隨著現代合成工業的發展，大（dà）量異生化合物(Xenobiotics)進入了工業廢水（shuǐ）和城市汙（wū）水中，由於其本身具有結構複雜性和生物陌生性，因此很難在短時間內被常規生物處理係統中的微生（shēng）物分解氧（yǎng）化（huà）。為了解（jiě）決難（nán）降解有（yǒu）機廢水的處理問題，國外學者提出了生（shēng）物強化技（jì）術(Bioaugmentation)的概念。生物強化技術是指在生物處理係統中，通過投加具有（yǒu）特定功能的微生物、營養物或基質類似物，達到提高廢（fèi）水處理效果的手段（duàn）和方法。

　　2作用（yòng）機製

　　2.1高 效菌種的直接作用

　　這種作用機製首（shǒu）先需要通過馴化、篩選（xuǎn）、誘變和基因（yīn）重組等（děng）生物技術手（shǒu）段得到1株以（yǐ）目標降解物質為主（zhǔ）要碳源（yuán）和能源的高 效微生物菌種，再經培養繁殖後，投放到具（jù）有目標降（jiàng）解物質的廢水處（chù）理係（xì）統中。因（yīn）此，當（dāng）原處理係統中不含（hán）高 效菌種時，如果投入一定量的高 效菌種，則可有針對性地去除廢水中（zhōng）的目標降解物；當原處理係統中隻（zhī）存在少量高 效菌種時，那麽投加高 效菌種後，可大大縮短微生物馴（xùn）化所需（xū）要的時（shí）間。在水力停留時（shí）間不變的情況下，能達到（dào）較好的去除效果。

　　2.2微生物的共代謝作用

　　所謂微（wēi）生物的共代謝作用是指隻有在初級（jí）能源（yuán）物質（zhì）存在時，才能進行的（de）有機化物的生物降解過程。共（gòng）代謝過程不僅包括微生物在（zài）正常生長代（dài）謝過程（chéng）中對非生長基質的共同氧化，而且也包括了休（xiū）止細胞(resting cells)對不可利用基質的氧化代謝。微（wēi）生物的共代謝作用（yòng）可分（fèn）為（wéi）：①以易降解的有機物為碳源和能源，提高共代謝菌的生理活性；②以（yǐ）目標汙染物的降解產（chǎn）物、前體作為酶的誘導物，提高酶的合成；③不同微（wēi）生物之間的協同作用。

　　共代謝雖然能提高難降解有（yǒu）機物的去除（chú）效（xiào）果，但機理十（shí）分複雜，迄今有很多問題尚處於研（yán）究（jiū）階段。一（yī）些學者曾針對共代謝現象提出了各種假設。Foster認為微（wēi）生物不能在某種基質上生長的原因並不是由於微生物無法分解代（dài）謝該（gāi）物質，而是（shì）由於微生物本身缺乏吸收、同化其氧化產物的（de）能力（lì）。Hughes提出鹵（lǔ）代芳烴化合物的共代謝可能（néng）是由於微生物無法從（cóng）苯環上脫去鹵素取代基，並（bìng）把（bǎ）芳（fāng）香環基質導向碳（tàn）吸收同化（huà）的節（jiē）點。Tranter和Cain把具有氧化代謝鹵代芳（fāng）烴化合物功能的細菌不能在（zài）該基質上生長（zhǎng）的原因歸結於有毒產（chǎn）物的積累。但目前（qián）提出的各種假設都不能圓 滿地解釋實際工程中所發生的各種共代（dài）謝現象。

　　許多難降解有機物的去除是通過共代謝途徑進行的。例如在氧化塘處理焦化廢水的係統中，投加生（shēng）活汙水（shuǐ）可大大提高COD的去除（chú）率（lǜ），其主要原因就是生活汙水中含有多種營養元素，加強了生物的共代謝作（zuò）用。瞿福平等在對氯代芳香烴化合物的研究中發（fā）現（xiàn），氯苯類同係物共存時，對氯苯的生物降解性有一（yī）定程度（dù）的影響。鄰二氯苯，間二氯苯的共存有（yǒu）利（lì）於（yú）整（zhěng）個體係的降（jiàng）解，但氯苯的耗氧速率有所降低。Adriaens等研究發（fā）現，一株Acinetbacter sp.生長在含有4-氯苯甲酸鹽(4CB)的基質上時，可以（yǐ）將原來不能利用的3,4-二氯苯甲（jiǎ）酸鹽（yán）(3,4-DCB)轉（zhuǎn）化成3-氯-4-羥基苯（běn）甲酸鹽，毫無疑問共代謝在其中發揮了重要的作用。

