優勢菌技術在難降解有機廢水處理中的應用

王 瑞 ，潘獻曉，張逸飛

（1.南京科技職業學院，江蘇 南京 210048；2.河海大學 環境學院，江蘇 南京 210098）

難降解有機廢水的處理是水處理領域中的難點與熱點之一。對于各類難降解工業廢水，國內外研究主要集中在印染廢水、石化廢水、焦化廢水、制藥廢水及化工廢水等的處理。這類廢水共同特性是污染物濃度高、可生化性差、毒性大、水質變化大，且具有明顯的致癌、致畸、致突變“三致”作用。傳統的生物處理技術處理此類廢水時，廢水中有毒、有害物質會抑制微生物的生長而導致微生物中毒，導致處理效果差、出水水質不達標等。難降解有機廢水通常是針對某特定廢水的水質特征對微生物進行馴化培養[1]或基因改造[2]，并在此基礎上對處理工藝進行改良。優勢菌技術即是將某一種或幾種特定的微生物菌群投到某一反應器中，使其在數量或質量上形成優勢菌群，從而達到提高處理能力和處理效果的目的[3]。

1 制藥廢水

制藥工業具有原料成分復雜、生產過程多樣、產品種類繁多等特點。制藥過程中產生的廢水污染物含量高、毒性大、色度高、可生化降解性差、水質水量變化大，是難處理工業廢水之一[4]。利用優勢菌技術處理這類廢水可達到良好的處理效果。劉燕群等[5]對氯霉素廢水進行優勢菌的篩選、分離和馴化，得到黃桿菌屬、產堿桿菌屬、假單胞菌屬和棒桿菌屬4個屬的優勢菌，將優勢菌制成混合菌液處理氯霉素廢水，12 h降解率達91%。王俊峰等[6]從抗生素廢水處理的活性污泥中分離出1株抗生素高效降解菌 NG3（不動桿菌屬），經發酵優化后其COD去除率達89.5%。付歡等[7]從哈爾濱制藥總廠的青霉素發酵藥渣中富集篩選出6株青霉素耐受菌，經馴化分離后得到1株青霉素高效降解菌（洋蔥伯克霍爾德菌屬），該優勢菌在外加碳氮源后青霉素降解率可達99.98%。以上研究可知，利用馴化分離的制藥廢水優勢菌能有效地降解制藥廢水中難降解有機物，廢水有機物去除率顯著提高。

2 焦化廢水

焦化廢水是指煉焦過程中經過高溫干餾、煤氣凈化和副產品回收等過程產生的一類成分復雜的高濃度工業有機廢水[8]。焦化廢水成分復雜，水質因煤質不同、產品不同和生產工藝不同而異。焦化廢水中的主要有機成分是酚類，其他有機成分有多環烴（PAHs）和一些含氮、氧和硫的雜環化合物，無機組分主要包括氰化物、硫氰化物和氨氮等[9]。焦化廢水是一種成分復雜、多變，具有強毒性的典型難降解有機廢水。優勢菌強化處理焦化廢水技術是近年來研究的熱點，對焦化廢水治理有重要的意義。柯斌清等[10]通過對10組焦化廢水處理菌組的單獨和混合實驗，篩選出1組優勢混合混合菌組，該菌組處理焦化廢水72 h，COD從750 mg/L降到96 mg/L，去除率達87.2%。皇莆尚旻等[11]從焦化廢水處理站附近的泥土中馴化和篩選出適應高濃度焦化廢水的優勢降解菌，該優勢菌株對焦化廢水的COD降解率比活性污泥篩選出的菌株提高了25%以上。李長征等[12]從焦化廠曝氣池活性污泥中篩選出6株革蘭氏陽性優勢菌，研究表明，該6株優勢菌的馴化活性污泥能進一步提高對喹啉、吡啶和萘的去除能力，去除率均在90%以上。以上研究表明，優勢菌技術對焦化廢水有較好地處理效果，優勢菌的篩選途徑不同處理效果亦不同。

