生物處理技術去除難降解有機物的研究進展

李俊，李芬芬，何彩彩，劉曉晶,武思拓

(1.陜西化工研究院有限公司 陜西省工業水處理工程技術研究中心，陜西 西安 710054；2.陜西延長石油榆林煤化有限公司，陜西 榆林 719099)

隨著工業的發展和人民生活水平的日益提高，工業生產中產生的廢水量也日益增加，且成分復雜，特別是難降解有機物種類繁多，其有效降解是當前化工廢水處理的關鍵，也是解決化工廢水污染環境問題的途徑，因此，難降解有機物的處理是目前廣大學者關注的焦點。生物處理技術與傳統的物理、化學法比較，具有自身的諸多優點，如操作簡單、高效性、環保性、無害化等在化工廢水處理中受到廣大學者的關注和研究。目前，很多生物處理技術都處于實驗室研究階段，將該項技術應用到工程案例上甚少。本文詳細闡述了國內外生物處理技術用于難降解有機物處理的研究進展，擬通過現狀介紹推動該項技術的深入研究和應用，以加快難降解有機物的研究進度的步伐。

1 難降解有機物的處理技術

化工廢水水質成分復雜，并含總溶解性總固體含量高、難降解有機物含量高等特點，目前處理技術主要是物化處理技術、化學處理技術、膜處理技術和生物處理技術等[1]。

表1 難降解有機物的處理技術Table 1 The technology for treatment of refractory organic compounds

生物處理技術憑借自身的高效性、環保性等優點，在化工廢水COD的處理應用中具有非常重要的研究意義[2]。

2 生物處理技術脫除COD的技術研究現狀

2.1 高效降解菌技術

生物強化處理技術與傳統生物處理技術不同，其不同之處在于向系統中加入具有高效降解功能的微生物，利用微生物本身的降解功能，提高難降解有機物的降解速率，同時可改善原有生物處理體系對難降解有機物的去除效能。化工廢水成分復雜，使得生物處理效率不高，針對水質特性進行菌種的篩選馴化，提高B/C值，加強生化效果，可有效提高生物處理效率。

化工廢水一般含鹽量高，且有機物含量高，高濃度的鹽類降低了生物處理效率，篩選高效耐鹽菌用于處理高鹽廢水COD，是解決問題的有效途徑[3]。張嵐等[4]篩選馴化出地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌2株高效耐鹽菌降解高鹽廢水COD，實驗結果表明溫度變化對地衣芽孢桿菌對有機物的去除率影響不大，枯草芽孢桿菌在35 ℃時對COD的去除效果最好，達到46.5%。調整兩個菌種比例為1∶1，設置反應條件為：溫度25 ℃，時間5 d，去除率可達到50%。將復合耐鹽菌應用于高鹽廢水體系中，表現出良好的處理效果，對有機物的去除率高達82%。

王桂秋等[5]篩選培養出細菌菌種，并用于木質素磺酸鈉的降解效果處理中，其去除率達50%以上，表現出很好的降解能力。孫友友等[6]在制造廢水中加入復合菌群去降解COD，得到的COD降解率為86.9%。于鵬[7]采用生物強化技術聯合活性炭工藝處理污水處理廠的造紙廢水，中試實驗結果表明COD的去除率為55%。

在淡水中生存的微生物在高鹽度廢水環境中會抑制其生長。但微生物可對其自身進行滲透壓調節，從而形成保護層,調節自身新陳代謝，所以可以對微生物進行篩選，進而馴化出耐鹽微生物菌種，提高生物處理效率[8]。Woolard等[9]在SBR中培養微生物并用于處理高含鹽量的工業廢水,考察了其對酚的去除效果研究，表現出了良好的性能，去除率高達 99%。 Hamoda等[10]將微生物投加到或活性污泥中，將該活性污泥體系用于含鹽廢水的研究中，TOC去除率隨鹽含量的增加呈現出上升趨勢，且均達到96%以上，當含鹽量為30 g/L時，去除率高達99%。嗜鹽微生物在高鹽環境中生長速度相對較快，更能適應高鹽環境。

2.2 基因工程處理技術

生物強化技術在廢水中難降解有機物的去除中應用廣泛，而通過基因工程，即基因重組、質粒轉移等方法[11]為微生物引入具有特定功能的基因片段，有效的提高了其對難降解有機物的去除效果。