　　3實施途（tú）徑

　　3.1投加高 效降解微生物

　　該技術得以實施的前提是獲得能（néng）作用於目標降解物的高 效菌株，從理論上講，對於天然合成（chéng）的有機物，一般都能（néng）夠找到相應的降解菌株。一些難降解（jiě）有機物的高 效降解菌如表1所示。

　　這些降解菌在純培養體係中大多數都能（néng）表現出高活（huó）性，但在多菌株共（gòng）存的生物處理係統中，投加純培養（yǎng）高 效（xiào）降解菌株（菌劑）後，能否起到強（qiáng）化（huà）生物處理作用（yòng），在實際生產（chǎn）中，尚難以預料。要使高 效菌持續發揮作用必須滿足下列（liè）條件：

　　（1）投加後菌體具有的高活性不（bú）被破壞；

　　（2）菌體可快速降解目標汙染物；

　　（3）在係統（tǒng）中（如曝氣池）不僅要（yào）具有競爭性生存的能力，而且生物量還應具有一定的水平。

　　3.2投加營養（yǎng）物（wù）和基質類似（sì）物

　　由於（yú）大部（bù）分難降解有（yǒu）機物的降解是通過（guò）共代謝（xiè）途徑進行的，在常規活性汙泥係統中可降解目標汙染物的微生物活性和數量都比較低。通過投加某些（xiē）碳源和能源營養物質，或提供（gòng）目標（biāo）汙染物降解過程中所（suǒ）需（xū）要的因子，將有助於降解菌的生長，改善處理係統的運行工況。投加基質類似物是由代謝酶的誘（yòu）導作用提出的，即利（lì）用目標汙染物的降解產物、前體（tǐ）作為酶（méi）的誘導物，提高酶的活性。在（zài）廢水處理中，誘（yòu）導物（基質（zhì）類（lèi）似物）應滿（mǎn）足：①毒性小；②價（jià）格低廉且有多種（zhǒng）用途（tú）；③在無富集基質（目標汙染物）時，誘導物（wù）可維持富集培養物的生長特性與汙染物降解動力學。

　　3.3投加（jiā）遺傳工程菌GEM

　　按照傳統方法，要得（dé）到能降解目標汙染物（wù）的高（gāo） 效菌種，至少（shǎo）需要1個月甚至幾個月的（de）時間（jiān）。基因工程的發展為人類快速獲得高 效菌種提供（gòng）了新方法。生物學發現微生物對（duì）汙染物的降（jiàng）解性與其所帶（dài）的質粒有關。在廢水處理中，可利用降解性質粒的相容性，把（bǎ）能（néng）夠降解不同難降（jiàng）解物質（zhì）的質粒（lì）組合到1個菌種中，組（zǔ）建1個多質粒的新菌種，這（zhè）樣就能使1種微生物降解多種汙（wū）染物質或完（wán）成降解過程的多個環節，或使非降解性的菌種帶上（shàng）質粒從而獲得降解性。近（jìn）年來，通過基因工程技術構建的具有特（tè）殊降解功能的GEM已有突破（pò）性（xìng）進展，所獲得的菌株在純培養中，可有效降解一些難降解物質，但在（zài）具有複雜生態係統的廢水處理構（gòu）築（zhù）物中，能否達到預期的目（mù）標汙染物的降解效（xiào）果，尚（shàng）需深入的研究。

　　4效果及評價

　　4.1提高目標（biāo）汙染物的去除效果

　　生（shēng）物（wù）增強作用比一般的廢水處（chù）理方法更能提高係統對（duì）BOD5、COD、TOC或（huò）某（mǒu）種特定難降解物的去除效果。

　　Chamber利用投加高 效菌（jun1）種強化（huà）法處理牛奶廢水，在延時曝氣、曝氣（qì）塘和氧化溝（gōu）3種不同（tóng）的處理係統，都提高了BOD5、COD的去除（chú）率（lǜ）。Hung等用該方法處理馬鈴薯廢（fèi）水時，TOC的去除率達到98%。

　　Selvaratnam等通過在活性汙泥法中投加苯酚降解菌Pseudomonas putida ATCC11172提高了苯酚的去除率。在40d內處（chù）理係統對（duì）苯酚的去除率可保持在95%～100%；而在沒有采用生物（wù）強化的對照組中苯酚的去除率開始（shǐ）很高，但很快降低到40%左右。Chin等在附著生長（zhǎng）生物床（chuáng）中，加（jiā）入降解BTX（苯、甲苯、二甲苯）的混合（hé）優勢菌，HRT=1.9h，生物增強係統的（de）去（qù）除效果為10mg/L BTX，而非生物增強係統的去除效果僅為3.2mg/L BTX。

