生物强化技术在水处理中的研究进展 6页

生物强化技术在水处理中的研究进展赵彦琳2120100554ResearchProgressoftheBiologicalEnhancementTechnologyinWastewaterTreatment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屮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AbstractAbstract:Themainwayofthebiologicalenhancementtechnologyisintroduced.Throughelaboratingtheapplicationofthetechnologyinwastewaterbiologicaltreatmentathomeandabroad,theresearchprogressofthebiologicalenhancementtechnologyarcexplained,andputtingforwardthetechnology'soutlooks.Keywords:biologicalenhancementtechnology;application;progress\n随着经济社会和科学技术的飞速发展，人们越來越多的关注生物强化技术在环境治理小的应用，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小投加从自然界屮筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种⑴，以去除某一种或某一类有害物质的方法。Britt等⑵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。F）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屮的热点和难点。1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利*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，投入到废水屮，以H标污染物为唯一碳源和能源，废水屮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、内烷、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H标污染物的结构，从而达到降解H标污染物的H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屮筛选出来的、有特定降解功能的细菌制成菌液制剂或将英附着在麦鉄上制成干粉制剂，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吋间，迅速提高生物处理系\n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。城市废水屮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牛物容易流失，或易被其他微生物吞噬。同定化技术是将单一•或混合的优势菌株尚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屮的存留吋间。2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年代屮期⑶，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年代后期才有屮文文献对国外的研究进行总结近十几年來，该技术在环境治理及废水生物处理系统小以其较快较明显的处理效果受到研究者越來越多的关注，本文只对其在废水处理系统屮的研究情况进行总结，总体來说该技术可起到高效去除H标污染物［5也，加速系统启动［"］,提高系统抗水力及有机荷的能力［A®,增强系统菌群结构和功能的稳定性［口~⑶等作用。FI前，生物强化技术在焦炭冋、造纸［⑸、橄榄油［⑹等行业的废水生物处理屮均有研究，并且有些研究已进入全规模试验阶段2~罔。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下的人工配水屮。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、存活吋间、抗冲击性以及抑制杂菌入侵等综合特性方而，却表现出任何单一菌株无法比拟的优越特征［⑼。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一好氧系统，结果显示，利用高效脱色菌和\nPVA降解菌接种厌氧一好氧处理系统处理印染废水吋生物膜形成的快，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%[2°】。沈永红，宋徳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牛物强化效果显著，与普通菌相比，其屮有2株高效菌对利福霉索废水降解能力强，COD去除率提高27%,并且在COD大于1500mg/L时，COD去除率仍达95%以上〔巾。唐正林通过实验，对微生物强化技术处理造纸厂屮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屮段有机废水，处理的最佳条件为：优势菌株投加比为6%,温度35°C左右，PH=7,曝气量为0.2m3/h[22]oVikavo等⑵]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牛物膜，用于反应器屮（生物转盘等）处理废水，有很好的治污效果⑦Song等从制革废水处理厂的活性污泥屮以蔡二磺酸为唯一碳源分离到Arthrobactersp.2AC和Comamonassp.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吋也能很好地降解蔡二磺酸[⑸。Liu等将Pseudomonassp.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EscherichiacoliDH5a后，该菌就获得了降解Atrazine的能力，并且在废水强化实验屮去除率达到90%以上Wang等将降解哇麻的菌株Burkholderiapickettii投加处理焦化废水的厌氧一缺氧一好氧丁-艺屮，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菲常有效冋。Dhouib等用Phanerochaetechrysosporium、Trametesversicolor分别对橄榄油工业废水预处理吋进行生物强化，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/BODs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[⑹。3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人范围的应用与推广，其发展潜力是巨大的。生物强化技术在废水生物处理屮有明显\n的处理效果，然而由于废水处理系统是i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屮有很多常常得不到满意的效果，因此，弄清影响牛物强化的关键因索以及微生物牛态学机制，通过放大试验研究，实现牛物强化的规模化应用，是H前及今后生物强化技术的研究重点和方向。参考文献llJTomelaM,VikmanM,HatakkaA,etal.Biodegradationoflignininacompostenvironment：areview[J].BiorcsourccTechnology,2000,72：169-183.