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    生物強化技術

    一、生物強化技術的提出

    隨著現代合成工業的發展,大量異生化合物進入了工業廢水和城市污水中,由于其本身具有結構復雜性和生物陌生性,因此很難在短時間內被常規生物處理系統中的微生物分解氧化。為了解決高濃度、高毒性、難降解有機廢水的處理問題,國內外現代學者們提出了生物強化技術的概念。簡單的說生物強化技術就是指在生物處理系統中,通過投加具有特定功能的微生物、營養物或基質類似物,達到提高廢水處理效果的手段和方法

    二、 作用機制

    1、高效菌種的直接作用

    這種作用機制首先需要通過馴化、篩選、誘變和基因重組等生物技術手段得到1株以目標降解物質為主要碳源和能源的高效微生物菌種,再經培養繁殖后,投放到具有目標降解物質的廢水處理系統中。因此,當原處理系統中不含高效菌種時,如果投入一定量的高效菌種,則可有針對性地去除廢水中的目標降解物;當原處理系統中只存在少量高效菌種時,那么投加高效菌種后,可大大縮短微生物馴化所需要的時間。在水力停留時間不變的情況下,能達到較好的去除效果。

    2、微生物的共代謝作用

    所謂微生物的共代謝作用是指只有在初級能源物質存在時,才能進行的有機化物的生物降解過程。共代謝過程不僅包括微生物在正常生長代謝過程中對非生長基質的共同氧化,而且也包括了休止細胞對不可利用基質的氧化代謝。微生物的共代謝作用可分為: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以目標污染物的降解產物、前體作為酶的誘導物,提高酶的合成;③不同微生物之間的協同作用。

    共代謝雖然能提高難降解有機物的去除效果,但機理十分復雜,迄今有很多問題尚處于研究階段。 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系統中,投加生活污水可大大提高COD的去除率,其主要原因就是生活污水中含有多種營養元素,加強了生物的共代謝作用。

    三、實施途徑

    1、投加高效降解微生物

    該技術得以實施的前提是獲得能作用于目標降解物的高效菌株,從理論上講,對于天然合成的有機物,一般都能夠找到相應的降解菌株。某些降解菌在純培養體系中大多數都能表現出高活性,但在

    多菌株共存的生物處理系統中,投加純培養高效降解菌株(菌劑)后,能否起到強化生物處理作用,在實際生產中,尚難以預料。要使高效菌持續發揮作用還必須滿足下列條件:(1)投加后菌體具有的高活性不被破壞;(2)菌體可快速降解目標污染物;(3)在系統中(如曝氣池)不僅要具有競爭性生存的能力,而且生物量還應具有一定的水平。

    2、投加營養物和基質類似物

    由于大部分難降解有機物的降解是通過共代謝途徑進行的,在常規活性污泥系統中可降解目標污染物的微生物活性和數量都比較低。通過投加某些碳源和能源營養物質,或提供目標污染物降解過程中所需要的活性因子,將有助于降解菌的生長,改善處理系統的運行工況。投加基質類似物是由代謝酶的誘導作用提出的,即利用目標污染物的降解產物、前體作為酶的誘導物,提高酶的活性。在廢水處理中,誘導物(基質類似物)應滿足:①毒性小;②價格低廉且有多種用途;③在無富集基質(目標污染物)時,誘導物可維持富集培養物的生長特性與污染物降解動力學。

    3、投加遺傳工程菌

    按照傳統方法,要得到能降解目標污染物的高效菌種,至少需要1個月甚至幾個月的時間。基因工程的發展為人類快速獲得高效菌種提供了新方法。生物學發現微生物對污染物的降解性與其所帶的質粒有關。在廢水處理中,可利用降解性質粒的相容性,把能夠降解不同難降解物質的質粒組合到1個菌種中,組建1個多質粒的新菌種,這樣就能使1種微生物降解多種污染物質或完成降解過程的多個環節,或使非降解性的菌種帶上質粒從而獲得降解性。

    四、效果及評價

    1、提高目標污染物的去除效果

    生物增強作用比一般的廢水處理方法更能提高系統對BOD5CODTOC或某種特定難降解物的去除效果。

    2、改善污泥性能,減少污泥產量

    生物增強作用不僅可以有效地消除污泥膨脹,增強污泥沉降性能,而且可減少污泥產量,一般可使污泥容積降低17%30%。這不僅可改善出水水質,而且可減少污泥排放和污泥處理的能耗。

    3、縮短系統的啟動時間,增強耐沖擊負荷的能力和系統的穩定性

    投加一定量的高效菌種,增大處理系統中有效菌種的比率,可縮短系統的啟動時間,達到較高的快速處理效果,同時還可增強系統的耐沖擊負荷能力以及處理系統的穩定性。


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