高效菌处理特殊行业难降解废水的研究进展

244范春华：高效菌处理特殊行业难降解废水的研究进展高效菌处理特殊行业难降解废水的研究进展范春华1，王煊军1，夏本立2，丛继信2（1．第二炮兵工程学院503室，陕西西安710025；2．总装备部后勤部防疫大队，北京100101）范春华：高效菌处理特殊行业难降解废水的研究进展摘要：石化、焦化、印染、火炸药、液体推进剂等行业产生的难降解废水已成为世界性的环境污染问题。这类废水的绿色无害化处理成为环保领域研究的热点和难点。高效菌能有效提高微生物法的处理效率，是生物处理方法的有效补充和强化。本文对近年来高效菌处理难降解废水中的发展和应用进行了综述，并展望了未来的发展方向。关键词：高效菌；生物降解；难降解废水；微生物引言随着石油化工、塑料、合成纤维、焦化、印染等行业的迅速发展，含有大量难生物降解污染物的废水也相应增多，这类难降解废水给环境造成了严重的污染，是目前国内外废水处理界公认的难题。这类废水的可生化性较低，五日生化需用量（BOD5）/化学需用量（COD）值一般在0.3以下，甚至更低，被微生物降解时速度很慢，分解也不彻底。这类废水含有的污染物主要包括酚类、卤代有机物、多环芳香族、硝基化合物、有机磷、有机汞、硫醚、杂环化合物等。这类污染物易在生物体内富集，且一般具有致畸、致突变、致癌作用，危害极大。微生物种类繁多数量庞大，代谢方式也多样化，几乎能降解自然界存在的所有有机物。1951年，GoegrJerries发表的专利，将干燥生物制剂投加于废水处理系统中，开启了高效菌在废水处理应用上的先河。如今高效菌技术已被广泛应用于各类污水是处理。1高效菌降解几类典型特殊行业废水1.1石化废水随着石油的大量开采和利用．石化工业迅速发展，同时也造成了严重的污染。石化废水排放量大，污染物组分复杂，除含有油、硫、酚、氰、盐等组分外，还含有各种有机物，如醇、醚、酮、醛、烃类、有机酸、油剂、高分子聚合物等，属典型的难降解废水。自然界中存在着很多能以石油或成品油为碳源和能源，能将其矿化的微生物。但自然条件下降解率低，周期长。通过驯化筛选高效菌可以有效提高降解效率。JesúsAntonioMorlett-Chávez等利用无铅汽油驯化的菌群降解石油中的BTEX，降解率达到95%。胡长庆等用优化的丝状真菌混合茵群降解被原油污染的海水，降解率达到66%。这为自然条件下生物修复被石油污染的环境提供了可能，同时也可应用于污水处理厂。杨丞磊等以柴油和石蜡混合物为碳源，利用液体培养基富集筛选出13株降解菌菌株，鉴定大部分为不动杆菌属和假单胞菌属，其中1株与活性污泥复配后能够有效提升SBR系统的生物处理能力，COD去除率达到90％以上。对石化生产废水中的苯、烃、酚等，高效菌也能将其降解。章剑丽等从活性污泥中分离出了能以甲苯、乙苯、二甲苯为唯一碳源的微生物菌株，对上述化合物的降解率都在70%以上，甲苯降解率更在90%以上。邓琦等从化工厂污水中分离出了能以葸、间苯二酚、邻氨基苯甲酸等多种芳香烃化合物为唯一碳源的降解菌，48h将500mg/L的苯酚完全降解。一些极端环境下，如低温、高盐度，通过筛选该条件下的降解菌，也能有效提高废水的降解效果。山丹等将高效低温苯胺降解菌JH-9添加到SBR反应器中，在12℃条件下苯胺去除率可达100%。王祖佑等从自然界中分离出3株高效耐盐菌，3%含盐量下处理进水COD为4100mg/L的高浓度石化废水,COD去除率都在80%以上。目前所筛选的石油降解微生物绝大多数是细菌和酵母菌，这类微生物对不良环境适应性差，且不易保存，少数其他微生物，如丝状杆菌，对条件要求苛刻，不易在石油污染现场使用。1.2焦化废水焦化废水是煤高温干馏、煤气净化、副产品回收与精制2011年第9期2011年9月化学工程与装备ChemicalEngineering&Equipment范春华：高效菌处理特殊行业难降解废水的研究进展245 过程中产生的混合废水，其组分复杂，含大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等多环和杂环类污染物，还含有氰、无机氟离子等，这些物质大多是强致癌物。