难降解废水的生物强化处理技术应用前景

    关键词:难降解废水;生物强化技术;生物处理

    传统生物处理技术在难降解废水中有一定的应用，但都存在很大的局限性，生物强化技术具有针对性强、应用灵活、效率高等特点，在该领域成为研究热点。

    1生物强化技术

    生物强化技术就是为了提高废水处理系统的处理能力而向该系统中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种，以去除某一种或某一类有害物质的方法。它通过向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物来增加生物量，以强化对某一特定环境或特殊污染物的去除作用。投人的菌种与基质之间的作用主要有直接作用和共代谢作用。

    ①直接作用。即通过驯化、筛选、诱变、基因重组等技术得到一株以目标降解物质为主要碳源和能源的微生物，并将该菌种投入处理系统以去除目的物。目前投加的高效菌株主要是通过质粒育种和基因工程构建。

    a.质粒育种。即将两种或多种微生物通过细胞结合或融合技术，使供体菌的质粒转移到受体菌体内，使受体菌保留自身功能质粒，同时获得供体菌的功能质粒，即培育出具有两种功能质粒的新品种，这已在环境工程中获得初步研究成果:Chakrabarty等将嗜油假单胞菌体内有降解辛烷、乙烷、癸烷功能的OCT质粒和抗汞质粒MER同时转移到对汞(20mg/L)敏感的恶臭假单胞菌体内，使其转变成能抗50一70mg/L的汞且能高效分解辛烷的解烷抗汞质粒菌。把降解芳烃、菇烃、多环芳烃的质粒转移到能降解脂烃的假单胞菌体内，结果得到了可同时降解4种烃类的超级菌，它能把原油中约2/3的烃消耗掉。自然菌种要花一年多才能将海上浮油分解完全，而超级细菌只要几小时就分解完全。将分别含有降解偶氮染料质粒的编号为K24和K,6的两株假单胞菌通过质粒转移技术可培育出兼有分解两种偶氮染料功能的脱色工程菌。Q5T工程菌是将嗜温的Pseudomonasputdapawl和嗜冷的Q5菌株融合，使前者体内降解甲苯、二甲苯的TOL质粒转移人Q5菌株体内构建而成，该菌在0℃仍能正常利用浓度为1000mg/L的甲苯作碳源，这对寒冷地区的废水生物处理很有意义。

    b.利用基因工程构建。基因工程是指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接，是用人工方法把所需要的某一供体生物的DNA提取出来，在离体的条件下用限制性内切酶将离体DNA切割成带有目的基因的DNA片段，每一片段平均长度有几千个核昔酸，用DNA连接酶把它和质粒(载体)的DNA分子在体外连接成重组DNA分子，然后将重组体导人某一受体细胞中，以便外来的遗传物质在其中进行复制扩增和表达，而后进行重组体克隆筛选和鉴定，最后对外源基因表达产物进行分离提纯，从而获得新品种。

    现在，利用基因工程获得了分解多种有毒物质的新型菌种。例如:A.Khan等从P.putdaOV83分离出3一苯儿茶酚双加氧酶基因，将它与pCP13质粒连接后转人E.coli中表达。另外，将降解氯化芳香化合物的基因和降解甲基芳香化合物的基因分别切割下来组合在一起构建成工程菌，使它同时具有降解上述两种物质的功能。McClure用4L曝气池装置考察体内含有降解3一氯苯甲酸酪质粒pD10的基因工程菌的存活时间和代谢活性，工程菌浓度为4x106个/L，存活时间达56d以上。此外，还获得了含有快速降解几丁质、果胶、纤维二糖、淀粉和竣甲基纤维素等质粒的大肠杆菌。

摘要:详细介绍了生物强化技术的作用机理以及国内外利用该技术处理难降解废水的研究与应用现状。生物强化技术具有针对性强、应用灵活、效率高等优点，在难降解废水治理领域有着广泛的应用前景。    

