生物强化是将本土的或外来的物种或基因工程菌应用于生物反应器以强化反应器对目标污染物的处理能力的方法，生物强化常被用于缩短反应器启动时间，增强反应器处理能力，保护现有微生物种群结构免予外界条件影响以及应对更大的污染物处理负荷等。
研究背景
为增强生物处理工艺对目标污染物的降解作用，于是产生了强化生物处理工艺。生物强化是将本土的或外来的物种或基因工程菌应用于生物反应器以强化反应器对目标污染物的处理能力的方法，生物强化常被用于缩短反应器启动时间，增强反应器处理能力，保护现有微生物种群结构免予外界条件影响以及应对更大的污染物处理负荷等。
生物强化技术的核心是高效降解菌的开发，目前筛选高效菌株的手段主要包括以下三种：
(1)从自然环境中筛选：利用常规的微生物手段，从被污染的环境中通过选择性培养基分离具有特定降解功能的微生物；
(2)通过将土著微生物长期的驯化，诱导微生物产生能够降解特定化合物的代谢途径和代谢酶，得到具有一定降解能力的微生物菌群：
(3)通过基因工程手段构建高效工程菌，改良或者提高微生物的降解性能。
高效菌在实际应用中主要有三种常用的菌体处理方式：直接投加特效降解微生物、固定化微生物、生物强化制剂。
(1)直接投加特效降解微生物
将筛选的特效微生物直接投加到废水中。对于一些难降解的有机物，通常添加甲烷、丙烷、甲苯等简单有机物，微生物在以其为原始底物降解后产生的氧化酶会改变目标污染物的结构，从而达到降解目标污染物的目的。
(2)固定化微生物
固定化技术是为了提高优势微生物的浓度，增加在生物处理器中的存留时间而将优势菌株固定封闭在特定的载体上，使菌体脱落少、活性高。固定化的方式主要有三种：交联法、载体结合法和包埋法。包埋法由于操作简单，对细胞活性影响小，细胞强度高，是目前应用最广泛的固定化方法。
(3)生物强化制剂
生物强化制剂是将筛选的高效细菌制成菌液制剂或将其附着在麦麸上制成干粉制剂。生物强化制剂具有很多优点：迅速提高生物处理系统中微生物的浓度，提高工作效率：操作简单方便，可以实时地处理污染物，节省能源。
生物强化的处理技术己在土壤修复中得到广泛的应用，对于制药废水中的应用研究仍然较少。对于化学合成类制药废水，合成过程中的生产原料、溶剂以及反应过程中的中间产物以及副产物，乃至最终的产品，其中大部分化学品为自然界中不存在的人造化合物，对于这些化合物，自然界中是否存在现有的微生物代谢途径仍然不得而知，因此需要首先确定污染物的生物可降解性。
国内外研究者也对多种抗生素类药物的生物可降解性进行了研究。Joss等对25种抗生素类药物的生物可降解性进行了研究，25种药物中仅有4种生物降解的去除率可以达到90%以上，而有17种药物去除率低于50%，根据微生物的降解速率，25种抗生素可分为三类：不可生物降解的、部分可降解的和易降解的。Prado等采用改进的Stumtst(OECD301-B)方法对四环素和泰乐菌素的生物可降解性进行了评价，结果显示两种药物均不具备生物可降解性。Perez等研究了3种氨基磺酸类抗生素（Sulfamethazine、Sulfamethoxazole和sulfathiazole)在活性污泥系统中的归趋，发现在为期I0d的处理过程中，3种抗生素去除率分别为50%、75%和93%。可见，不同种类的抗生素本身具有较大的可降解差异性。但是，生物处理过程中微生物是目标污染物降解的主体，目前的研究中，对特征污染物降解菌的识别以及生物学特性的研究仍然很少，污泥中是否存在降解该种污染物的微生物，是决定目标污染物在生物处理过程是否能够得到有效降解的关键，而目前的研究中很少将活性污泥微生物的种群特征与目标污染物的降解相结合，因此很多抗生素类污染物的生物可降解性以及降解途径仍需进一步明确。
目前，生物强化技术在制药废水处理中的应用仍处于摸索阶段。Saravanane等利用UASB反应器处理头孢氨苄制药废水，研究表明，当传统处理不能满足需要时，生物强化技术是一个较好的解决手段。Wang等将具有高效降解尼古丁功能的菌株Acinetobacter sp.TW投加到生物反应器中，并对其降解性能做了研究。研究表明，反应器COD稳定去除率为80%一90%，尼古丁去除率为98%。
材料与方法
(1)混合细菌平板分离
采用筛选固体培养基，高压灭菌后，在无菌操作台中，加入磷霉素使培养基中磷霉素最终浓度为200g/L,并充分摇匀。培养基倒入经高温灭菌的培养皿后，并倒置放于4℃保存，一个月内使用。取驯化完成的污泥10mL,在无菌操作台中采用无菌操作方式取200L用灭菌蒸馏水对污泥以10-1梯度稀释。单菌落经两代转代划线分离后对菌落形态进行观察。确定分离纯化的单菌落是否为单一菌种，继续划线分离至长出菌落为单一菌种。
(2)菌种鉴定
在无菌室中以无菌接种环挑取单一菌种加入50的水中，振摇。取上清液作PCR.PCR回收结果送至上海生工进行测序，测序结果在NCBI中比对。
(3)菌种降解实验
取250mL锥形瓶，培养液为MSM和一定浓度的磷霉素，利用NaOH和HCI调节pH.