3 石化廢水

石化廢水主要是指在石油煉化、加工過程中產生的廢水，具有水量大、水質復雜、有機污染物濃度高、毒性大，難生物降解等特點，屬于較難處理的工業廢水，對環境污染嚴重[13]。目前，石化廢水一般采用以活性污泥法為主體的廢水處理工藝，二級出水中COD、TP等主要有機污染物濃度達標排放難度很大。因此，篩選和培養出一種或幾種優勢菌，采用優勢菌技術對石化廢水生化處理工藝進行強化是近年來石化廢水研究的熱點。李娜等[14]以天津某石油化工廠的廢水為處理對象，應用優勢菌技術，采用正交試驗方法對優勢菌投加量、投加方式、水質pH、營養物質的投加量進行了分析比較，通過對處理后出水的COD、SS值進行分析，得出最優組合并通過采用該最優組合與普通活性污泥法比較得出，投加優勢菌后出水的COD值顯著下降。劉國強等[15]篩選出3株高效原油降解菌，通過試驗證明該菌對含油廢水處理效果良好，廢水油去除率達到91.6%，COD去除率達到78%，BOD5去除率達到80%。將該3株高效原油降解菌用于膜生物反應器，MBR運行效果良好，出水水質達到低滲透油藏A2級要求。由此可見，優勢菌技術能夠有效提升活性污泥系統處理石化廢水的效率，處理后出水的COD、BOD5等指標顯著下降。

4 印染廢水

印染廢水具有水量大、有機污染物含量高、色度深、堿性大、水質變化快且劇烈等特點，是公認的難處理的工業廢水之一[16-18]。目前，印染廢水的處理主要采用物理、化學和微生物降解法，其中物理和化學處理法脫色效率低、脫色范圍窄且需要消耗大量的能源[19]。微生物降解法借助微生物的降解、吸附及氧化還原作用實現對印染廢水有機污染物和色度的去除，是一種經濟高效和環境效益好的處理方法。

許多研究者從污泥或土壤中篩選出染料脫色的優勢菌種（如希瓦氏菌、假單胞菌、枯草桿菌等），并將其投加到生物處理池中發揮其生物強化作用，為染料廢水的生物脫色開辟了一條新的途徑。龔為進等[20]從紡織園區廢水處理的活性污泥中篩選分離出1株染料脫色優勢菌，在30 ℃，染料質量濃度為5 mg/L，接種量為6 mL，pH7的實驗條件下進行脫色培養72 h，脫色率達71.2%。趙穎等[21]從印染廠的活性污泥中篩選出1株活性深藍H14B染料脫色優勢菌X1，在30 ℃，200 r/min，染料質量濃度為5 mg/L，接種量為5 mL，培養基pH自然的實驗條件下進行脫色培養96 h，脫色率高達86.2%。陳曄等[22]從處理印染廢水的AAO工藝的厭氧反應器污泥中篩選出1株對偶氮染料活性黑5具有較強脫色能力的高效菌種S8，研究表明，篩選出的高效脫色菌S8（大腸桿菌屬）在25 h內對活性黑5的脫色率可達85%以上。

5 結語

優勢菌技術對制藥廢水、焦化廢水、石化廢水、印染廢水等難降解有機廢水有良好的處理效果，與其他水處理方法相比具有成本低、處理效率高、易操作、無二次污染等優點，在難降解有機廢水處理方面具有較好的應用前景。

在難降解有機廢水處理實際工程運用過程中，直接投加優勢菌雖簡單易行，但所投加的特效微生物易隨出水流失，或被其他微生物吞噬，往往達不到較好的處理效果，因此，優勢菌的固定化技術研究是近年來研究的重點。此外，優勢菌或優勢菌群易受處理系統中土著菌群干擾而失去優勢作用，進而影響處理效果。因此，如何篩選具有高效穩定性的優勢菌種及如何保持這些菌種長期在生物處理中占有優勢及其遺傳穩定性有待進一步的研究。