姜 閱，孫珮石，鄒 平，魏中華，畢曉伊，王 潔，任洪強，張 宴，王艷茹

（1.云南大學(xué)生態(tài)學(xué)與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650091；2.云南大學(xué)工程技術(shù)研究院，云南昆明650091；3.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210023）

生物法污染治理的生物強化技術(shù)研究進展

姜 閱1，2，孫珮石2，鄒 平2，魏中華2，畢曉伊2，王 潔2，任洪強3，張 宴3，王艷茹3

（1.云南大學(xué)生態(tài)學(xué)與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650091；2.云南大學(xué)工程技術(shù)研究院，云南昆明650091；3.南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210023）

綜述了生物強化技術(shù)及其降解理論，分析了生物強化法凈化效率的影響因素，詳細列舉了直接投加高效降解微生物或共代謝基質(zhì)類物質(zhì)、固定化生物強化技術(shù)、引入生物強化制劑、生物強化工藝等四個方面的生物強化技術(shù)，分別介紹了廢水、廢氣處理中生物強化技術(shù)的研究進展及典型應(yīng)用實例，并指出了生物強化技術(shù)研究的發(fā)展趨勢。

生物強化技術(shù)；廢水處理；廢氣處理；研究；進展；綜述

隨著現(xiàn)代合成工業(yè)的發(fā)展，大量具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和生物陌生性的異生化合物（Xenobiotics）進入環(huán)境中。這些物質(zhì)基本都是屬于生物難降解化學(xué)物質(zhì)，很難在短時間內(nèi)被微生物利用而進入物質(zhì)循環(huán)［1，2］。對這些污染物質(zhì)的治理，給傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)帶來極大挑戰(zhàn)。為了提高對這類污染物質(zhì)的去除率，現(xiàn)已開發(fā)出一系列生物處理新技術(shù)，生物強化技術(shù)也由此應(yīng)運而生。生物強化技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代中期，20世紀(jì)80年代以來在污染土壤與污染海洋的修復(fù)，工業(yè)廢水、地表水及地下水中難降解有毒有害物質(zhì)的治理，以及城市污水的處理中得到了廣泛的研究和應(yīng)用［3，4］，并實現(xiàn)了污染物的高效生物降解。

1 生物強化技術(shù)概述

生物強化技術(shù)即生物增強技術(shù)（Bioaugmentation），又稱生物增效技術(shù)，是為了提高生物處理系統(tǒng)的處理能力，而向該系統(tǒng)中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢菌種或通過基因工程產(chǎn)生的高效菌種，以去除某一種或某一類有害物質(zhì)的方法［5，6］。

生物強化技術(shù)產(chǎn)生初期是因為一些廢水處理廠的突發(fā)事故，如菌體大量死亡、有毒有害物質(zhì)泄露等致使廢水經(jīng)處理后達不到排放標(biāo)準(zhǔn)，于是必須直接投加高效菌種強化處理過程以改善出水水質(zhì)，并使廢水處理系統(tǒng)恢復(fù)正常［7］。一般的生物治理技術(shù)對于濃度較高、易于生物降解的廢水中的污染物的去除效率高。但是，當(dāng)廢水中含有對微生物有毒物質(zhì)時，這些有毒物質(zhì)會對系統(tǒng)中的治污功能菌起到毒害作用，使得功能微生物的降解污染物的速率下降甚至自身死亡，從而導(dǎo)致處理效果惡化。對于難處理的廢水，用一般生物方法處理，通常存在污染物降解速率較慢、治污功能菌需要一段較長的時間來適應(yīng)的問題，同時在外界環(huán)境條件較苛刻，如溫度、pH較低時，治污功能菌的代謝活性會顯著降低，而使用生物強化技術(shù)恰好能夠彌補這些不足，其通過投加優(yōu)勢功能菌種可迅速有效降解目標(biāo)污染物［8－10］?？偠灾?，由于具有成本低廉、操作簡單、效率較高［11］等技術(shù)優(yōu)勢，生物強化技術(shù)在生物法污染治理領(lǐng)域逐步得到了推廣應(yīng)用并取得了顯著的效果。

本文主要結(jié)合廢水、廢氣的相關(guān)研究，就生物法污染治理的生物強化技術(shù)研究進展及其典型應(yīng)用實例進行論述。

2 生物強化法降解理論

廢水凈化方面。廢水中生物強化處理的關(guān)鍵任務(wù)是基質(zhì)的去除，而微生物的生長是基質(zhì)去除的結(jié)果。其基質(zhì)降解動力學(xué)模型一般用Monod方程來表示：

式中：μ-菌體的生長比速；S-限制性基質(zhì)濃度；Ks-半飽和常數(shù)；μmax-最大比生長速度。

在Monod生長模型中，最重要的參數(shù)是μmax與Ks，它們?nèi)Q于兩大因素，一是微生物種群特性，二是基質(zhì)特性。

另外，Cap deville［12］建立的生物膜生長動力學(xué)模型，因考慮到活性生物量和非活性物質(zhì)之間的相互作用及影響，具有普遍意義。此外，還有一級反應(yīng)的動力學(xué)模型、指數(shù)增長模型、邏輯方程等，它們都各具特色。