    关键词:难降解废水;生物强化技术;生物处理

    传统生物处理技术在难降解废水中有一定的应用，但都存在很大的局限性，生物强化技术具有针对性强、应用灵活、效率高等特点，在该领域成为研究热点。

    1生物强化技术

    生物强化技术就是为了提高废水处理系统的处理能力而向该系统中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种，以去除某一种或某一类有害物质的方法。它通过向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物来增加生物量，以强化对某一特定环境或特殊污染物的去除作用。投人的菌种与基质之间的作用主要有直接作用和共代谢作用。

    ①直接作用。即通过驯化、筛选、诱变、基因重组等技术得到一株以目标降解物质为主要碳源和能源的微生物，并将该菌种投入处理系统以去除目的物。目前投加的高效菌株主要是通过质粒育种和基因工程构建。

    a.质粒育种。即将两种或多种微生物通过细胞结合或融合技术，使供体菌的质粒转移到受体菌体内，使受体菌保留自身功能质粒，同时获得供体菌的功能质粒，即培育出具有两种功能质粒的新品种，这已在环境工程中获得初步研究成果:Chakrabarty等将嗜油假单胞菌体内有降解辛烷、乙烷、癸烷功能的OCT质粒和抗汞质粒MER同时转移到对汞(20mg/L)敏感的恶臭假单胞菌体内，使其转变成能抗50一70mg/L的汞且能高效分解辛烷的解烷抗汞质粒菌。把降解芳烃、菇烃、多环芳烃的质粒转移到能降解脂烃的假单胞菌体内，结果得到了可同时降解4种烃类的超级菌，它能把原油中约2/3的烃消耗掉。自然菌种要花一年多才能将海上浮油分解完全，而超级细菌只要几小时就分解完全。将分别含有降解偶氮染料质粒的编号为K24和K,6的两株假单胞菌通过质粒转移技术可培育出兼有分解两种偶氮染料功能的脱色工程菌。Q5T工程菌是将嗜温的Pseudomonasputdapawl和嗜冷的Q5菌株融合，使前者体内降解甲苯、二甲苯的TOL质粒转移人Q5菌株体内构建而成，该菌在0℃仍能正常利用浓度为1000mg/L的甲苯作碳源，这对寒冷地区的废水生物处理很有意义。

    b.利用基因工程构建。基因工程是指在基因水平上的遗传工程，又叫基因剪接，是用人工方法把所需要的某一供体生物的DNA提取出来，在离体的条件下用限制性内切酶将离体DNA切割成带有目的基因的DNA片段，每一片段平均长度有几千个核昔酸，用DNA连接酶把它和质粒(载体)的DNA分子在体外连接成重组DNA分子，然后将重组体导人某一受体细胞中，以便外来的遗传物质在其中进行复制扩增和表达，而后进行重组体克隆筛选和鉴定，最后对外源基因表达产物进行分离提纯，从而获得新品种。

    现在，利用基因工程获得了分解多种有毒物质的新型菌种。例如:A.Khan等从P.putdaOV83分离出3一苯儿茶酚双加氧酶基因，将它与pCP13质粒连接后转人E.coli中表达。另外，将降解氯化芳香化合物的基因和降解甲基芳香化合物的基因分别切割下来组合在一起构建成工程菌，使它同时具有降解上述两种物质的功能。McClure用4L曝气池装置考察体内含有降解3一氯苯甲酸酪质粒pD10的基因工程菌的存活时间和代谢活性，工程菌浓度为4x106个/L，存活时间达56d以上。此外，还获得了含有快速降解几丁质、果胶、纤维二糖、淀粉和竣甲基纤维素等质粒的大肠杆菌。

3结语

    微生物技术与废水处理技术的融合开辟了一条新途径—生物强化技术，它具有针对性强、应用灵活、效率高等诸多特点，在难降解废水治理中应具有广阔的应用前景。