生物强化技术在水处理中的研究进展_强化生物水处理

生物强化技术在水处理中的研究进展由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“强化生物水处理”。

生物强化技术在水处理中的研究进展

赵彦琳 2120100554

Research Progre of the Biological Enhancement

Technology in Wastewater Treatment

摘要

介绍了生物强化技术的主要方式，通过阐述国内外废水生物处理过程中生物强化技术的应用，说明了生物强化技术的研究进展，并提出了生物强化技术的展望。

关键字：生物强化；应用；进展

Abstract

Abstract: The main way of the biological enhancement technology is introduced.Through elaborating the application of the technology in wastewater biological treatment at home and abroad, the research progre of the biological enhancement technology are explained, and putting forward the technology’s outlooks.Keywords: biological enhancement technology;application;progre

前言

随着经济社会和科学技术的飞速发展，人们越来越多的关注生物强化技术在环境治理中的应用，生物强化技术（生物增强技术）是为了提高废水处理系统的处理能力而向该系统中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种[1]，以去除某一种或某一类有害物质的方法。Britt 等［2］研究发现用生物强化技术可使有机物去除率比单纯普通活性污泥法提高 20%，污泥产量降低 34%并控制了臭气的发生，减轻了二次污染物。目前，提高废水生物处理的生物强化功能，成为当前废水生物处理技术研究中的热点和难点。生物强化技术的主要方式

生物强化技术的应用方式主要包括直接投加特效降解微生物或共代谢基质类物质、生物强化制剂和固定化生物强化技术3种。

1.1直接投加特效降解微生物或共代谢基质类物质

直接投加特效降解微生物是生物强化技术应用最为普遍的方式之一，这种特效微生物经过筛选、培养、驯化之后，投入到废水中，以目标污染物为唯一碳源和能源，废水中的微生物可以附着在载体上，形成高效生物膜或以游离的状态存在。

投加生物共代谢基质及辅助营养物质主要是为了去除一些难降解的有机物，对于一些难降解的有机物，微生物并不以其为碳源，而以甲烷、丙烷、甲苯、酚、氨和二氯苯氧基乙酸等为原始底物，微生物降解这类底物之后，产生的氧化酶改变了目标污染物的结构，从而达到降解目标污染物的目的。这个过程被称为生物共代谢作用。

1.2引入生物强化制剂

生物强化制剂是将从自然界中筛选出来的、有特定降解功能的细菌制成菌液制剂或将其附着在麦麸上制成干粉制剂，用于处理城市污水。生物强化制剂

具有很多优点：第一，它能缩短 微生物培养驯化的时间，迅速提高生物处理系统中微生物的浓度，从而提高工作效率；第二，使用安全，操作简单方便，可以实时地处理污染，从而节省能源。城市废水中含有大量的碳水化合物及含氮、磷的有机物，为生物强化微生物提供了丰富的营养物质。用特效生物强化制剂处理城市废水，可以显著提高有机物的去除率，以及减少固体物质的产生、增强硝化作用，提高污水脱氮脱磷效果。

1.3固定化生物强化技术

直接投菌法虽然简单易行，但是所投加的特效微生物容易流失，或易被其他微生物吞噬。固定化技术是将单一或混合的优势菌株固定封闭在特定的载体上，例如将特定的微生物封闭在高分子网络载体内，使菌体脱落少、活性高，从而提高优势微生物浓度，增加了其在生物处理器中的存留时间。国内外污水处理生物强化工艺的应用

有学者认为它产生于20世纪70年代中期[3]，到90年代国外已有较多的文献报道。与之相比国内的研究起步较晚，直到90年代后期才有中文文献 对国外的研究进行总结[4]。近十几年来，该技术在环境治理及废水生物处理系统中以其较快较明显的处理效果受到研究者越来越多的关注，本文只对其在废水处理系统中的研究情况进行总结，总体来说该技术可起到高效去除目标污染物[5~6]，加速系统启动[7~8]，提高系统抗水力及有机荷的能力[9~10]，增强系统菌群结构和功能的稳定性[11~13]等作用。目前，生物强化技术在焦炭[14]、造纸[15]、橄榄油[16]等行业的废水生物处理中均有研究，并且有些研究已进入全规模试验阶段[17~18]。