生物法廢氣凈化傳質(zhì)機理目前主要有兩種理論解釋：一種是國際上普遍認同的荷蘭學(xué)者Ottengraff依據(jù)傳統(tǒng)的雙膜理論提出的 “吸收—生物膜理論”［13］，該理論是以生物濾池為研究對象而建立的，不適合用來描述生物吸附和生物滴濾工藝處理廢氣過程的反應(yīng)機理；孫珮石等針對低濃度揮發(fā)性有機廢氣提出吸附理論，他們［14］經(jīng)過試驗，表明吸附—生物膜理論及其動力學(xué)模型對于描述生物膜填料塔對低濃度甲苯、苯乙烯、NOx等4種氣態(tài)污染物的凈化過程具有良好的適用性。

3 生物強化法凈化效率的影響因素

3.1 填料

目前國內(nèi)外使用的生物填料大致可以分為三大類：①定型固定式填料，主要是蜂窩類填料；②懸掛式填料，如軟性填料、半軟性填料、彈性立體填料、組合型填料等；③堆積式、懸浮式填料，即分散式填料，如鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、空心球、懸浮粒子、陶粒等。詳見圖1［15，16］。

在選擇一種合適的填料時，主要考慮［17］：比表面積、密度、孔隙率、pH值、持水能力、緩沖能力等。填料的比表面積和孔隙率除了直接影響單位體積填充層上的生物量，還直接影響整個濾床的阻力和是否易堵塞等問題，而最關(guān)鍵的因素還是成本問題。開發(fā)高性價比、高傳質(zhì)速度、高生物膜量、高降解能力的多孔載體和組合填料，是未來發(fā)展的趨勢。

3.2 主要工藝操作參數(shù)

3.2.1 微生物菌種

微生物是生物強化法處理廢水、廢氣的主要實現(xiàn)者，能降解污染物成分的微生物很多，主要有細菌、真菌和放線菌。在微生物菌種方面，投菌量是生物強化技術(shù)的重要影響因素，隨著投菌量的增加一般增強效果會提高，但菌量投加過大，成本就會升高［18］。投菌方式也是影響凈化效率的關(guān)鍵因素。

如何選擇優(yōu)勢菌種，馴化獲得高效降解微生物已成為當(dāng)前生物法處理工業(yè)廢氣研究的熱點。

3.2.2 營養(yǎng)物質(zhì)

微生物的生長需要一定比例的營養(yǎng)物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)主要包括水、碳源、氮源、無機鹽和生長因子。生物強化處理系統(tǒng)中，需要調(diào)節(jié)廢水和廢氣中微生物營養(yǎng)物質(zhì)的比例來縮短掛膜時間，增強微生物的活性，提升凈化效果。

此外，廢水的水質(zhì)、曝氣量、曝氣方式、水力停留時間，廢氣的各污染物入口氣體濃度、氣體流量、液體噴淋量及其pH值［19，20］，反應(yīng)器工藝類型、污染場地、濾出液pH值、生物安全性檢測、活性檢測、效果評價和可行驗證等都是凈化效率的影響因素［21］。

在生物強化法處理廢水、廢氣的工程實踐中，很多影響因素都是相互關(guān)聯(lián)制約的，對上述因素進行全面地了解還需要深入探索研究。

4 生物強化技術(shù)的研究進展與應(yīng)用實例

4.1 直接投加高效降解微生物或共代謝基質(zhì)類物質(zhì)的強化技術(shù)

直接投加高效降解微生物技術(shù)是生物強化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最為普遍的方式之一。其通過馴化、篩選、誘變、基因重組等技術(shù)，得到以目標(biāo)污染物為唯一碳源和能源的微生物。通過向處理系統(tǒng)中投入這些高效降解微生物，即可實現(xiàn)對目標(biāo)污染物的高效去除。這些被投入到廢水中的高效降解微生物，有些以游離的狀態(tài)存在，有些可以附著在載體上，以高效生物膜的形式存在。

投加微生物共代謝基質(zhì)及輔助營養(yǎng)物質(zhì)的技術(shù)主要的針對目標(biāo)是一些難降解的有機物。微生物無法直接將這些難降解的有機物作為碳源及能源用于生長，而是以甲烷、丙烷、甲苯、酚、氨和二氯苯氧基乙酸等為原始底物，對這些底物進行降解以獲取生長所需能量。微生物降解后產(chǎn)生的氧化酶可以改變目標(biāo)污染物的結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)對目標(biāo)污染物的降解。作為基質(zhì)類物質(zhì)，應(yīng)考慮毒性相對較低、價格低廉且多種用途等因素［22］。有研究表明，在生物強化的同時添加一些無毒害作用的營養(yǎng)物質(zhì)（如乳酸、甲酸、乙酸等）可以大大提高生物強化的效果。但是對于生物的共代謝作用機理的研究，目前尚未見報道，還需深入研究。

劉偉等［24］利用自行研制的高效菌處理焦化廢水，在投菌前，出水CODCr和氨氮分別高達

姚力等［11］研究了好氧反硝化菌強化序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR1）（圖2）處理生活污水的性能，同時以只接種相同量普通活性污泥的序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR2）作為對照，結(jié)果表明：在反應(yīng)器的啟動階段，SBR1對COD和TN的平均去除率明顯好于SBR2，好氧反硝化菌能在反應(yīng)器中大量繁殖，其新陳代謝消耗大量的有機物，并高效除氮；當(dāng)C／N為4∶1（質(zhì)量比，下同）和6∶1時，SBRl對COD和TN的去除率明顯高于SBR2；當(dāng)C／N為8∶1時，SBRl對COD和TN的去除效果達到最好，對兩者的平均去除率分別達到85.31%和61.14%；當(dāng)C／N為10∶1和12∶1時，兩反應(yīng)器對廢水COD去除效果的差距縮小，但SBR1對TN的平均去除率分別為58.98%和51.64%，明顯高于SBR2。在整個不同C／N運行狀況下，SBRl的出水NH＋4－N基本在0.5mg／L以下，去除率均接近100%。

