污水生物處理工藝微生物酶體系

【摘要】本文主要闡述了城市污水生物處理工藝中微生物的酶體系，并分析了生物處理中常見的關(guān)鍵酶的作用特點及影響因素，為推進城市污水生物處理技術(shù)的不斷發(fā)展和污水生物處理效果的不斷提高提供科學(xué)指導(dǎo)和技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】生物處理；微生物；酶

1 引言

活性污泥處理工藝的處理效果主要依賴于活性微生物的新陳代謝作用來實現(xiàn)，微生物對廢水中污染物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化過程，實質(zhì)上都是在酶的催化下進行的一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)過程。詳細了解各種酶的特性將對控制污水生物處理的進程及處理效能具有科學(xué)指導(dǎo)意義。因此，本文根據(jù)污水生物處理的技術(shù)原理，結(jié)合實際污水處理工程的運行經(jīng)驗，對污水生物處理工藝的微生物酶體系進行了分析與探討。

2 污水生物處理工藝微生物的酶體系

經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)，污水生物處理系統(tǒng)內(nèi)微生物生化反應(yīng)密切相關(guān)的酶有：氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、合成酶。

2.1氧化還原酶。氧化還原酶能引起底物的脫氫或受氫作用，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。這類酶負有生物氧化的功能，是一類獲得能量反應(yīng)的酶。2.1.1脫氫酶。脫氫酶是生物細胞內(nèi)催化底物去除氫，利用其他化合物而不是以分子氧作為受氫體的氧化還原酶。因此，脫氫酶活性水平直接關(guān)系到有機污染物的生物降解速度以及水處理構(gòu)筑物的凈化效果。如硝酸還原酶、亞硝酸還原酶等。反應(yīng)通式為：

亞硝酸還原酶是污水生物脫氮過程中最常見的一種脫氫酶，是同化硝酸鹽的同化型亞硝酸還原酶，異化型酶參與用亞硝酸氧化有機物質(zhì)的過程，其中脫氮細菌的酶生成NO，更由其它還原酶的作用經(jīng)N2O而還原為N2。2.1.2氧化酶。氧化酶能將分子氧活化，從而作為氫的受體而形成水；或催化底物脫氫，并氧化生成過氧化氫。例如過氧化氫酶、尿酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶和L-α-羥基酸氧化酶等。反應(yīng)通式為：

A-2H+O2→A+H2O A-2H+O2→A+H2O2

過氧化氫酶是污水生物處理有機物好氧降解過程中最常見的氧化酶，是催化過氧化氫分解成氧和水的酶，存在于細胞的過氧化物體內(nèi)。絕大多數(shù)好氧微生物都含有過氧化氫酶，部分厭氧微生物體內(nèi)也含有過氧化氫酶。

2.2轉(zhuǎn)移酶。轉(zhuǎn)移酶能催化一種化合物分子的基因轉(zhuǎn)移到另外一種化合物分子上。例如轉(zhuǎn)甲基酶、轉(zhuǎn)氨酶、己糖激酶、磷酸酶和磷酸化酶等。反應(yīng)通式為：

A-X+B←→A+B-X

磷酸酶是污水生物除磷過程中最常見的一種轉(zhuǎn)移酶，是一種能夠?qū)?yīng)底物去磷酸化的酶，即通過水解磷酸單酯將底物分子上的磷酸基團除去，并生成磷酸根離子和自由的羥基。

2.3水解酶。水解酶類能催化底物的水解作用及其逆反應(yīng)。例如核酸酶就是一種水解酶分解核酸。反應(yīng)通式為：

A-B+H-OH→AOH+BH

核酸酶是污水生物處理過程中微生物遺傳性狀表達最為重要的一種水解酶，不同來源的核酸酶，其專一性、作用方式都有所不同。

2.3.1核酸外切酶。有些核酸酶能從DNA或RNA鏈的一端逐個水解下單核苷酸，所以稱為核酸外切酶。只作用于DNA的核酸外切酶稱為脫氧核糖核酸外切酶，只作用于RNA的核酸外切酶稱為核糖核酸外切酶；也有一些核酸外切酶可以作用于DNA或RNA。

