焦化廢水處理微生物降解技術(shù)

焦化廢水的成分較為復(fù)雜，除了氨、氰、硫氰根等無機(jī)污染物外，還含有酚、油類、萘、吡啶、喹啉、蒽等雜環(huán)及多環(huán)芳香族化合物(PAHs)。焦化廢水是在煉焦、煤氣高溫干餾和凈化過程及化學(xué)產(chǎn)品精制過程中所產(chǎn)生的工業(yè)廢水。這些存在于水中的物質(zhì)，不僅毒性強(qiáng)、量大、降解速度慢，并且還可以在生物圈內(nèi)持續(xù)積累，因此焦化廢水的大量排放，不但對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時(shí)也直接威脅到人類。焦化廢水的處理，主要是去除有機(jī)物和氨氮，但是通過傳統(tǒng)活性的污泥法處理后的焦化廢水，很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)兩項(xiàng)指標(biāo)。為了提高CODCr及NH3-N的去除率，近年來人們從微生物及其工藝流程等方面進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作。這些研究工作主要集中于生化處理技術(shù)方向，而生化處理的本質(zhì)則是利用微生物來分解有機(jī)物，通過對微生物進(jìn)行篩選、馴化得到分解能力強(qiáng)、適應(yīng)能力高的細(xì)菌，以充分發(fā)揮出生化處理的優(yōu)勢。采用生物技術(shù)對焦化廢水進(jìn)行深度處理，已經(jīng)被公認(rèn)為焦化廢水中最經(jīng)濟(jì)、易操作且有效的方法。

1、厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝及其在焦化廢水中的應(yīng)用

荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)首創(chuàng)的生物脫氮新技術(shù)為日后厭氧氨氧化工藝的日趨完善奠定了基礎(chǔ)。這種工藝的優(yōu)勢正在于其反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)過程當(dāng)中的能量又可以被微生物生長所利用，并且這種工藝無需外加有機(jī)碳源，因此極大地節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。然而這種厭氧氨氧化細(xì)菌也有一些先天的缺陷，例如這種菌對環(huán)境較為敏感，活性也比較容易受氧抑制，并且生長緩慢，難以維持較高的生物濃度，導(dǎo)致反應(yīng)器啟動(dòng)周期較長。這些先天的缺陷導(dǎo)致了它在實(shí)際工程中的應(yīng)用收到了一定程度的限制。Toh等的研究表明，ANAMMOX菌對高濃度酚有耐受能力并且有潛力對實(shí)際焦化廢水有處理能力，這就為厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝在處理焦化廢水方面的深度研究及其實(shí)際應(yīng)用上奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

例如林琳等人在一定的實(shí)驗(yàn)條件下成功啟動(dòng)厭氧氨氧化反應(yīng)器，試圖采用厭氧氨氧化(ANAM-MOX)工藝處理焦化廢水。試驗(yàn)的結(jié)果證明系統(tǒng)中的NH+4-N和NO-2-N的去除率最高分別達(dá)86%和8%，TN去除率可達(dá)75%。不僅如此，ANAMMOX過程對好氧短程硝化工藝出水殘余低濃度酚類有機(jī)物有進(jìn)一步去除作用。

2、喹啉降解菌的篩選及其對焦化廢水強(qiáng)化處理

一些喹啉單元的化合物是一種能夠降低其他污染物降解效果的物質(zhì)，它的存在會(huì)對許多微生物有毒害或抑制作用。為了降解廢水中的喹啉，一些研究人員從工業(yè)廢水污泥煤和頁巖液化地等分離出來一種叫做喹啉降解菌的微生物，如紅球菌、脫硫桿菌、皮氏伯克霍爾德菌和假單胞菌等。他們對喹啉降解菌的喹啉生物降解動(dòng)力學(xué)和降解途徑進(jìn)行了深度研究，還有一些論文論證了喹啉降解菌在焦化廢水生物強(qiáng)化處理中的降解機(jī)制，結(jié)果表明喹啉降解菌對于強(qiáng)化降解廢水中的喹啉起到了積極的作用。

例如李靜等人以喹啉為目標(biāo)污染物，從焦化廠廢水處理工段活性污泥中分離出1株叢毛單胞菌科食酸菌屬(Acidovoraxsp.)菌株，這是一種能利用喹啉作為唯一碳源、氮源及能源的高效降解菌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將該菌與高效苯酚降解菌混合菌株用于焦化廢水的生物強(qiáng)化處理，在移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器運(yùn)行72h后，對焦化廢水COD的降解率達(dá)到87.4%。