張雨山［23］將4株耐鹽凈污菌引入到循環(huán)式活性污泥法（CAST）反應(yīng)器中，構(gòu)成了新型的生物強化CAST（圖3）含鹽廢水處理系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)：CAST系統(tǒng)中接種耐鹽凈污菌可達到在強化活性污泥對含鹽廢水適應(yīng)性的同時提高生物處理效果的目的。經(jīng)過耐鹽凈污菌強化后的CAST系統(tǒng)對含鹽廢水的處理效果明顯優(yōu)于未經(jīng)強化的生物處理系統(tǒng)，其對COD的去除率達到90%以上，提高了20%左右。生物強化CAST也具有一定的脫氮除磷能力，其對氨氮的去除率為95%左右，對總氮的去除率為65%左右，對總磷的去除率在30%～75%。 210mg／L、48mg／L；經(jīng)高效菌種強化后，CODCr先升高隨后降至162mg／L，氨氮則降至15mg／L以下。高效菌的投加，明顯加快了生物脫氮系統(tǒng)的啟動，縮短了啟動期。某制藥廠從其廢水處理系統(tǒng)中分離篩選得到兩株具有高效COD去除能力的菌株，命名為LX－2和LX－10，以制藥生產(chǎn)廢水為培養(yǎng)基于35℃、120 r／min培養(yǎng)，測定其COD降解能力。結(jié)果表明菌株LX－2和LX－10具有較好的COD去除能力，COD去除率分別為83.8%和81.2%，混合菌株對COD的去除效果明顯優(yōu)于單株菌株，其COD去除率達到92.4%，投加高效混合菌的活性污泥對COD的去除率提高了15%［25］，強化系統(tǒng)顯示出了明顯的優(yōu)勢。

毛永楊等［26］以生物膜填料塔為反應(yīng)器，分別考察了外加乙酸鈉、葡萄糖、酒石酸鉀鈉、甲醇等4種低分子有機碳源對煙氣同時脫硫脫氮效率的影響。實驗研究結(jié)果表明，外加乙酸鈉的脫氮效果最佳，對NOx的平均去除率為62.05%；外加葡萄糖、酒石酸鉀鈉、甲醇時的NOx平均去除率分別為51.03%、46.98%、58.71%。乙酸鈉、酒石酸鉀鈉、甲醇均能使SO2的去除率達到100%，葡萄糖顯著降低了SO2的去除率。乙酸鈉是生物膜填料塔煙氣同時脫硫脫氮技術(shù)中適宜的外加碳源。實驗是為微生物創(chuàng)造必要的生存條件，實現(xiàn)對其生物活性的增強，進而達到對污染物的高效去除的目的。該法體現(xiàn)了煙氣污染的治理趨勢，是一種很有前景的生物強化技術(shù)。

4.2 固定化生物強化技術(shù)

直接投菌法雖然簡單易行，但是所投加的高效微生物容易流失，導(dǎo)致其不能成為水體中的優(yōu)勢菌種。而采用固定化生物強化技術(shù)，可以增強菌體的競爭性及抗毒性能力，減少菌種被原生動物捕食的機率。

固定化生物技術(shù)是將單一或混合的優(yōu)勢菌株固定封閉在特定的載體上，使菌體脫落少、活性高，從而提高優(yōu)勢菌株的濃度，增加其在生物處理器中的存留時間的一種方法。固定化生物強化技術(shù)目前分為3種：包埋法、交聯(lián)法和吸附法。包埋法是通過凝膠作用，將微生物包埋至載體材料的內(nèi)部的一種方法。由于其操作簡單、對細胞活性影響小、固定化細胞強度高，是應(yīng)用最廣泛的固定化方法。交聯(lián)法是通過交聯(lián)反應(yīng)，使固定化載體與微生物細胞相互連接，形成密致的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而達到固定化的目的。吸附法是通過物理吸附或離子結(jié)合的作用，將微生物固定于有吸附特性載體的內(nèi)部和表面，隨著吸附量的不斷增加以及微生物自身的生長繁殖，吸附性材料表面逐漸形成生物膜，從而實現(xiàn)固定化生物強化。目前國內(nèi)外學(xué)者利用固定化技術(shù)與廢水生物處理技術(shù)相結(jié)合的方法，研發(fā)出了多種固定化生物強化工藝，例如固定床工藝、流化床工藝、曝氣生物濾池工藝以及SBBR工藝等。

孫移鹿［27］向SBR強化系統(tǒng)中投加經(jīng)菌絲球固定化后的好氧反硝化菌T13，考察固定化生物強化技術(shù)對反應(yīng)器處理效能的影響。結(jié)果表明，投加固定化好氧反硝化菌T13后的SBR中，可以實現(xiàn)較穩(wěn)定的好氧反硝化作用，在有氧條件下，其對TN的平均去除率可達49.81%，最佳脫除TN條件為C／N＝7、pH＝7、DO＝2mg／L；以O(shè)／A方式運行SBR，經(jīng)固定化生物強化后，在保持較高COD和氨氮去除率的基礎(chǔ)上，對TN的平均去除率提高了22%，約為77%。

