生物强化处理

从自然界筛选 高效菌种的步骤
选择环境 （水或土壤）
分离适应性菌株
选择特殊降解性菌株
选择高效菌株
接受突变剂进一步筛选 增强酶活性 增强胞外酶分泌 增强效应因子分子作用 降低阻碍分子作用
发酵培养单一菌株
摇瓶培养
发酵罐培养
富集基质和诱导物
有毒有害废水
菌剂 富集反应器
出水
剩余污泥 典型活性污泥工艺
富集反应器（ off-line enrich-reactor)
实验室
BTX 废水（苯、甲苯、升流式附着床 实验室
二甲苯）
结果 提高严寒天气中 BOD 去除率 提高 COD 去除率 防止污泥膨胀
降低污泥床层 显著降低 COD、BOD、洗涤剂、油 脂，减少发臭产生 脱氨率大幅度提高
加快系统启动 改善系统运行 提高苯酚去除率及系统稳定性 缩短启动时间
加快系统启动 提高降解速率 加快系统启动，提高污泥抗负荷冲击 能力 加快系统启动 提高降解效果 提高降解效果 显著提高 BTX 的去除率
• In other words, bioremediation deals with a finite project or area, while bioaugmentation involves working to improve a continuous process.
二、生物强化技术的作用机理及特点
• 对采用生物强化技术存在的争议 普遍存在 适者生存
Bioremediation and Bioaugmentation
• Bioremediation will be defined as the use of selected microorganisms to accomplish a biological cleanup of a specified contaminated area, such as soil or water.
作用机理
• 直接作用 • 共代谢作用 • 基因水平转移作用
应用特点
优点
操作简单，因地制宜，应用灵活 针对性强，见效快
• 缺点
系统中高效菌数量和活性不易控制
共代谢
• 就是对于一些有毒有害物质，微生物不能以其 为碳源和能源生长。但在其它基质存在下能够 改变这种有害物的化学结构使其降解。如以甲 烷、芳香烃、氨、异戊二烯和丙烯为主要基质 生长的一些菌可以产生一种氧合酶，这种酶可 以共代谢三氯乙烯(TCE)。
基因工程菌应用实例
• Burkholderia cepacia G4，在芳香族化合物
存在的条件下能够共代谢三氯乙烯(TCE)，但 降解中间产物会对该菌起毒害抑制作用。
• 通过Tn5插入产生Burkholderia cepacia G4
5223-PR1，能够从结构上表达降解TCE的邻 甲苯单氧合酶，因此在没有诱导物（如芳香族 化合物）的情况下也可降解TCE（Winkler et al., 1995）。
生物强化作用机理
如何实现生物强化技术？
1 .高效菌种的培育
– 从自然界筛选 – 构建基因工程菌
2 .高效菌种在投加系统内的保持及活力表达
– 原生动物捕食，水力流失，有毒有害物质抑制， DO，pH
– 微生物检测技术
3 .对目标物的有效去除或对某方面性能的改善
三、生物强化菌剂的来源
从自然界筛选 构建基因工程菌 直接购买商业菌剂
Groundwater bioremediation
Ground water bioremediation
Plumber best friend
BioOne
Before bioaugmentation
A Daphnia species
Actual size -2mm.
After bioaugmentation
• 高浓度有机废水； • 有毒、有害难降解污染物的治理； • 脱氮除磷； • 改善系统污泥特性，降低污泥产量； • 强化废水中油脂的液化和降解 • 江河湖泊等的水体修复 • 地下水生物修复
生物强化技术在水污染治理中的应用实例
废水类型 轴承厂废水 牛奶加工废水
城市废水 洗衣及厨房废水
化工厂含氨废水
苯酚废水
生物强化技术在 水污染治理中的应用效果评价
• Bioaugmentation will be defined as the application of selected microorganisms to enhance the microbial populations of an operating waste treatment facility to improve water quality or lower operating costs.
操作系统 滴滤池 延时曝气 曝气塘 氧化沟 氧化塘 滴滤池
规模 全规模 全规模
全规模 全规模
普通活性污泥 全规模 法 SBR 稳态 实验室 SBR 非稳态 SBR
3-氯苯甲酸酯废水 （3CB） 含磷废水
SBR SBR
SBR
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ实验室 实验室
五氯酚(PCP)废水 UASB
实验室
对氯酚废水(4-CP) 恒化器
商业菌剂
• 形态
– 干化和液态
• 组成
– 自养、异养和兼性菌
• 选择注意事项
(1)在较低或较高温度下生长的能 力;
(2) 抵抗高浓度污染物的能力 (3)抗重金属的能力 (4) 在较宽泛的环境和介质中生
存的能 (5)产生生物表面活性剂，更利于
与污染物接触。
四、生物强化技术在 水污染治理中的应用现状
获得特定的 目标基因
核酸内切酶切割
目标基因片断
载体（质粒或病毒）
核酸内切酶切割
质粒DNA片断
基因工程菌 构建过程
细胞外重组
重组DNA
转化（质粒）、转导或 转染（病毒）
重组DNA进入受体 细胞内扩增并表达
利用遗传标记筛选
具目标基因表达 功能的重组体
Gene cloning and Expression using Plasmid pBR322
一、生物强化技术产生背景
• 两个基本概念
Bioaugmentation：生物强化，生物增强，投菌法 Bioremediation：生物修复，生物整治
• 产生背景 二十世纪七十年代中期
Superbugs rescue waste plant. (Anon, 1977, Chemical Week)