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焦化廢水處理微生物降解技術

       焦化廢水的成分較為復雜，除了氨、氰、硫氰根等無機污染物外，還含有酚、油類、萘、吡啶、喹啉、蒽等雜環及多環芳香族化合物(PAHs)。焦化廢水是在煉焦、煤氣高溫干餾和凈化過程及化學產品精制過程中所產生的工業廢水。這些存在于水中的物質，不僅毒性強、量大、降解速度慢，并且還可以在生物圈內持續積累，因此焦化廢水的大量排放，不但對環境造成嚴重污染，同時也直接威脅到人類。焦化廢水的處理，主要是去除有機物和氨氮，但是通過傳統活性的污泥法處理后的焦化廢水，很難達到排放標準，特別是ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)兩項指標。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行了大量的研究開發工作。這些研究工作主要集中于生化處理技術方向，而生化處理的本質則是利用微生物來分解有機物，通過對微生物進行篩選、馴化得到分解能力強、適應能力高的細菌，以充分發揮出生化處理的優勢。采用生物技術對焦化廢水進行深度處理，已經被公認為焦化廢水中最經濟、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用

       荷蘭Delft技術大學首創的生物脫氮新技術為日后厭氧氨氧化工藝的日趨完善奠定了基礎。這種工藝的優勢正在于其反應可以自發進行，反應過程當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碳源，因此極大地節省了運行費用。然而這種厭氧氨氧化細菌也有一些先天的缺陷，例如這種菌對環境較為敏感，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，導致反應器啟動周期較長。這些先天的缺陷導致了它在實際工程中的應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際應用上奠定了一定的理論基礎。

       例如在一定的實驗條件下成功啟動厭氧氨氧化反應器，試圖采用厭氧氨氧化(ANAM-MOX)工藝處理焦化廢水。試驗的結果證明系統中的NH+4-N和NO-2-N的去除率最高分別達86%和8%，TN去除率可達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物有進一步去除作用。

       2、喹啉降解菌的篩選及其對焦化廢水強化處理

       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，它的存在會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力學和降解途徑進行了深度研究，還有一些論文論證了喹啉降解菌在焦化廢水生物強化處理中的降解機制，結果表明喹啉降解菌對于強化降解廢水中的喹啉起到了積極的作用。

       例如以喹啉為目標污染物，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。實驗結果表明，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化處理，在移動床生物膜反應器運行72h后，對焦化廢水COD的降解率達到87.4%。

       另有實驗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.)。實驗結果同樣證明了表明，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際好氧池焦化廢水環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，實驗證明了它們在強化焦化廢水的應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化處理

       酚類物質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環境造成污染，而且嚴重危害人類的健康。所以，酚類物質的去除對于焦化廢水的循環利用、清潔生產和降低環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能否達到排放標準，因此酚類物質的去除便成為焦化廢水處理的關鍵問題。然而分離鑒定出能夠有效降解苯酚的苯酚降解細菌，則是廢水中酚類物質去除的重中之重。

       例如實驗以苯酚為唯一碳源篩選純化出一株降解苯酚細菌，通過鑒定，他們所得到的菌株為紅球菌屬(Rhodococcussp.)細菌。實驗結果表明，紅球菌可以在2d時間內完全降解1/3焦化原水中的279.9mg/L酚類物質?？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的潛力。

       為進一步豐富降酚菌的微生物類型，采用不同培養基和菌種馴化方法，從焦化廢水廠活性污泥中分離篩選出4株苯酚降解菌，經過鑒定，得到的4株苯酚降解菌分別為球桿菌屬Sphaerobacter、鮑曼不動桿菌Acinetobacter baumannii、睪丸酮叢毛單胞菌Comamonas testosterone及Novosphingobium naphthalenivorans.實驗結果表明，這4株降酚菌不僅具有較高的苯酚耐受力，同時他們對于苯酚的降解效率也比較高。

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

       4、結語

       隨著《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171-2012)的頒布，國家對于廢水的排放標準日益嚴苛，只有對焦化廢水進行深度處理，廢水排放才能達到標準。國內外的許多研究人員在焦化廢水的處理技術方面進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進行，易操作，并且運行費用，因此這項技術日益受到人們的關注。

       在降解焦化廢水的微生物當中，有三個菌種應用較為廣泛，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，并且對實際焦化廢水有處理能力;喹啉降解菌在強化降解廢水中的喹啉時，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的潛力，同時，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的微生物類型的豐富，今后的研究方向是多種融合菌體協同降解及能夠協同降解的環境。同時，為了最大限度地提升焦化廢水的降解效果，還應配有一定數量的能夠降低抑制微生物降解活性的菌體和增強微生物降解活性的工藝。

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