生物強(qiáng)化技術(shù)是通過向生化系統(tǒng)中投加專效微生物，強(qiáng)化去除某一種或某一類目標(biāo)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(jī)物為食物來源，導(dǎo)致生物強(qiáng)化過程中所投加的專效菌種種群消失，進(jìn)而導(dǎo)致生物強(qiáng)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(qiáng)化菌株對目標(biāo)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)化菌株和活性污泥來源

生物強(qiáng)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(jìn)水5 L（不裝填料）。投加對甲苯胺降解菌的反應(yīng)器為強(qiáng)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(yùn)行，每周期8 h，進(jìn)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(qiáng)化菌株對污泥沉降性能的影響

SV30隨反應(yīng)器運(yùn)行時間的變化如圖2 所示。

由圖2 可見，在反應(yīng)器運(yùn)行的第1~11天中，兩組反應(yīng)器SV30呈上升趨勢，強(qiáng)化組的SV30始終高于對照組。11 d 后，強(qiáng)化組的SV30低于對照組。在第25~31 天時，強(qiáng)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(qiáng)化組中由于強(qiáng)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(qiáng)化組沉降性能略低于對照組。在反應(yīng)器運(yùn)行一段時間后，專效菌株的投加促進(jìn)了細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變〔3〕，強(qiáng)化組系統(tǒng)內(nèi)除原有活性污泥細(xì)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)酸引起pH 的下降。而強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)化對電導(dǎo)率和TDS 的影響

對照組與強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)水成分中，多數(shù)物質(zhì)為離子型化合物及無機(jī)鹽離子，在反應(yīng)器運(yùn)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(jī)物減少，從而使電導(dǎo)率和TDS 不斷下降。

對比圖3 中強(qiáng)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(qiáng)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(jī)物及一些不溶性微粒。而相對于對照組，強(qiáng)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(jī)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(jìn)行代謝，即間位和鄰位代謝途徑〔8〕。

2.4 生物強(qiáng)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(biāo)污染物去除影響的機(jī)制，分別對強(qiáng)化組和對照組對COD 和對甲苯胺的去除作用進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(dá)到71%，隨后反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)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(qiáng)化組僅在前5 d 的運(yùn)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(jī)物蔗糖存在條件下，寡養(yǎng)單胞菌AT1-3 對目標(biāo)污染物對甲苯胺能夠進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)化技術(shù)能夠高效去除目標(biāo)污染物，優(yōu)化系統(tǒng)菌群結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)功能穩(wěn)定性等功能。具體參見http://www.northcarolinalenders.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(biāo)污染物的專效降解，起到較強(qiáng)的生物強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)物存在下，能專效降解目標(biāo)污染物。且在運(yùn)行的近百個周期中，對目標(biāo)污染物的降解效果保持穩(wěn)定。