物的活性，而微生物酶能够较好的表征微生物的活性.从酶学角度对活性污泥生物处理系统进行研究已引起各国学者的重视［1-2］，并在酶的提取和酶的稳定性等方面做了大量研究［3-4］.因此，研究微生物酶的活性变化对于污水处理具有重要的指导性意义，也为污水处理工艺提供了理论性依据.该文对活性污泥中三种重要的生物酶对废水处理的作用进行了综述，旨在为活性污泥处理废水的研究提供理论参考.

1 活性污泥

活性污泥是生物法处理污水中微生物群落及其依附的无机物和有机物的总称，它主要由四部分组成:具有代谢功能的微生物群体、微生物内源呼吸和自身氧化的残留物、被污泥絮体吸附的难降解有机物及无机物.活性污泥中主要包括原生动物、藻类和细菌等，其中最主要的两类是原生动物和细菌.废水生物处理是利用活性污泥中微生物降解废水中的污染物质，作为自身的营养和能源，同时使废水得到净化的方法.

2 三种主要的微生物酶在活性污泥处理废水中的作用

活性污泥中微生物分泌的各种酶的活性可以指示活性污泥微生物处理废水的强弱.李茵等［5］通过水解模式底物进行分光光度测定的方法，对城市污水生物处理系统中微生物酶的活性进行分析，结果发现76.9% ～94.8%的酶活性分布在活性污泥中.脱氢酶(dehydrogenase)、硝酸还原酶(nitrate reductase)和漆酶(laccase)是活性污泥处理废水中三种重要的微生物酶.

2.1 脱氢酶在活性污泥处理废水中的作用

废水微生物处理的实质是微生物所产生的多种酶催化一系列生物氧化还原的反应.其中，脱氢酶是普遍存在于活体微生物中的一种催化底物去掉氢的酶，它在有机质的分解过程中具有关键作用.脱氢酶的活性反映了活性徽生物量及其对有机物的代谢能力，能直接表示生物细胞对其基质降解能力的强弱［6］.国内外大量研究结果表明，脱氢酶活性(DHA)与微生物活动密切相关［7-10］.目前很多研究表明将脱氢酶活性的测定作为污水处理中活性污泥活性的评价指标是可行的而且能够被广泛应用的.张益储等［11］认为检测微生物脱氢酶活力，方法快速、简便，适用于评价生物污泥活性和废水生物净化效果，具有一定推广和应用价值.洪梅等［12］通过研究认为通过测定脱氢酶活性可及时反映出BOD负荷、pH、DO、毒物等对污泥活性的影响.许晓路等［13］认为，脱氢酶活性、耗氧率、ATP含量三个参数最能反映活性污泥的活性，可作为活性污泥污水处理监控参数，而且从所需仪器来看，脱氢酶活性法最为简便快速.因此，脱氢酶活性的测定是能够代替测定菌群总数、SVI、MLSS、MLVSS 等以前的方法认定活性污泥的活性，且具有一定可行性、能够被广泛的应用.而且脱氢酶活性评定活性污泥活性将成为一种直接的、有效的反映活性污泥活性的方法.这也为以后的研究提供了一定的理论依据.

有些应用活性污泥处理的工业废水中含有大量的重金属元素，微量重金属是微生物生长所需的营养物质及其各种酶的组成部分，但微生物对各种微量重金属的需求量极少，重金属浓度过高反而会引起毒害作用.在含金属的废水处理过程中，活性污泥的脱氢酶对水中许多有毒物质都极敏感，所以其活性也是评价工农业废水毒性成分及工农业废水的生物可降解性的重要依据.Obbard［14］将脱氢酶活性作为主要微生物参数之一，研究了活性污泥改造的污水中潜在的重金属及有毒元素的生态毒性评价问题，结果表明重金属不仅对活性污泥微生物群落有毒害作用，而且对微生物脱氢酶活性的影响也非常明显.Ellis［15］等在重金属对土壤长期污染的影响研究中表明脱氢酶也是重要参数之一.李娟英等研究用活性污泥脱氢酶毒性方法测定了Hg、Cd、Zn、Pb 4种重金属对活性污泥微生物的毒性，并对测定结果进行了比较，测得的活性污泥脱氢酶活性的抑制程度由大到小顺序依次为Cd＞Hg＞Zn＞Pb［16］.由此可以看出，当过量重金属存在时，对脱氢酶活性有抑制作用，活性污泥的处理效率降低，甚至能够导致活性污泥活性无法恢复.

