生物強化技術(shù)是通過向生化系統(tǒng)中投加專效微生物，強化去除某一種或某一類目標污染物的技術(shù)〔1〕。由于實際工業(yè)廢水中微生物之間存在種群競爭，以及微生物優(yōu)先選擇易降解有機物為食物來源，導(dǎo)致生物強化過程中所投加的專效菌種種群消失，進而導(dǎo)致生物強化在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用距離實際工程應(yīng)用還有很大一段距離〔2〕。因此，筆者研究在易降解基質(zhì)存在下，投加生物強化菌株對目標污染物的降解特性具有實際意義。

對甲苯胺相對蔗糖是一種較難被微生物降解的物質(zhì)。筆者研究通過對甲苯胺降解菌（Stenotrophomonassp. AT1-3）的投加，考察在高濃度易降解有機物蔗糖共存條件下對甲苯胺專效降解菌的降解選擇性及穩(wěn)定性，以及對活性污泥的影響，旨在為生物強化技術(shù)在此類混合廢水的實際應(yīng)用中提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 生物強化菌株和活性污泥來源

生物強化菌株為實驗室篩選分離得到的對甲苯胺降解菌AT1-3，經(jīng)16SrRNA 分析鑒定為寡養(yǎng)單胞菌Stenotrophomonas sp.；試驗所用活性污泥來自學(xué)校中水處理站的曝氣池。

1.2 反應(yīng)器

試驗裝置如圖1 所示。序批式反應(yīng)器直徑為20 cm，高為30 cm，有效體積8 L，接種活性污泥2 L，每周期進水5 L（不裝填料）。投加對甲苯胺降解菌的反應(yīng)器為強化反應(yīng)器，不投加對甲苯胺降解菌的反應(yīng)器為對照反應(yīng)器。兩個反應(yīng)器均在室溫下運行，每周期8 h，進水1 min，反應(yīng)時間6 h，出水0.5 h，靜置1.5 h。反應(yīng)時控制溶解氧為2~4 mg/L。

1.3 分析方法與儀器

分析方法：COD 采用可見分光光度法600 nm 處測定，對甲苯胺采用紫外分光光度法225 nm 處測定。

試驗儀器：雷磁571-1 型COD消解裝置（上海雷磁儀器廠），722S 可見分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司），752N 紫外分光光度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司），DZS-707 水質(zhì)多參數(shù)分析儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物強化菌株對污泥沉降性能的影響

SV30隨反應(yīng)器運行時間的變化如圖2 所示。

由圖2 可見，在反應(yīng)器運行的第1~11天中，兩組反應(yīng)器SV30呈上升趨勢，強化組的SV30始終高于對照組。11 d 后，強化組的SV30低于對照組。在第25~31 天時，強化組的SV30有明顯下降，靜置沉淀時泥水分界線明顯，并出現(xiàn)淡黃色小顆粒狀污泥。

在反應(yīng)器啟動初期，反應(yīng)器中微生物增殖迅速，活性污泥質(zhì)地松散，沉降性能不佳。強化組中由于強化菌株的投加，反應(yīng)器中微生物菌群處于調(diào)整過程，因此導(dǎo)致強化組沉降性能略低于對照組。在反應(yīng)器運行一段時間后，專效菌株的投加促進了細菌群落結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變〔3〕，強化組系統(tǒng)內(nèi)除原有活性污泥細菌外，寡養(yǎng)單胞菌AT1-3 也適應(yīng)了環(huán)境，并能穩(wěn)定降解對甲苯胺，使得反應(yīng)器中微生物生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，因此活性污泥的沉降性能改善〔4〕。

2.2 生物強化對pH 的影響

隨著反應(yīng)周期內(nèi)對甲苯胺的降解，反應(yīng)器內(nèi)pH呈下降的趨勢，具體變化情況如表2 所示。

由表2 可見，強化組的pH 下降速率和下降幅度都顯著大于對照組。這是由于鄰位開環(huán)途徑廣泛存在于芳烴類化合物（苯胺、苯甲酸、苯酚等）的微生物降解中〔5〕，該代謝途徑可產(chǎn)生有機酸引起pH 的下降。而強化組中投加的寡養(yǎng)單胞菌AT1-3 可有效提高對甲苯胺的降解速率。因此強化組的pH 下降速率和下降幅度顯著大于對照組。