目前处理焦化废水的主要方法是生化方法，但传统方法出水COD和氨氮浓度均很难直接达标，是当前焦化行业环保治理的难点。针对焦化废水的特点，通过在处理过程中投加高效菌，取得了很好的实验效果。张慧博等在活性污泥中投加5%以上高效菌，出水COD达到一级排放标准，氨氮浓度达到二级排放标准。梁磊等从焦化废水活性污泥中，分离纯化得一株优势硝化细菌，NH3-N的昀高去除率可达93.1%。焦化废水中含有的许多难降解的剧毒、致癌物质，如氰类、苯并[a]芘等。氰化物有剧毒，游离态存在的氰0.5~3.5mg就会使人、畜在很短的时间内中毒死亡。查清云等选用2株氰化高效降解菌种NGTD-3和XGCS-1构建复合菌种FHJ-1，加菌量为5mL，3d复合菌种FHJ-1对氰化物的降解率可达82.5%。刘强等从含氰活性污泥中筛选分离出降氰能力较强的菌群，经62h废水中氰化物由100mg/L降解到0.4mg/L。苯并[a]芘是一种强致癌物质，环境中很难降解。李艳秋等从土壤中筛选出了一株能以苯并[a]芘为唯一碳源的高效降解菌，42h对苯并[a]芘的降解率达到76.3%。这为含苯并[a]芘废水的降解提供了新的途径。1.3印染废水印染废水的主要来源是染色废水，其COD浓度高、可生化性差、色度深、水质变化大。废水中含有染料、助剂、表面活性剂等，80%以上为含偶氮键、多聚芳香环的复杂有机化合物，有毒、难降解，严重污染环境，威胁人类的健康。随着合成染料的大量使用，印染废水COD浓度由原来的数百上升到2000~3000mg/L，BOD5/COD则由原来的0.4~0.5下降到0.2左右，常规处理很难达标。Shen等向混凝沉淀SBR复合工艺系统中添加多菌种高效菌，生物强化处理COD约900mg/L印染废水，取得了理想的效果，废水中各项污染指标均达到排放标准，其中出水平均COD达到91mg/L。印染废水的脱色一直是废水处理的难题。周小玲等从曝气生物流化床中分离到1株有较强脱色能力的细菌，在实验室条件下，脱色率达90%以上。赵颖从印染厂的活性污泥中筛选分离出了1株卡布龙红R4染料脱色优势菌，96h脱色率可达到68.4％，同时能大大降低COD和BOD5的质量浓度。周元祥等从ABR反应器污泥中筛选到1株对溴氨酸脱色菌，400mg/L的溴氨酸，脱色率可达80％。范天黎等研究发现土曲霉M11灭活菌丝球能够在较宽的环境条件下吸附脱色结晶紫溶液，脱色迅速，6h脱色率可达90%。但实验发现单菌种所含的降解酶的种类不能满足废水中各种污染物降解所需，处理效率很快下降。杨清香等用实验室筛选的高效混合酵母菌菌群构建了与水解酸化和炉渣过滤装置进行工艺组合的小型中试酵母菌生物膜反应系统。该系统连续运行116d，COD、色度、SS去除率昀高分别达到91.2％、95.0%、96.4％，实现废水达标排放。高效菌技术的进一步深入，可通过提取酶来直接处理废水。朱林等以真菌5319漆酶粗酶液对2种蒽醌类和3种偶氮类纺织活性染料进行脱色，活性艳蓝X-BR和K-GR的脱色率能达到80%。1.4火炸药废水近年来，火炸药这一高能材料除了用于国防还越来越多地用于国民经济建设。火炸药废水排放量大，成分复杂，含有梯恩梯（TNT）、地恩梯（DNT）、黑索今（RDX）、奥克托今（HMX）、三硝基苯酚（TNP）等，这些物质都有很强的毒性，生化处理难度很大。传统物理法和化学法，工艺流程复杂，处理费用高，易造成二次污染。1991年SpanggordRJ等首次报道了能够以2,4-DNT作为唯一碳源氮源和能源的菌株Pseudomonassp．，人们开始研究利用高效微生物处理火炸药废水。Zheng等从被硝基苯污染的污泥中分离出能够在好氧条件下利用硝基苯作为唯一的碳源、氮源以及能量来源的红酵母菌Z1和藤黄微球菌Z3。它们均能将一定浓度的硝基苯完全降解，并且有很高的耐盐性，在5%的NaCl溶液中能将硝基苯有效降解。