徐偉超等人同樣以喹啉為唯一碳氮源，從某焦化廢水處理廠活性污泥中分離出1株喹啉降解菌(Ochrobactrumsp.)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣證明了表明，該菌對于喹啉有一定的降解效果，并且對于Cr(Ⅳ)有一定的耐受能力。此外，該喹啉降解菌能在實(shí)際好氧池焦化廢水環(huán)境中降解喹啉并提高COD去除率。

因此，喹啉降解菌的存在確實(shí)可以降解喹啉，并消除它們對于微生物的抑制作用。人們已經(jīng)可以從焦化廢水處理廠的活性污泥中分離出喹啉降解菌，實(shí)驗(yàn)證明了它們在強(qiáng)化焦化廢水的應(yīng)用上具有一定的生物潛力。

3、苯酚降解菌的篩選及其對焦化廢水強(qiáng)化處理

酚類物質(zhì)同樣是一種具有高毒性和致癌作用難降解物，含酚焦化廢水的排放或回用，不但對土壤和水體生態(tài)環(huán)境造成污染，而且嚴(yán)重危害人類的健康。所以，酚類物質(zhì)的去除對于焦化廢水的循環(huán)利用、清潔生產(chǎn)和降低環(huán)境污染具有重要意義。焦化廢水中苯酚類及其衍生物的降解率直接影響著焦化廢水COD能否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此酚類物質(zhì)的去除便成為焦化廢水處理的關(guān)鍵問題。然而分離鑒定出能夠有效降解苯酚的苯酚降解細(xì)菌，則是廢水中酚類物質(zhì)去除的重中之重。

例如張玉秀等人以苯酚為唯一碳源篩選純化出一株降解苯酚細(xì)菌，通過鑒定，他們所得到的菌株為紅球菌屬(Rhodococcussp.)細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，紅球菌可以在2d時(shí)間內(nèi)完全降解1/3焦化原水中的279.9mg/L酚類物質(zhì)?？吹贸黾t球菌是一種高效的苯酚降解菌，具有生物處理焦化廢水酚類物質(zhì)的潛力。

陳春等人為進(jìn)一步豐富降酚菌的微生物類型，采用不同培養(yǎng)基和菌種馴化方法，從焦化廢水廠活性污泥中分離篩選出4株苯酚降解菌，經(jīng)過鑒定，他們得到的4株苯酚降解菌分別為球桿菌屬Sphaerobacter、鮑曼不動(dòng)桿菌Acinetobacter baumannii、睪丸酮叢毛單胞菌Comamonas testosterone及Novosphingobium naphthalenivorans.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這4株降酚菌不僅具有較高的苯酚耐受力，同時(shí)他們對于苯酚的降解效率也比較高。

由此可見，人們已經(jīng)可以從分離鑒定出能夠有效降解苯酚的苯酚降解細(xì)菌，同時(shí)，降酚菌的微生物類型也日益豐富，為構(gòu)建高效的焦化廢水基因工程菌提供了微生物基礎(chǔ)。

4、結(jié)語

隨著《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)的頒布，國家對于廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛，只有對焦化廢水進(jìn)行深度處理，廢水排放才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外的許多研究人員在焦化廢水的處理技術(shù)方面進(jìn)行了許多全面且深層的研究與探索。由于微生物在降解焦化廢水中通常能夠自發(fā)進(jìn)行，易操作，并且運(yùn)行費(fèi)用，因此這項(xiàng)技術(shù)日益受到人們的關(guān)注。

在降解焦化廢水的微生物當(dāng)中，有三個(gè)菌種應(yīng)用較為廣泛，并且其降解效果較為顯著。其中，ANAMMOX菌對高濃度酚有耐受能力，并且對實(shí)際焦化廢水有處理能力;喹啉降解菌在強(qiáng)化降解廢水中的喹啉時(shí)，可以起到積極的降解作用;苯酚降解菌，具有生物處理焦化廢水酚類物質(zhì)的潛力，同時(shí)，隨著研究的深入，苯酚降解菌的微生物類型越來越豐富。

微生物在構(gòu)建高效的焦化廢水基因工程菌方面正扮演著越來越重要的角色。隨著具有針對性降解目標(biāo)的微生物類型的豐富，今后的研究方向是多種融合菌體協(xié)同降解及能夠協(xié)同降解的環(huán)境。同時(shí)，為了最大限度地提升焦化廢水的降解效果，還應(yīng)配有一定數(shù)量的能夠降低抑制微生物降解活性的菌體和增強(qiáng)微生物降解活性的工藝。(來源：山西省化工設(shè)計(jì)院)