_生物强化技术应用于废水处理的研究进展

第１６卷第６期２０１７年１１月杭州师范大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｎｇｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．１６Ｎｏ．６Ｎｏｖ．２０１７收稿日期：２０１６０５１７基金项目：国家自然科学基金项目（５１５７８２０４）；杭州市科技发展计划项目（２０１６０５３３Ｂ７７）．通信作者：施曼玲（１９６９－），女，教授，博士，主要从事环境微生物研究．Ｅｍａｉｌ：ｍａｎｌｉｎｇ．ｓｈｉ＠ｈｚｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４２３２Ｘ．２０１７．０６．０１０生物强化技术应用于废水处理的研究进展朱晓玲，沈洋洋，徐佳佳，史志坚，施曼玲，金仁村（杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江杭州３１００３６）摘要：生物强化技术是一种能有效提高废水生物处理降解效率的技术，尤其是和固定化技术和膜生物反应器结合之后，在处理难降解有机污染物方面有着广阔的应用前景．文章分析了生物强化技术应用的现状，综述了分子生物技术在生物强化中的应用，总结了生物强化存在的问题，并对生物强化结合基因工程和纳米技术的前景进行了展望．关键词：生物强化技术；废水生物处理；固定化技术；膜生物反应器中图分类号：Ｘ７０３．１文献标志码：Ａ文章编号：１６７４２３２Ｘ（２０１７）０６０６２３０５近年随着工农业发展，其产生的废水日益增多，成分也越发复杂，有害和难降解的有机污染物含量大大增加，传统的处理工艺已无法满足处理要求，生物强化技术（ｂｉｏａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）由此应运而生．生物强化技术也称生物增强技术，是指在废水生物处理过程中，为了增强处理系统对特定污染物的降解能力、提高降解速率，而向处理系统中投加具有特定功能的微生物菌群、营养物或基质类似物，从而有效处理含难降解有机物废水的一种技术［１］．添加有特殊降解功能的微生物来增强土著菌群处理废水的能力，可有效解决难降解化合物去除率低或生物反应器在极端环境（如低温）下运行效果差等实际问题．本文综述了近年来生物强化技术应用于废水处理的研究进展，以期为生物强化技术的相关研究提供参考．１生物强化的菌群获得生物强化最常用的方法是：１）加入预适应的菌群或纯细菌菌株；２）加入转基因细菌；３）加入与生物降解相关的基因，将此基因整合到一个载体再偶联转移到土著微生物中，该技术具有不依赖于供体菌株存活和生长的优点［２］．根据Ｙｕ等［３］的报道，在生物强化技术中使用微生物应满足３个最低标准：１）能彻底降解污染物，甚至在其它抑制物存在时仍能降解；２）进入生物系统后必须持续保持竞争力；３）与土著菌群兼容．此外，添加的菌株的选择要慎重，尤其在实际应用时添加的微生物不能和人类病原体密切相关（相同属和种，比如一些铜绿假单胞菌菌株）［４］．生物反应器的群落构建是一个复杂的过程，大批不同微生物共同处理废水时，可通过不同类型信号传导的相互作用（例如群体感应和水平细胞转移）来构建［５］．Ｌａｗｒｅｎｃｅ等［６］基于生物化学和微生物动力学知识构建了方程，利用废水处理中关键工艺的变量来预测两种不同的生物系统是否需氧．但至今人们对群落网络出版时间：2017-12-2015:18:25网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/33.1348.N.20171220.1518.020.html构建仍知之甚少，尚无法成功地设计一个复杂的菌群．２生物强化应用现状生物强化技术应用于实际时，通常在反应器中直接投入对目标污染物具有特效降解能力的高效降解菌．若原体系中不含高效降解菌，投入一定量的高效降解菌可高效且有针对性地降解废水中的目标污染物；若原体系中含少量高效降解菌，可缩短驯化时间．在生物反应器处理废水过程中，必须持续培养功能微生物，并使其有足够的活性来降解污染物，但这在污水处理厂的实际应用中常常不如人意．固定化技术、膜生物反应器等的兴起，有效地解决了高效降解菌投入后活性不足、无法持续培养的难题．与此同时，固定化技术、膜生物反应器等也因生物强化技术的应用而使得废水处理效率大大提高．２．１固定化技术固定化技术是指通过物理或化学手段，将游离的微生物或酶限定在一个特定的空间区域内，使其有效利用的一个重要手段．固定化细胞载体类型主要有两种：一是人工合成高分子凝胶载体，包括聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）和聚乙烯醇（ＰＶＡ）等［７］；二是天然高分子凝胶载体，如琼脂、海藻酸钙等．固定化技术处理含有难降解污染物废水的效果明显，可达的细胞密度高，可长期保持在反应器中，能重复使用，且易固液分离，对高浓度的有毒物质有较高的耐受性［８］．但固定化技术对微生物的生理、生态特性会产生影响且成本高，尚需优化．外源加入细菌细胞的固定化技术是一种在微生物周围产生保护屏障的方法，可以增强代谢活性．硝化细菌生长