張文東等［28］選用聚乙烯醇 （PVA）、海藻酸鈉 （SA）和河沙作為包埋固定化復(fù)合菌的載體，制備成包埋固定化復(fù)合菌小球來處理養(yǎng)豬廢水。實驗結(jié)果表明，經(jīng)包埋固定化后的高效降解復(fù)合菌小球具有保持活性高、微生物濃度高、對環(huán)境條件的適應(yīng)范圍更廣等特點，這就解決了直接投加菌體或菌液造成的微生物流失和對環(huán)境變化適應(yīng)性小的問題。

馮娟娟等［29］采用SBR反應(yīng)器，以腈綸、焦化和校園生活污水為處理對象，對比分析了富鐵多孔復(fù)合填料與有機多孔載體的生物強化作用效果。結(jié)果表明，在同等條件下，富鐵多孔復(fù)合填料要比有機多孔載體的生物強化作用顯著：可使腈綸廢水處理后出水的COD和氨氮降低50mg／L左右；對焦化廢水中COD和氨氮的去除率分別提高6%和13%左右；顯著提高了對高濃度生活污水中COD和TN的去除效果，同時對磷的去除率提高約58%。利用鐵細菌在氧化鐵離子過程中產(chǎn)生的強氧化作用，可大大提高生化處理效果。

張明霞等［30］為了研究溫度對固定化微生物系統(tǒng)中微生物特性的影響，將微生物固定化技術(shù)與SBR工藝相結(jié)合，開發(fā)出IMO－SBR生物強化工藝處理含氮廢水。通過IMO－SBR和普通活性污泥SBR廢水處理對比試驗，研究了溫度對固定化微生物系統(tǒng)及游離微生物系統(tǒng)中微生物活性、脫氮效果的影響。比較了2種系統(tǒng)、3個反應(yīng)器 （圖4，1＃內(nèi)裝馴化好的普通活性污泥，形成普通懸浮污泥SBR。2＃裝填結(jié)合型載體及與l＃等量的活性污泥，形成載體結(jié)合法IMO—SBR。3＃內(nèi)裝填采用包埋法制作的含與l＃、2＃等量污泥的凝膠小球，形成包埋法IMO—SBR。3個裝置處理水量相同，且同步運行）之間的差別，結(jié)果表明：溫度對微生物脫氮效果影響較大，固定化微生物系統(tǒng)較游離微生物系統(tǒng)具有更強的溫度耐受性。

孫珮石［31，32］利用以生物膜形式固定在多孔填料表面的固定化生物強化技術(shù)，采用液相催化－生物法，對同時脫除煙氣中SO2和NOx進行了實驗研究。結(jié)果表明，采用經(jīng)專用菌種掛膜制作的生物膜填料塔（圖5）能夠?qū)崿F(xiàn)對煙氣中SO2和NOx的同時去除，在循環(huán)液中添加金屬離子催化劑可以顯著地提高同時脫除煙氣中SO2、NOx的能力。在最佳條件下操作，生物膜填料塔對煙氣中的SO2、NOx凈化效率分別可達到96.8%、48.7%。

韓雅瓊等［33］為了同時高效脫除煙氣中的NO和SO2，將硫酸鹽還原菌和厭氧反硝化細菌的混菌體系以附著的方式固定在填料表面，在生物滴濾塔中進行同時脫硫脫氮試驗。連續(xù)試驗表明，當(dāng)進口氣體中SO2和NO質(zhì)量濃度分別維持在10g／m3和2g／m3時，SO2的脫除效率始終保持在95%以上，而NO脫除呈現(xiàn)出了周期性波動。隨著含硫含氮氣體對混菌體系的不斷馴化，NO的周期性波動現(xiàn)象消失，脫氮率穩(wěn)定在92%左右。

并非所有固定化的微生物都優(yōu)越于游離態(tài)的微生物，有研究發(fā)現(xiàn)游離態(tài)細胞利用喹啉的速率比固定化后的速率更快。因為固定化微生物受其自身傳質(zhì)性能和傳氧性能的影響，特效微生物和目標(biāo)污染物的接觸受到阻礙，從而影響了污染物的降解效率；而游離態(tài)的混合菌液投加到反應(yīng)器中之后，能迅速得到混合、擴散、分布，沒有傳質(zhì)阻力［34］。

4.3 引入生物強化制劑的強化技術(shù)

生物強化制劑技術(shù)是將從自然界中篩選出來的、由特定降解功能細菌制成菌液制劑或干粉制劑的一種新技術(shù)。目前，國內(nèi)外已將治理各種類型污染物的生物強化制劑產(chǎn)品推向了市場，并取得了一定效果［35］（表1）。

生物強化制劑具有很多優(yōu)點：①它能縮短微生物培養(yǎng)馴化的時間，迅速提高生物處理系統(tǒng)中微生物的濃度，進而提高工作效率；②使用安全，操作簡便，可以實時地處理污染，從而節(jié)省能源。張守權(quán)等［36］為了探討生物強化技術(shù)在污水廠低溫啟動中的應(yīng)用效果，在哈爾濱太平污水廠A／O池中投入構(gòu)建的生物強化菌劑，對污水廠進行低溫快速啟動。結(jié)果表明：生物強化技術(shù)在寒冷地區(qū)低溫期的應(yīng)用能加快系統(tǒng)啟動，有效提高污染物凈化效能，同時系統(tǒng)穩(wěn)定性和耐負荷沖擊能力也得以加強。