罗国维等利用投菌接触氧化法处理洁霉素废水，即以不投加微生物菌体的相应培养基作为对照，将分离纯化得到的高效微生物接种、活化、离心洗涤制成菌悬液，接种于某一浓度 COD 下的人工配水中。结果显示，混合菌的降解能力最强，降解率为52.6％，虽然未表现出明显的叠加效果，但在降解速度、降解率、存活时间、抗冲击性以及抑制杂菌入侵等综合特性方面，却表现出任何单一菌株无法比拟的优越特征[19]。贾省芬等分别利用高效脱色菌、聚乙烯醇(PVC)降解菌以及活性污泥接种厌氧—好氧系统，结果显示，利用高效脱色菌和

PVA 降解菌接种厌氧—好氧处理系统处理印染废水时生物膜形成的快，去除效率高并且稳定，厌氧反应器对色度的去除率比活性污泥接种高 12.5％[20]。沈永红，宋德贵等研究了利福霉素生产废水高效降解菌种的筛选及其对废水生物处理的增强作用。结果显示，高效菌对废水的耐受性和生物强化效果显著，与普通菌相比，其中有2株高效菌对利福霉素废水降解能力强，COD 去除率提高 27%，并且在 COD 大于1500 mg/L 时，COD 去除率仍达 95% 以上[21]。唐正林通过实验，对微生物强化技术处理造纸厂中段有机废水进行了研究，结果表明，微生物强化技术能有效处理造纸厂中段有机废水，处理的最佳条件为：优势菌株投加比为6％，温度 35℃左右，PH=7，曝气量为 0.2m3/h[22]。

Vikavo等［23］利用固定化放射土壤杆菌降解除草剂，降解速率比游离细菌快。还有将驯化、培养的优势菌种制成生物膜，用于反应器中（生物转盘等）处理废水，有很好的治污效果［24］。Song 等从制革废水处理厂的活性污泥中以萘二磺酸为唯一碳源分离到Arthrobacter sp.2AC和Comamonas sp.4BC两株菌，将二者分别用于皮革废水处理系统生物强化实验后，发现这两种菌均能与本土微生物竞争，并且在有其他碳源存在时也能很好地降解萘二磺酸[15]。Liu等将Pseudomonas sp.ADP菌株的阿特拉津（Atrazine）脱氯基因克隆到pACYC184质粒上，然后将该质粒导入 Escherichia coli DH5α后，该菌就获得了降 解Atrazine的能力，并且在废水强化实验中去除率达到90%以上[25]；Wang等将降解喹啉的菌株Burkholderia pickettii投加处理焦化废水的厌氧—缺氧—好氧工艺中，三段的COD去除率分别达25%、16%、59%，显示出生物强化技术应用于焦化废水处理非常有效[14]。Dhouib等用Phanerochaete chrysosporium、Trametes versicolor分别对橄榄油工业废水预处理时进行生物强化，发现与原有仅用活性污泥处理相比有高的有机物去除率、较低COD/BOD5比值、较高脱毒效果，并且其后续厌氧工艺产甲烷效率也有很大提高[16]。结论与展望

近年来，包括基因重组技术等在内的新技术的不断发展，使得生物强化技术在水处理方面得到更强有力的技术支持。生物强化技术必然会得到更大范围的应用与推广，其发展潜力是巨大的。生物强化技术在废水生物处理中有明显的处理效果，然而由于废水处理系统是一个半开放有些甚至完全开放的复杂的生态系统，水质水量、环境条件的波动，强化菌与各种土著微生物相互作用以及操作条件的变化等都会给强化系统的处理效果带来不可预测的影响.在实际全规模试验或者实际工厂应用中有很多常常得不到满意的效果，因此，弄清影响生物强化的关键因素以及微生物生态学机制，通过放大试验研究，实现生物强化的规模化应用，是目前及今后生物强化技术的研究重点和方向。

参考文献

[1]Tomela M，Vikman M，Hatakka A，eta1.Biodegradation of lignin in a compostenvironment：a review [J].BioresourceTechnology，2000，72：169-183．

[2] Britt M W , Jeppe L N , Kristian K , et al.Influence of microbial activity on the stability of activated sludge flocs [J].Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2000,18(2): 145-156.[3]Xiang QC, Liu ZC , Fan GY , Han LP.Bioaugmentation and its application in wastewater treatment.Res Environ Sci , 1999, 12(3): 22~27

[4] Han LP, Wang JL, Shi HC , Qian Y.Bioaugmentation for removal of recalcitrant organics.Environ Sci , 1999, 20(6): 100~102

[5]Q u a n XC , Sh i HC ,Li u H ,L ü PP,Q i a n Y.E n h a n c e m e nt of 2,4-dichlorophenol degradation in conventional activated sludge systems bioaugmentedwithmixed special culture.Water Res, 2004, 38(1): 245~253