Shen等从被TNP污染的土壤中筛选得到一株高效降解菌NJUST16，经鉴定该菌株为红球菌属Rhodococcus。该菌在20~35℃内生长，pH7.0~7.5时，降解TNP的效果昀佳，降解效率随废水中TNP浓度的升高和盐分浓度的升高而逐渐降低。林玉满等从某化工厂废水排放地的土壤中分离到1株对TNT具有降解作用的细菌H1，经初步鉴定为奈瑟氏球菌属，TNT的去除率可达到98.2%。二硝基重氮酚（DDNP）是国内工业雷管应用昀普遍的起爆药，其生产废水对环境污染较为严重。陈寿兵等用驯化的白腐真菌处理经微电解处理的DDNP废水，出水COD达到国家二级排放标准，苯胺、硝基类化合物去除率达到99.9%。1.5液体推进剂废水液体推进剂是导弹和宇航事业发展的重要物质基础。肼、甲基肼、偏二甲肼都是性能优良的液体推进剂，目前我国使用的主要是偏二甲肼。偏二甲肼废水为难降解有毒废246范春华：高效菌处理特殊行业难降解废水的研究进展水，废水的成分复杂，主要污染物有二甲胺、偏腙、亚硝基二甲胺、二甲基二氮烯、四甲基四氮烯、乙醛二甲基腙等十几种组分，其中亚硝基二甲胺是强致癌物质。偏二甲肼废水的处理方法很多，活性炭吸附法、离子交换法、催化氧化法、低温等离子体处理技术等。但真正被运用到实际中去的很少，主要是由于这些方法或初次投入太大，或运行成本太高，或存在二次污染。1979年，美国的KaneD．A使用富集的细菌培养物来降解UDMH废水，UDMH降解率达到50%。这为液体推进剂废水的处理提供了新的途径。MacNaughton等曾提出活性污泥法处理肼类类的浓度必须严格控制在1mg/L以下，否则处理工艺失效，认为这种处理工艺不实用。但王力等和刘渊等用驯化的好氧活性污泥处理偏二甲肼废水，表明微生物降解偏二甲肼是可行的。张峰从城市废水处理厂活性污泥中驯化分离出偏二甲肼降解菌，环境pH值为7.2、温度为25℃、搅拌速度为80r/min条件下，当偏二甲肼初始浓度为10、20、30、40mg/L时，经过12个小时的降解后，体系中剩余偏二甲肼浓度基本接近0.055mg/L，远低于国家规定的偏二甲肼排放标准0.5mg/L。随着我国航天和国防事业的发展，推进剂废水的排放量会越来越多。通过驯化筛选降解推进剂废水的高效菌是实现这类废水低成本无害化处理很有希望的方法。2展望高效菌处理难降解废水是一项很有发展前途的废水处理技术，随着工业的发展，难降解废水的排放量和生物降解难度会越来越大。针对这些特点，高效菌技术在下面几个方面将得到进一步研究：（1）着重通过模拟现场条件，加强实际应用研究，真正将高效菌应用于实际。难降解污染物高效降解菌株的筛选、驯化已有大量研究，并取得了一些成果。但大多研究仍停留在实验室模拟阶段，脱离实际环境。（2）筛选具有广谱降解特性的微生物。目前所分离的降解菌株中，大多数以某种单化合物作为降解底物，而能够广谱降解同类化合物的微生物相对较少。（3）在实际废水处理过程中微生物之间存在着复杂的相互作用，既有对营养基质的竞争利用和代谢产物的抑制，也有基于生存需求的协同作用。通过筛选获得的高效降解微生物能否获得生存优势，另外这类微生物是否有致病性，能否与自然界生物共生，是否破坏了原有的生态平衡，都值得研究。参考文献[1]KalyaniDC,TelkeAA,DhanveRS,etal.Ecofriendlybiodegradationanddetoxificationofreactivered2textiledyebynewlyisolatedPseudomonassp.SUK1[J].HazardMater,2009,163:735-742.[2]杨健,章非娟,余志荣.有机工业废水处理理论与技术[M].北京:化学工业出版社,2004.[3]GhodakeG,JadhavS,DawkarV,etal.BiodegradationofdiazodyeDirectbrownMRbyAcinetobactercalcoaceticusNCIM2890[J].IntBiodeterBio