張?zhí)m河［37］為了提高污水處理的效果，分別以葡萄糖、可溶性淀粉、乙酸鈉、食用油、甘氨酸和牛血清白蛋白作為唯一碳源和能源，分離篩選優(yōu)勢功能菌，再將這些功能菌群進行復(fù)配，構(gòu)建出了一種高效微生物菌劑，并利用SBR工藝考察了該菌劑的生物強化效能。結(jié)果表明：投加微生物菌劑的生物強化系統(tǒng)對城市污水中COD、TOC、NH＋4－N、TN的去除率分別提高了31.82%、16.71%、56.06%和70.56%。投加微生物菌劑的生物強化技術(shù)，顯著改善了生化處理系統(tǒng)的運行效果和穩(wěn)定性，使系統(tǒng)中菌群的生物多樣性增加，抗沖擊負荷能力增強。

表1 商業(yè)生物強化菌劑及其應(yīng)用領(lǐng)域

謝未等［38］以紹興縣綜合性印染廢水為處理對象，采用混凝－水解酸化－好氧工藝 （圖6），在好氧單元中投加微生物菌劑進行了中試研究，探討該工藝對印染廢水的處理效能。結(jié)果表明，投加菌劑后，該系統(tǒng)的出水水質(zhì)大為改善。投加菌劑前，出水COD為l91mg／L，投加菌劑后，出水COD為111 mg／L。當(dāng)該系統(tǒng)高效菌群形成后，不投加菌劑20d內(nèi)，該系統(tǒng)仍然可以保持出水COD l21mg／L。當(dāng)該系統(tǒng)MLSS大量降低后，該系統(tǒng)出水仍然可達120mg／L，此現(xiàn)象說明該系統(tǒng)耐受沖擊能力強，且為污泥的減量化研究指明了新方向。

楊勇光等［39］采用生物強化技術(shù)，投加微生物菌劑 （一種固體粉粒劑）到化糞池處理糞便污泥，取得了一定的經(jīng)濟效益。通過計算對比得出，第一年投加微生物制劑處理化糞池比專業(yè)清掏公司清掏節(jié)省50%費用。從第二年起投加微生物制劑比專業(yè)清掏公司清掏節(jié)省88%費用。在實際應(yīng)用中，一般投加微生物菌劑一個月后，化糞池臭味大大減輕，糞便量大大減少，基本無沼氣產(chǎn)生。這不僅解決了傳統(tǒng)化糞池堵塞的問題，同時也消除了化糞池沼氣中毒、爆炸等安全隱患。由此得出，投加微生物菌劑的生物強化技術(shù)具有明顯的環(huán)境效益與經(jīng)濟效益。

投加對環(huán)境安全的生物強化制劑可以有效去除目標(biāo)污染物，同時對系統(tǒng)中的其他生物沒有不良影響。因此，研發(fā)生物強化制劑已成為環(huán)保領(lǐng)域發(fā)展的又一熱點。

4.4 生物強化工藝技術(shù)

陳桂娥等［40］在研究生物強化技術(shù)組合工藝時，先采用傳統(tǒng)的UV氧化法對模擬印染廢水進行處理，以降低廢水的毒性，隨后采用膜生物反應(yīng)器（MBR）（圖7）進行深度處理，并向MBR系統(tǒng)中投加EM菌群 （即有效微生物菌群）進行生物強化。他們在結(jié)論中提出：組合工藝對總有機碳（TOC）去除率接近90%，處理效果明顯，生物強化技術(shù)可以有效地提高工藝體系的抗沖擊負荷，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

岳少鳴等［41］為了克服氨氮和有機物對飲用水源的微污染，開發(fā)出了高速給水曝氣生物濾池（HUBAF生物預(yù)處理新工藝，圖8），并將其應(yīng)用于大型自來水廠的預(yù)處理工程中。結(jié)果表明，與彈性填料接觸氧化池和懸浮球流化池等已投入應(yīng)用的生物預(yù)處理技術(shù)相比，HUBAF抗沖擊負荷能力強、氨氮硝化率高、除鐵除錳能力強，且HUBAF技術(shù)的工程投資成本、占地面積均低于其他給水生物處理工藝。

楊殿海等［42］以處理城市污水的中試規(guī)模A2／O工藝 （圖9）為研究對象，通過改變進水流量以及混合液回流比來調(diào)節(jié)缺氧區(qū)硝酸鹽濃度，研究了低溫（（12±4）℃）條件下生物強化除磷（EBPR）系統(tǒng)的反硝化除磷特性。對試驗數(shù)據(jù)運用方差分析法（ANOVA）處理表明，生物除磷與脫氮過程之間存在緊密相關(guān)性（p＜0.05），并觀測到反硝化除磷現(xiàn)象；當(dāng)進水流量為2.5m3／h、混合液回流比為150%時，中試裝置的除磷脫氮能力較好，出水COD、TN、TP質(zhì)量濃度分別為30±10、5.6± 2.9、（0.4±0.2）mg／L，達到國家綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918－2002）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