2.2 硝酸还原酶在活性污泥处理废水中的作用

工农业废水中含有大量的含氮化合物，活性污泥处理废水的生物处理池中有大量的好氧反硝化菌对废水进行生物脱氮，有极强的去除污染物的能力［17］，所以利用微生物的反硝化过程是一种经济有效的硝酸盐去除方法.硝酸还原酶存在于好氧反硝化菌中，对好氧反硝化菌生物脱氮有极重要的作用.Bell和Ferguson已经证实在有氧的情况下这种酶具有活性［18］.因此，不同的好氧反硝化细菌的发现可以改变微生物脱氮的工艺.Meiberg等早在1980年首次在活性污泥中发现了Hyphomicrobium sp.X在好氧条件下进行反硝化作用，现已从污水中分离出一种好氧反硝化菌Thisphaera pantotropha，并且发现它有一个基本的硝酸盐还原酶［19］.而后Rorberson等研究表明，在周围环境有溶解氧的情况下，即使没有中间产物亚硝酸盐Thi sphaera pantotropha也能够把氨转换为氮气［20］.Gupta 等［21］也报道过，活性污泥处理人工合成的废水时，实验NO-3-N进水浓度极高，其中的脱氮副球菌贡献极大，对NO-3-N的去除效率高达85%.

利用含好氧反硝化菌的活性污泥处理生物废水具有很多优点，例如:在同一个反应器中硝化过程与反硝化过程同时进行，硝化过程产生的物质直接用于反硝化过程的底物，可加速反应器处理废水的进程，而且反应器中不需要再添加碳源，节省了大量的资金，降低处理成本;反应过程中，硝化损失大量的碱度而反硝化可以提高碱度，两过程可以互相弥补，稳定反应器中的pH;反应过程中可以控制好氧反硝化菌.因此，硝酸还原酶在活性污泥处理生物废水中占重要作用.因而被人们利用到废水处理中进行生物脱氮.

2.3 漆酶在活性污泥处理废水中的作用

活性污泥中微生物漆酶是一种典型的铜离子的糖蛋白.漆酶在活性污泥中可以催化氧气直接氧化分解各种酚类染料，取代酚、氯酚、硫酚、双酚A、芳香胺等.由于漆酶具有相当广泛的底物专一性和较好的稳定性，因此在治理含酚废水、纺织印染废水和造纸工业废水等方面有着非常重要的作用.王松等［22］研究了漆酶在造纸废水处理过程中的应用，指出了漆酶存在下，废水进行曝气处理可有效去除制浆造纸工业废水中的酚型化合物，即废水中的有色物质和有毒物质可被有效去除.罗开昆等［23］研究了漆酶固定化及其在废水处理中的应用，指出了几种漆酶固定的方法.同时也使漆酶的广泛应用成为可能，提高了活性污泥微生物漆酶的利用效率，为活性污泥微生物漆酶在废水处理方面的应用展现了更好的前景.

3 结束语

采用活性污泥法处理废水已越来越受到人们的重视，但对活性污泥中微生物酶的研究起步较晚，近年来由于污泥样品研究技术的发展，活性污泥微生物酶的研究日益增多，目前国外已取得了不少极有价值的研究成果，国内的研究还相对较少.所以，活性污泥中微生物酶在国内活性污泥微生物的研究中尚有很大的应用前景.随着研究的进展，活性污泥中微生物酶会更好的为人所认识，对于将来更好的利用活性污泥具有十分重要的科学指导意义.

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