[2]BrittMW、JeppeLN,KristianK,etal.Influenceofmicrobialactivityonthestabilityofactivatedsludgeflocs[J].ColloidsandSurfacesB:Biointcrfaccs,2000,18(2):145-156.[3]XiangQC,LiuZC,FanGY,HanLP・Bioaugmentationanditsapplicationinwastewatertreatment.ResEnvironSei,1999,12(3):22〜27[4]HanLP,WangJL,ShiHC,QianY・Bioaugmentationforremovalofrecalcitrantorganics.EnvironSci,1999,20(6):100〜102[5]QuanXC,ShiHC,LiuH,LuPP,QianY.Enhanccmcntof2,4-dichlorophenoldegradationinconventionalactivatedsludgesystemsbioaugmentedwithmixedspecialculture.WaterRes,2004,38(1):245〜253[6]ZhaoMY,LeiZF.Studyonbio-augmentationprocessofpolyesterwastewatertreatmentusingdominantbactcrialsimmobilizedincalciumalginategelbead.IndWaterTreat,2006,26(3):20〜24[7]SatohH,OkabeS,YamaguchiY,WatanabeY.Evaluationoftheimpactofbioaugmentationandbiostimulationbyinsituhybridizationandmicroelectrode・WaterRes,2003,37(9):2206〜2216[8]MaF,GuoJB,ZhaoLJ,ChangCC,CuiD.Applicationofbioaugmentationtoimprovetheactivatedsludgesystemintothecontactoxidationsystemtreatingpetrochemicalwastewater.BioresourTechnol,2009,100(2):597〜602[9]TanZL,YangJX,LiXD・Pilot-scaleresearchonoilrefinerywastewatertreatmentbymicroorganismagent.TechnolWaterTreat,2007(2):67〜70[10]DaiY,LiQY,SunTX.EffectofhydraulicloadonefficicncyofenhancedbiologicalnitrogenremovalinsubsurfaceinfiItrationsystcm.JHcilongjiangInstTcchnol,2009(2):71〜74[1l]BoonN,TopEM,VerstraeteW,SicilianoSD.Bioaugmentationasatooltoprotectthestructureandfunctionofanactivated-sludgemicrobialcommunityagainsta3-chloroanilincshockload.Appl&EnvironMicrobiol,2003,69(3):1511〜1520\n[12]HajjiKT,LepineF,BisaillonJG,BcaudctR,HawariJ5GuiotSR.EffectsofbioaugmentationstrategiesinUASBreactorswithamethanogenicconsortiumforremovalofphenoliccompounds・Biotechnol&Bioengin,2000,67(4):417〜423[13]MohanSV,RaoNC,PrasadKK,SannaPN.Bioaugmentationofananaerobicsequencingbatchbiofilmreactor(AnSBBR)withimmobilizedsulphatereducingbacteria(SRB)forthetreatmentofsulphatebearingchemicalwastewater.ProcBiochcm,2005,40(8):2849-2857[14]WangJL,QuanXC,WuLB,QianY,HegemannW.Bioaugmentationasatooltoenhancetheremovalofrefractorycompoundincokeplantwastewater.ProcBiochem,2002,38(5):777〜781[15]SongZ,EdwardsSR,BumsRG.Biodegradationofnaphthalene-2-sulfbnicacidpresentintannerywastewaterbybacterialisolatesArthrobactcrsp.2ACandComamonassp4BC.Biodegradation,2005,16(3):237~252[16]DhouibA,EllouzM,AlouiF,SayadiS.Effectofbioaugmentationofactivatedsludgewithwhite-rotfungionolivemillwastewaterdetoxification.LettApplMicrobiol,2006,42(4):405〜411ll7]ZhaoLJ,GuoJB,YangJX,WangL,MaF.Bioaugmentationasatooltoacceleratethestart-upofanoxic-oxicprocessinafull-scalemunicipalwastewatertreatmentplantatlowtemperature.InternJEnviron&Poll,2009,37(2〜3):205〜215[18]ParkD,LeeDS,KimYM,ParkJM.Bioaugmentationofcyanide-degradingmicroorganismsinafull-scalecokeswastewatertreatmentfacility.BioresourTechnol,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孫素废水的机理研究[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)：18-21.[21]沈永红，宋徳贵等.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]VekovaJ.DegradationofbromoxylilbyristingandimmobilizedcellsofAgraobacteriumradiobacterstrain[JJ.BiotechnolLett,1995,17(4):449-452[24]XuN,XingWH,XuNP,ctal.Applicationofturbulenceprootersinceramicmembranebiorcactorusedformunicipalwastewaterrcclamation[J],JournalofMembraneScience,2002,10(2):307-313[25]LiuC,HuangX,WangH.Start-upofamembranebioreactorbioaugmentedwithgeneticallyengineeredmicroorganismforenhancedtreatmentofatrazinecontainingwastewate匚Desalination,2008.231(1〜3):12〜19