而國外在城鎮(zhèn)污水的生物強化處理方面常采用BABE技術(shù)［43］。該技術(shù)原理是利用污泥處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的高濃度氨氮刺激側(cè)流反應(yīng)器中硝化菌的生長，并引入部分二沉池回流污泥使硝化菌處于懸浮生長狀態(tài)，然后回流至主體工藝以強化硝化。捷克、荷蘭、加拿大等的許多污水處理廠采用BABE技術(shù)（圖10），在氨氮去除方面均取得了不錯的效果。

與傳統(tǒng)生物處理工藝相比，生物強化工藝具有諸多優(yōu)勢，因而成為了污染治理領(lǐng)域的研究焦點，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①提高目標(biāo)污染物的去除效果，如張建昆等［44］的實驗結(jié)果；②改善污泥性能，減少污泥產(chǎn)量，如姚桂瑩等［45］的實驗結(jié)果；③縮短系統(tǒng)的啟動時間，增強耐沖擊負荷的能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如莊建全［46］的實驗結(jié)果；④在系統(tǒng)運行狀況不佳時，加速反應(yīng)系統(tǒng)的恢復(fù)，無二次污染，節(jié)省經(jīng)濟成本等。

表2 生物強化技術(shù)處理工藝廢水實例

國內(nèi)外學(xué)者還將生物強化技術(shù)應(yīng)用于高濃度有機廢水［55］、啤酒廢水［56］、淀粉廢水［57］、稠油污水［58］、村鎮(zhèn)污水［59］、低溫富氮磷水體［60］、染料廢水［61］、高鹽廢水［62］、受污染飲用水源水［63］、環(huán)氧樹脂廢水［64］、化工類氨氮廢水［65］、天然橡膠廢水［66］等的處理方面，均取得了一定成效。

5 結(jié)束語

目前在國內(nèi)外，生物強化技術(shù)的研究已經(jīng)漸趨成熟，只是國內(nèi)在這方面研究與國外還有很大差距。生物強化技術(shù)在廢水的治理中得到了廣泛的嘗試與應(yīng)用，部分研究成果已成功應(yīng)用于工業(yè)實踐，但還存在許多問題需進一步探討和研究。要想使生物強化技術(shù)取得更好的處理效果，還需要做好以下幾方面的工作：①改進投加微生物的方法，使之在水體中分布均勻，提高水體中的溶解氧含量將會有助于取得更好的生物強化效果；②設(shè)計并應(yīng)用強度高、壽命長、費用低、傳質(zhì)阻力小的新型、性能優(yōu)良的固定化填料載體是研究焦點；③科研工作者還需從污染物降解微生物代謝作用機理與降解機制、如何跟蹤監(jiān)測所投加菌劑并分析其功能表達等方面進行更為深入的研究，同時對作用菌的生理特性及影響它們的環(huán)境因素等方面還需深入探討；④構(gòu)建并運用組合工藝，開發(fā)高度集成、經(jīng)濟可行、運行可靠的一體化新工藝。當(dāng)然，如果在工業(yè)生產(chǎn)過程中能夠采用先進的清潔生產(chǎn)工藝代替末端治理，則可使得廢水、廢氣的排放從根本上得到控制。此外，還需加強生物強化反應(yīng)動力學(xué)的探討，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，以便更好地指導(dǎo)實際系統(tǒng)的設(shè)計與運作。

隨著我國工業(yè)化進程的加快，諸多生產(chǎn)領(lǐng)域會產(chǎn)生大量廢水、廢氣，這些污染物如果直接排放會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染及破壞。生物強化技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，對于節(jié)約生產(chǎn)成本 、提高治污效果、建立環(huán)保節(jié)約型社會等方面均具有重要意義，必將具有更廣闊的應(yīng)用前景。

［1］呂華.生物強化技術(shù)在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用進展 ［J］.北方環(huán)境，2011，23（6）：48－49.

［2］孫煒，熊振湖，劉春，等.生物強化及在環(huán)境污染物生物治理中的新進展［J］.天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報，2006，12（1）：50－54.

［3］聶玉冰.高效苯酚降解菌劑復(fù)配及其對含酚廢水處理系統(tǒng)的強化［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

［4］李霞，李魁.生物強化技術(shù)深度降解含高氯、高鹽污水COD、NH3－N的中試研究［J］.城市道橋與防洪，2012（11）：89－92.

［5］S.E.Fantroussi，Spiros N.Agathos.Is Bioaugmentation a Feasible Strategy for Pollutant Removal and Site Remediation［J］.Current Opinion in Microbiology，2005（8）：268－275.

［6］肖晶晶，牛奕娜，劉洋，等.生物強化技術(shù)優(yōu)勢及環(huán)保菌劑研究應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2013，32（z1）：1－4.

［7］全向春，劉佐才，范廣裕，等.生物強化技術(shù)及其在廢水治理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)研究，1999，12（3）：22－27.

［8］S.R.Guiot，B.Tartakovsky，M.Lanthier，et al.Strategies for Augmenting the Pentachlorophenol Degradation Potential of UASB Anaerobic Granules［J］.Water Sci Technol，2002（45）：35－41.

［9］王明星，廖昌建.高濃度有機廢水生物處理技術(shù) ［J］.當(dāng)代化工，2011，40（8）：820－823.

［10］楊秀麗.復(fù)合微生物制劑與填料組合處理城市廢水的試驗研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2013.

［11］姚力，信欣，周迎芹，等.好氧反硝化菌強化序批式活性污泥反應(yīng)器處理生活污水［J］.環(huán)境污染與防治，2014，36（3）：73－77.