2.3 生物強化對電導(dǎo)率和TDS 的影響

對照組與強化組一個周期內(nèi)電導(dǎo)率和TDS 的變化如圖3 所示。

由圖3 可見，對照組（強化組）的電導(dǎo)率和TDS在反應(yīng)周期內(nèi)都呈下降趨勢，并且下降速率和下降幅度總體相似。這是因為電導(dǎo)率和TDS 具有一定的對應(yīng)關(guān)系，電導(dǎo)率間接反映了水中溶解鹽的含量〔6〕。由于進水成分中，多數(shù)物質(zhì)為離子型化合物及無機鹽離子，在反應(yīng)器運行中不斷被微生物分解或吸收利用，導(dǎo)致溶液中總的可溶性鹽類和有機物減少，從而使電導(dǎo)率和TDS 不斷下降。

對比圖3 中強化組的電導(dǎo)率和TDS 可見，在3.5~5.0 h 有一個平臺區(qū)，TDS 的這一平臺區(qū)表現(xiàn)的更為顯著，隨后電導(dǎo)率和TDS 又急劇下降。強化組電導(dǎo)率和TDS 平臺區(qū)的差異，是因為TDS 除包括不易揮發(fā)的可溶性鹽類，還包括有機物及一些不溶性微粒。而相對于對照組，強化組平臺區(qū)的出現(xiàn)是由于寡養(yǎng)單胞菌AT1-3 在降解對甲苯胺的過程中存在抑制效應(yīng)，因為不同微生物對苯胺類化合物廢水的降解機理表現(xiàn)具有明顯的差異〔7〕，其中在好氧條件下，苯胺類化合物可以通過兩種途徑進行代謝，即間位和鄰位代謝途徑〔8〕。

2.4 生物強化對COD 和對甲苯胺降解效果的影響

為深入分析易降解基質(zhì)存在對目標污染物去除影響的機制，分別對強化組和對照組對COD 和對甲苯胺的去除作用進行了研究，結(jié)果如圖4、圖5 所示。

由圖4 可見，對照組中的微生物開始逐漸對COD 進行降解，出水COD 維持在66 mg/L 左右，去除率整體維持在72%~81%。強化組由于有專效菌種的投加，其比對照組啟動快，前5 d 的COD 去除率呈線性增長，出水COD 從255 mg/L 下降到72 mg/L，去除率可達到71%，隨后反應(yīng)器穩(wěn)定運行，出水COD維持在60 mg/L 左右，其出水COD 略低于對照組。

由圖5 可見，對照組出水中對甲苯胺濃度逐漸降低，對甲苯胺的去除率總體呈上升趨勢，最終去除率為40%。而強化組僅在前5 d 的運行中，對甲苯胺的去除率就從20%上升至70%，明顯高于對照組，且在試驗近百個周期內(nèi)效果保持穩(wěn)定。

筆者試驗結(jié)果表明，在易降解有機物蔗糖存在條件下，寡養(yǎng)單胞菌AT1-3 對目標污染物對甲苯胺能夠進行選擇性降解。分析原因為：反應(yīng)器中固有菌對對甲苯胺的降解能力比較差，且對甲苯胺對其具有一定抑制作用。而強化菌株寡養(yǎng)單胞菌AT1-3 經(jīng)長期馴化培養(yǎng)，對對甲苯胺的降解具有穩(wěn)定性，故其仍能高效降解對甲苯胺。李久安等〔9〕也指出生物強化技術(shù)能夠高效去除目標污染物，優(yōu)化系統(tǒng)菌群結(jié)構(gòu)和增強功能穩(wěn)定性等功能。具體參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

綜上所述，專效菌株寡養(yǎng)單胞菌AT1-3 的投加能夠?qū)崿F(xiàn)對目標污染物的專效降解，起到較強的生物強化效果且該菌株在降解過程中性能穩(wěn)定，具有種群競爭優(yōu)勢。

3 結(jié)論

（1）寡養(yǎng)單胞菌AT1-3 被引入生物反應(yīng)器可改善活性污泥沉降性能。（2）強化組的pH 下降速率及下降幅度都顯著大于對照組。（3）對照組和強化組的電導(dǎo)率和TDS 在反應(yīng)周期內(nèi)都呈下降趨勢，并且下降速率和下降幅度總體相似，這說明電導(dǎo)率和TDS之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系。（4）投加專效菌AT1-3能加速反應(yīng)器的啟動，在易降解有機物存在下，能專效降解目標污染物。且在運行的近百個周期中，對目標污染物的降解效果保持穩(wěn)定。