[6]Zhao MY,Lei ZF.Study on bio-augmentation proces s of polyes ter was tewater treatment using dominant bacterials immobilized in calcium alginate gel bead.Ind Water Treat , 2006, 26

(3): 20~24

[7]Satoh H, Okabe S, Yamaguchi Y, Watanabe Y.Evaluation of the impact of bioaugmentationand biostimulation by in situ hybridization and microelectrode.Water Res, 2003, 37(9): 2206~2216

[8]M a F,G u o J B ,Z h a o L J,C h a n g C C ,C u i D.Application of bioaugmentation to improve the activated sludge system into the contact oxidation system treating petrochemical wastewater.Bioresour Technol, 2009, 100(2): 597~602

[9]Tan ZL, Yang JX, Li XD.Pilot-scale research on oil refi nery wastewater treatment by microorganism agent.Technol Water Treat, 2007(2): 67~70

[10]Dai Y, Li QY, Sun TX.Effect of hydraulic load on effi ciency of enhanced biological nitrogen removal in subsurface infi ltration system.J Heilongj iang Inst Technol, 2009(2): 71~74

[11]Boon N, Top EM, Verstraete W, Siciliano SD.Bioaugmentation as a tool to protect the structure and function of an activated-sludge microbial community against a 3-chloroaniline shock load.Appl & Environ Microbiol, 2003, 69(3): 1511~1520

[12]Hajji KT, Lepine F, Bisaillon JG, Beaudet R, Hawari J, Guiot SR.Effects of bioaugmentation

strategies in UASB reactors with a methanogenic consortium for removal of phenolic compounds.Biotechnol & Bioengin, 2000, 67(4): 417~423

[13]Mohan SV, Rao NC, Prasad KK, Sarma PN.Bioaugmentation of an anaerobic sequencing batch biofi lm reactor(AnSBBR)with immobilized sulphate reducing bacteria(SRB)for the treatment of sulphate bearing chemical wastewater.Proc Biochem, 2005, 40(8): 2849~2857

[14]Wang JL, Quan XC, Wu LB, Qian Y, Hegemann W.Bioaugmentation as a tool to enhance the removal of refractory compound in coke plant wastewater.Proc Biochem, 2002, 38(5): 777~781

[15]Song Z, Edwards SR, Burns RG.Biodegradation of naphthalene-2-sulfonic acid present intannery wastewater by bacterial isolates Arthrobacter sp.2AC and Comamonas sp 4BC.Biodegradation, 2005, 16(3): 237~252

[16]Dhouib A, Ellouz M, Aloui F, Sayadi S.Effect of bioaugmentation of activated sludge with white-rot fungi on olive mill wastewater detoxifi cation.Lett Appl Microbiol, 2006, 42(4): 405~411

[17]Zhao LJ, Guo JB, Yang JX, Wang L, Ma F.Bioaugmentation as a tool to accelerate the start-up of anoxic-oxic proce in a full-scale municipal wastewater treatment plant at low temperature.Intern J Environ & Poll, 2009, 37(2~3): 205~215

[18]Park D, Lee DS, Kim YM, Park JM.Bioaugmentation of cyanide-degrading microorganisms in a full-scale cokes wastewater treatment facility.Bioresour Technol, 2008, 99(6): 2092~2096

[19]罗国维，杨丹菁，林世光.投菌生物接触氧化法处理洁霉素废水的机理研究[J].环境科学.1994.15(6)：20-22．

[20]贾省芬，杨惠芳，刘双江.硫酸盐还原菌对多种染料厌氧脱色的特性[J].环境科学.1998.19(4)：l8-2l．

[21]沈永红，宋德贵等.生物强化技术处理利福霉素生产废水的研究[J].广西师范大学学报.2005.23(2)：90-93．

[22]唐正林.微生物强化技术在处理造纸厂中段有机废水中的研究[J]．中国西部科技.2007.59-62．

[23]Vekova J.Degradation of bromoxylil by risting and immobilizedcells of Agraobacterium radiobacter strain [J].Biotechnol Lett, 1995,17(4):449-452

[24]Xu N, Xing W H, Xu N P, et al.Application of turbulence pro-moters in ceramic membrane bioreactor used for municipal wastewater reclamation[J].Journal of Membrane Science, 2002,10(2):307-313

[25] Liu C, Huang X, Wang H.Star t-up of a membrane bioreactor bioaugmented with genetically engineered microorganism for enhanced treatment of atrazine containing wastewater.Desalination, 2008.231(1~3): 12~19