［12］陳歡林.環(huán)境生物技術(shù)與工程 ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：180－181.

［13］唐沙穎稼，徐校良，黃瓊，等.生物法處理有機廢氣的研究進展［J］.現(xiàn)代化工，2012，32（10）：29－33.

［14］孫珮石，王潔，孫悅，等.吸附－生物膜理論對生物法凈化氣態(tài)污染物的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，29（10）：42－46.

［15］高羽洋，梅晶.生物填料在污水處理中的應(yīng)用及發(fā)展方向［J］.包鋼科技，2012，38（2）：74－77.

［16］田青，鮑曉博，吳端.懸浮填料與生物膜工藝研究現(xiàn)狀與進展［J］.江蘇科技信息，2014（8）：52－54.

［17］王小軍，徐校良，李兵，等.生物法凈化處理工業(yè)廢氣的研究進展［J］.化工進展，2014（1）：213－217.

［18］楊慧敏，付英琪.生物強化技術(shù)及其在廢水處理中應(yīng)用［C］／／中國土木工程學(xué)會全國排水委員會2013年年會論文集，2013：311－313.

［19］孫珮石，王潔，吳獻花，等.生物法凈化處理低濃度揮發(fā)性有機及惡臭氣體［J］.環(huán)境工程，2006，24（3）：38－41.

［20］謝文娟，王潔，孫珮石，等.生物法凈化高濃度甲醛廢氣的實驗研究［C］／／中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集，2011：1228－1231.

［21］吳燕國，霍保全.生物強化技術(shù)在難降解有機物處理中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（21）：1－3.

［22］呂華.生物強化技術(shù)在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用進展［J］.北方環(huán)境，2011，23（6）：48－49.

［23］張雨山，王靜，任華峰，等.投加有效微生物強化CAST反應(yīng)器處理含鹽廢水［J］.中國給水排水，2012，28（1）：81－83.

［24］劉偉.高效菌強化OAO工藝處理焦化廢水的試驗研究［D］.武漢：武漢科技大學(xué)，2011.

［25］許尚營，蘇建文，陳建華，等.制藥廢水COD高效降解菌的分離篩選及應(yīng)用［J］.凈水技術(shù)，2012，31（6）：51－53.

［26］毛永楊，鄒平，孫珮石，等.煙氣同時脫硫脫氮生物膜填料塔的適用外加碳源［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2012，6（8）：2731－2735.

［27］孫移鹿.好氧反硝化菌的固定化應(yīng)用及效能研究 ［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

［28］張文東.包埋固定化復(fù)合菌處理養(yǎng)豬廢水氨氮的研究 ［D］.重慶：重慶工商大學(xué)，2012.

［29］馮娟娟，王亞娥，李杰，等.新型富鐵多孔復(fù)合填料強化生化處理效能研究［J］.中國給水排水，2013，29（3）：24－28.

［30］張明霞，焦光聯(lián)，索超.溫度對IMO－SBR中微生物特性的影響［J］.工業(yè)用水與廢水，2011，42（4）：27－29.

［31］王恒穎，孫珮石，王潔，等.液相催化－生物法同時脫除煙氣中SO2和NOx［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010，32（7）：98－102.

［32］宗園.提高生物法同時脫硫脫氮效率的實驗研究 ［D］.昆明：云南大學(xué)，2010.

［33］韓雅瓊，張衛(wèi)江，徐姣，等.表面活性劑在同時脫硫脫氮中的應(yīng)用［J］.天津大學(xué)學(xué)報，2011，44（11）：1009－1013.

［34］劉洋，陳雙基.生物強化技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（5）：36－40.

［35］熊貴琍，陳瑾，葉文衍.生物強化技術(shù)及其在水污染治理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2013，38（4）：82－86.

［36］張守權(quán)，薛文博，金曉鷗.低溫工程菌在污水處理廠A／O池中的應(yīng)用［J］.黑龍江水利科技，2013，41（1）：257－260.

［37］張?zhí)m河，田宇，郭靜波，等.微生物菌劑的構(gòu)建及其在城市污水處理中的應(yīng)用［J］.化工進展，2013，32（8）：1943－1948.

［38］謝未，張志峰，丁靜，等.微生物強化處理印染廢水的中試研究［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2013，38（12）：110－113.

［39］楊勇光，李文娟.生物強化技術(shù)在化糞池中的應(yīng)用及效益分析［J］.山西建筑，2012，38（20）：211－213.

［40］陳桂娥，李嘯寰，許振良.UV氧化生物強化MBR耦合工藝處理模擬印染廢水［J］.工業(yè)水處理，2011，31（9）：34－37.

［41］陸少鳴，李芳，李少文.高速給水曝氣生物濾池應(yīng)用于大型自來水廠的預(yù)處理 ［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，40（5）：65－70.

［42］楊殿海，盧文健，王榮昌，等.低溫條件下A2／O生物強化除磷系統(tǒng)的反硝化除磷特性［J］.水處理技術(shù)，2011，37（4）：33－36.

［43］周振，唐建國，張愛平，等.城鎮(zhèn)污水處理廠強化硝化技術(shù)現(xiàn)狀分析［J］.中國給水排水，2013，29（20）：5－8.

［44］楊廣文，張建昆.受污染水體的生物強化過濾研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（25）：15572－15573.