①设置20%和30%两个不同接种量，在35℃、150rmin,pH=7.0,磷霉素浓度为50mg/L条件测定3株菌株降解特性。挑选降解效能较好的菌株。
②设置不同pH分别为5.0、7.0、9.0，在接种量20%、35℃、150r/min、磷霉素浓度为20mg/L条件下，每隔24h取样，测定磷霉素的降解。每个条件设置三个平行。
③设置不同温度分别为20℃、35℃、40℃，在接种量20%、pH=7.0、150rmin、磷霉素浓度为20g/L的条件下，每隔24h取样，测定磷霉素的降解。每个条件设置三个平行。
(4)不同降解基质耐受性试验
分别以10g/L的四环素、苯乙胺、邻苯二甲酸、3,5-二氯苯酚代替磷霉素配制平板，每个设置3个平行样品。挑取菌株F3的菌落，划线培养，在35℃恒温培养箱中培养，观察是否长出菌落。
应用
1.治理高浓度有机废水；
2.有毒、有害难降解污染物的治理；
3.脱氮除磷；
4.改善系统污泥特性，降低污泥产量；
5.强化废水中油脂的液化和降解；
6.江河湖泊等的水体修复；
7.地下水生物修复；
案例
据国外媒体报道，想象一个能像穆雷一样打网球，像霍金一样思考，还能活到150岁——看起来和感觉起来像是40岁的人。利用“生物强化”技术，我们或许会在不到一个世纪的时间内见到这种“超人”的诞生。这一论断来自研究技术对社会和文化冲击的迈克尔·贝斯（Michael Bess）教授，他认为技术必将在未来使人体变得更加强大。人体的
生物强化技术主要涉及三个学科，分别是药物学、
生物电子学和遗传学。这三个领域已经取得了相当可观的进展。
“通过药物学技术的应用，我们正学着控制自己的情绪，激发我们的生理和精神表现，提高我们的寿命和生命力，”贝斯教授说，“通过修复术、移植术和其他
生物电子学设备，我们不仅能治疗失明和瘫痪，而且能开始改装我们的身体，增强记忆力，并创造出与机器互动的全新方式。”“利用遗传学技术，我们不仅能治愈某些长期以来认为无法治疗的疾病，而且能用我们自己的双手开启真正的演化可能性——以一种彻底的方式重新设计人类的身体‘平台’和思想。”贝斯教授是
美国范德堡大学的历史学教授，同时也是《为超级人类让路》（Make Way for the Super Humans）一书的作者，他对
生物强化技术的发展有深入研究。“许多人可能会同时采用这几种生物增强技术，以提高他们的生理和思维能力，而且他们会以不同的程度和各种可能的组合来进行，从而造就出纷繁复杂的‘超人’类型，”贝斯教授说道。
贝斯教授还表示，未来的人类将无缝连接各种电脑和自动机器，而那些无法承担这类技术费用的人可能会面临显著的劣势。他说：“对于这种改造人的出现，我既感到兴奋，又感到恐惧。”贝斯教授坚信未来的生物强化技术将对人类能力有更大的影响，而不仅仅是在手臂上产生振动。“未来几十年里，这些技术将出现引人注目的发展，展现出巨大的潜力，”他说，“到2100年，一些人可能会以相当激进的方式来改造自己，从而获得远远超越高端人群的能力。”
斯教授还认为，这一趋势可能还有助于人类应对“机器人起义”等事件。“如果我们对机器人‘起义’的定义是出现具有人类智能水平的机器，它们不仅有自主意识，还能改进自己的硬件和软件，那我认为，我们真的需要非常警惕，”贝斯教授说，“我们还不知道这些先进的机器能不能被造出来，因为我们尚不清楚人类意识在身体、大脑和社会背景下是如何产生的。”
“然而，如果有朝一日克服了这些技术难题之后，拥有自主意识的机器人可能会给人类社会带来非常可怕的威胁，因为它们将会非常难以控制，它们的行为也很难预测。”