　　在序批式（shì）培養條件下，Schmidt等人先後證實，葡萄（táo）糖對Pseud.putida-l菌株降解硝基酚的強化作用，短鏈脂肪酸及葡萄糖對氯代芳烴化合物的還原脫氯過（guò）程的刺激作用，以（yǐ）及葡萄糖（táng）降解過程中產生的還（hái）原當量NADH促進偶氮染料的還原裂解脫色作用。徐（xú）向陽（yáng）等(1997,1998)報道，以易降（jiàng）解工業有機廢水作（zuò）為含PCP和染料有機廢水厭氧處理的共基質，均有助於厭氧顆粒汙泥形成，改善與穩定（dìng）厭氧廢水處理的（de）效果（guǒ）。

　　4.2改善汙泥性能，減少汙泥產量

　　生物增（zēng）強（qiáng）作用不僅可以有效地消除汙泥膨脹，增（zēng）強汙泥沉降性能，而（ér）且可減少（shǎo）汙泥產量，一般可使（shǐ）汙泥容積降（jiàng）低17%～30%。這（zhè）不僅可改善出水水質，而且可減少汙泥排放和汙泥處理（lǐ）的能耗（hào）。Chamber的研究結果表（biǎo）明，在延時曝氣係（xì）統中，使用接（jiē）種生物增強劑（jì），運行3周就可消除汙泥膨脹現（xiàn）象；在氧化溝係統中，運行4周就（jiù）可消除膨脹現象。在大規模廢（fèi）水處理中，Hung等發（fā）現（xiàn），使用生物（wù）增強劑後，汙泥床厚度由（yóu）2.3～2.7m降到了0.7～1.0m，既降低了能耗（hào），又控（kòng）製了臭氣的產生。

　　4.3縮短係統的啟動時間，增強（qiáng）耐衝擊負荷（hé）的能力和係統的穩（wěn）定（dìng）性

　　投加一定量的高 效菌種，增（zēng）大處理係統中有效菌種的比（bǐ）率，可縮短係（xì）統的啟動時間，達到較高的快速處理效（xiào）果，同時還可增強係統的耐衝擊負荷能力以及處理係統的穩定性。Edgehill等曾用降解五氯酚(PCP)的純種菌來增強活性汙泥處理係統，向（xiàng）係統（tǒng）中加（jiā）入（rù）10%（相（xiàng）對於固有菌量）的純種（zhǒng）菌（jun1）後，PCP廢水處理的馴化期被大大縮短了。為了（le）研究酚的（de）降解情況，Watanabe等把3種菌接種到3個活性汙泥係（xì）統的單元體係中，結果發現，在普通活性汙泥係統（tǒng）中，需要10d才能將（jiāng）酚完全降（jiàng）解，而在接種了E1、E2菌種的增強係統中，分別（bié）隻需要2、3d就（jiù）可將酚完（wán）全降解。

　　5生物強化係統的優化設計

　　應用生物增強技術時要綜合考（kǎo）慮水質、水量、投菌量、營養物質、消耗氧量、反應器類型（xíng）、水力停留時間等諸多因素（sù）。

　　菌量、營養物和基（jī）質類似物的（de）投加量是生物強化係統設計的重要參數。隨著投菌（jun1）量的增加（jiā），一（yī）般強化效果會提高，但投菌量過大，廢（fèi）水處理成（chéng）本則會升高。因此，投菌量要根（gēn）據廢水中目標降解物的含量和要（yào）達到的（de）處理（lǐ）水平（píng）來決定，一般在係統啟動時，采用重（chóng）投菌，投菌量比較大，係統穩定後，投菌量（liàng）可為啟（qǐ）動（dòng）時（shí）的1/10～1/8。

　　高 效菌的投加方式如表2所示。在實際（jì）工程應用（yòng）中，可（kě）選擇（zé）適當的投加方式。

　　6結束（shù）語

　　生物強（qiáng）化技術已成為在現代廢水處理（lǐ）的研究熱點。該方（fāng）法具有許多優點，可提高難降解（jiě）有機物的去除（chú）率、改善汙泥性能、縮短係統的（de）啟動時（shí）間、增強係統的運（yùn）行穩定性和耐衝擊負荷（hé）能力等（děng）。利用原有水處理（lǐ）設施，生物增（zēng）強技術能明顯地提高（gāo）水處理範圍和水（shuǐ）處理能（néng）力，操作簡便，易於管理。生物強化技術與傳統生物處理技術相結合（hé），已成為廢水生物處理的必然趨（qū）勢。