［45］姚桂瑩，孟艷玲，張建超，等.煉油污水廠生物強化處理中試研究［J］.四川環(huán)境，2011，30（6）：30－34.

［46］莊建全，羅江濤，吳波，等.油田含油污水生化處理系統(tǒng)快速啟動技術(shù)［J］.復(fù)雜油氣藏，2013，6（4）：77－80.

［47］陸繼來，程兵，任洪強，等.A／O－MBR同步脫氮除磷技術(shù)研究［J］.中國給水排水，2010，26（11）：68－70.

［48］Z.T.Yu，W.W.Mohn.Bioaugmentation with the Resin－acid－degrading Bacterium Zoogloea resiniphila DhA－35 to Counteract pH Stress in an Aerated Lagoon Treating Pulp and Paper Mill Effluent［J］.Water Research，2002，36（11）：793－801.，

［49］陸文忠.生物強化A／O工藝處理焦化廢水運行參數(shù)研究［J］.能源環(huán)境保護，2013，27（5）：14－17.

［50］S.V.Mohan，N.C.Raoa，P.N.Sarma.Low－biodegradable Composite Chemical Wastewater Treatment by Biofilm Configured Sequencing Batch Reactor（SBBR）［J］.Journal of Hazardous Materials，2007，144（1－2）：108－117.

［51］S.R.Guiot，K.Tawfiki－Hájji，F(xiàn).Lépine.Immobilization strategies for bioaugmentation of Anaerobic Reactors Treating Phenolic Compounds［J］.Water Science and Technology，2000，42（5－6）：245－250.

［52］C.Liu，X.Huang，H.Wang.Start－up of a Membrane Bioreactor Bioaugmented with Genetically Engineered Microorganism for Enhanced Treatment of Atrazine Containing Wastewater［J］.Desalination，2008，231（1－3）：12－19.

［53］周宗遠.2，4－二硝基氯苯（DNCB）催化鐵內(nèi)電解還原／生物強化集成處理技術(shù)研究 ［D］.南京：南京理工大學(xué)，2013.

［54］陳德業(yè)，陳藝韻，陸少鳴.常規(guī)處理工藝生物強化處理西江原水［J］.水處理技術(shù)，2011，37（3）：129－131.

［55］張新惠，郝日詩，王軍，等.萊特生物強化技術(shù)處理高濃度有機廢水的中試［J］.油氣田環(huán)境保護，2010，20（1）：37－40.

［56］E.M.TOP，D.Springael.The Role of Mobile Genetic Elements in Bacterial Adaptation to Xenobiotic Organic Compounds［J］. Current Opinion in Biotecnology，2003，（14）：262－269.

［57］劉鋼，丁偉，劉璇，等.生物強化技術(shù)在淀粉廢水處理中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2011，（30）.

［58］張清軍，張敏，王京秀，等.稠油污水原位升級達標(biāo)現(xiàn)場試驗研究［J］.化學(xué)與生物工程，2013，30（8）：63－66.

［59］劉明元，李曉霞，何業(yè)俊，等.村鎮(zhèn)污水原位生態(tài)修復(fù)示范工程及減排分析［J］.中國給水排水，2012，28（4）：49－52.

［60］李明堂，曹國軍.低溫富氮磷水體的生物強化修復(fù)模擬研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2013，（2）：8－11.

［61］李平.Phanerochaete sp.HSD的錳依賴性過氧化物酶產(chǎn)酶優(yōu)化及微菌絲球強化處理染料廢水 ［D］.新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2011.

［62］晁雷，邵雪，胡成，等.高鹽廢水處理工藝技術(shù)研究進展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（31）：19387－19389.

［63］丁煒.固定化微生物原位修復(fù)受污染飲用水源水研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2011.

［64］夏明山.環(huán)氧樹脂高鹽廢水生物強化處理研究 ［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2011.

［65］李明智，韋彥斐，梅榮武，等.強化生物硝化處理化工類氨氮廢水試驗研究［J］.工業(yè)水處理，2011，31（3）：60－63.

［66］管堂珍，王靜，徐曉軍，等.MEM菌生物強化厭氧－接觸氧化工藝處理天然橡膠廢水［J］.工業(yè)水處理，2013，33（12）：52－55.

A Review of Bioaugmentation Technique on Biological Pollution Control

JIANG Yue1，2，SUN Pei－Shi2，ZOU Ping2，WEIZhong－Hua2，BIXiao－Yi2，WANG Jie2，REN Hong－Qiang3，ZANG Yan3，WANG Yan－Ru3
（1.School of Ecology and Environment，Yunnan University，Kunming Yunnan 650091，China）

The bioaugmentation technique and its degradation theory were reviewed.The factors that impacted the inefficiency of this techniquewere analyzed aswell.Four kinds of bioaugmentation techniques covering putting special functional microorganism or common metabolizing material into the pollutant，stationary reinforcement technique，microorganism preparation，and bioaugmentation treatment technology were introduced in detail.The advances of this technique and the typical practices on the treatment ofwastewater and waste gaswere listed.The future research was put forward.

bioaugmentation technique；wastewater treatment；waste gas treatment；research；advance

X17

A

1673－9655（2015）02－0001－10

2014－09－25

國家自然科學(xué)基金資助項目（51278447、51168046、51008264、51268058）。

姜閱 （1989－），女，漢族，碩士研究生，主要從事生物法凈化工業(yè)廢氣方面研究。