2.3.2核酸內(nèi)切酶。核酸內(nèi)切酶催化水解多核苷酸內(nèi)部的磷酸二酯鍵。有些核酸內(nèi)切酶僅水解5′磷酸二酯鍵，把磷酸基團留在3′位置上，稱為5′-內(nèi)切酶；而有些僅水解3′-磷酸二酯鍵，把磷酸基團留在5′位置上，稱為3′-內(nèi)切酶。

2.4裂解酶。裂解酶類，也稱裂合酶類，能催化有機物碳鏈的斷裂，產(chǎn)生碳鏈較短的產(chǎn)物。例如溶菌酶、羧肽酶、醛縮酶、水化酶、丙酮酸脫羧酶及脫氨酶等。反應(yīng)通式為：

A-B→A+B

丙酮酸脫羧酶是污水生物處理過程中微生物新陳代謝所必須的一種酶，作用于α-酮酸的羧化酶的一種?？勺饔糜诒嵝纬蒀O2和乙醛。

2.5合成酶。合成酶類，也稱連接酶，能催化有三磷酸腺苷（ATP）參加的合成反應(yīng)。這類酶關(guān)系著血多重要生命物質(zhì)的合成。例如，氨酰tRNA合成酶就屬于此類酶。反應(yīng)通式為：

A+B+ATP←→A-B+ADP+Pi

氨酰tRNA合成酶是污水生物處理工藝微生物遺傳信息表達的一種關(guān)鍵酶，主要是攜帶氨基酸進入核糖體，在mRNA指導(dǎo)下合成蛋白質(zhì)。

3 污水生物處理工藝微生物酶的影響因素

酶之所以能夠加速化學(xué)反應(yīng)的進行，是因為它能降低反應(yīng)的活化能。酶的影響因素也較多，由污水生物處理中應(yīng)用較廣的米門公式可知：酶促反應(yīng)速度受酶濃度和底物濃度的影響，也受溫度、pH、激活劑和抑制劑的影響。

3.1酶濃度對酶促反應(yīng)速度的影響。從米門公式和酶濃度與酶促反應(yīng)速度的關(guān)系圖解可以看出：酶促反應(yīng)速度與酶分子的濃度成正比。當(dāng)?shù)孜锓肿訚舛茸銐驎r，酶分子越多，底物轉(zhuǎn)化的速度越快。

3.2底物濃度對酶促反應(yīng)速度的影響。在生化反應(yīng)中，若酶的濃度為定值，底物的起始濃度較低時，酶促反應(yīng)速度與底物濃度成正比，即隨底物濃度的增加而增加。

3.3溫度對酶促反應(yīng)速度的影響。各種酶在最適溫度范圍內(nèi)，酶活性最強，酶促反應(yīng)速度最大。在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，酶促反應(yīng)速度可以相應(yīng)提高1～2倍。過高或過低的溫度都會降低酶的催化效率，即降低酶促反應(yīng)速度。

3.4 pH對酶促反應(yīng)速度的影響。酶在最適pH范圍內(nèi)表現(xiàn)出活性，大于或小于最適pH，都會降低酶活性。污水生物處理系統(tǒng)內(nèi)微生物體中的大部分酶所處環(huán)境的pH值越接近7，催化效果越好。

3.5 激活劑對酶促反應(yīng)速度的影響。能激活酶的物質(zhì)稱為酶的激活劑。激活劑種類很多，有①無機陽離子；②無機陰離子；③有機化合物。許多酶只有當(dāng)某一種適當(dāng)?shù)募せ顒┐嬖跁r，才表現(xiàn)出催化活性或強化其催化活性，這稱為對酶的激活作用。

3.6 抑制劑對酶促反應(yīng)速度的影響。能減弱、抑制甚至破壞酶活性的物質(zhì)為酶的抑制劑。它可降低酶促反應(yīng)速度。酶的抑制劑有重金屬離子、生物堿、表面活性劑等。對酶促反應(yīng)的抑制可分為競爭性抑制和非競爭性抑制。

4 結(jié)束語

在當(dāng)前全球水環(huán)境污染不斷加劇及處理標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的前提下，很多重污染及毒性污染物的去除更是需要培養(yǎng)馴化特殊的酶來完成降解去除，重視污水生物處理過程中微生物酶體系的研究更至關(guān)重要，只有對各生物處理系統(tǒng)內(nèi)微生物酶的作用特點、作用機制及各種酶的影響因素掌握清楚，才能確保城市污水處理向著健康化、高效化的方向發(fā)展。

參考文獻

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