Dai等[12]應用基因工程處理技術對Sphingobilum chlorophenolicum進行基因重組，并將其用于五氯酚的降解效果研究中，結果表明，該基因重組技術的應用大大提高了其對五氯酚的耐受濃度，不但如此，在此基礎上還可以達到完全降解五氯酚的作用。

Watanabe等[13]將菌株C.testosteroni R 5和Co2mamonassp.rN7的基因片段進行整合得到新的菌種，用于活性污泥中酚的降解，表明大大提高了菌種的生物活性，從而提高了其對酚的降解性能。

傅愷等[14]通過基因克隆技術得到一株高效產漆酶，并考察了其對制漿廢水過程中的COD去除效果的研究，得到對二沉池出水的COD去除效果為 82.3%。

通過基因工程處理技術得到的基因工程菌在難降解廢水處理技術中展現出良好的應用效果，但目前該項研究大多停留在實驗室研究中，工程應用甚少。究其原因主要是有效降解菌資源庫缺乏[15]及穩定性等，另外該項技術的遺傳性還需進一步地研究。

2.3 生物絮凝處理技術

生物絮凝類似于化學絮凝，是采用生物絮凝劑使廢水中懸浮微粒聚集變大，形成絮團，從而加快聚沉速度，達到固-液分離的目的。生物絮凝劑是一種安全環保的有機絮凝劑，主要含多糖、纖維素、蛋白質等成分，與傳統絮凝劑相比，具有高效性、安全無毒無二次污染、使用成本低等優點[16]。但是生物絮凝劑也存在功能單一和保存難等問題，使其基本處于研究階段。

秦梅枝等[17]從土壤和活性污泥中提取并純化得到高效微生物絮凝劑，并將其應用于化工廢水處理中，結果表現出良好的COD去除效果，5種微生物菌種對不同的化工廢水表現出不同的去除率，其中COD的去除效果最高可達80%，色度的去除效果可達90%以上。金漫彤等[18]分離篩選培養出一種微生物絮凝劑產生菌，并用來考察該菌種對印染廢水中COD的處理效果研究，通過不同的工藝條件進行優化后，得到在最佳反應條件下，即菌液∶廢水(體積比)=2∶100，pH值為5～7時，COD 的脫除效果可達57.1%。

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2.4 曝氣生物濾池(BAF)處理技術

曝氣生物濾池組合處理技術是在微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和食物鏈分級捕食作用以及反硝化作用下共同完成的相比傳統的活性污泥法，具有生物濃度、有機負荷高、占地面積小、過程簡單、耐沖擊性能好等優點。因此，曝氣生物濾池(BAF)處理技術在廢水中有機物的處理上應用廣泛。

BAF系統中廢水中有機物濃度展現出自下而上逐步降低的現象，如此的復雜結構正是使得這項技術對COD處理效果好的原因[3]。吳川等[19]采用曝氣生物濾池(BAF)處理技術對印染二級生化出水進行處理，運行結果表明 COD 的去除率達到55%。徐綺坤等[20]的實驗結果顯示，經過BAF工藝處理COD 的質量濃度可降到80 mg/L以下。

Boon等[21]對比了生物強化反應器和非生物強化反應器受3-氯苯胺的沖擊對有機物去除效果的研究。顯而易見，生物強化反應器COD的去除效率沒有發生變化，而非生物強化反應器中COD的去除率下降36%。

Yaohui Bai等[22-23]考察了焦化廢水中應用混合菌株分別強化 SBR 以及曝氣生物濾池(BAF)工藝對COD的去除效果研究。運行結果顯示應用混合菌株的生物強化技術對COD的去除效率明顯提高。

2.5 共代謝技術

共代謝技術是一種特殊的生物技術，因它能降解難降解的有機物而引起了廣大學者的關注和研究。存在使用費用較低和無二次污染的優點，主要用于芳香族化合物、含氯化合物、抗生素、藥品及個護用品及工業廢水，但目前處于研究階段[24]。

余容等[25]針對造紙廢水中的二甲苯和鄰苯二甲酸二丁酯，采用葡萄糖和甲酸共同作為一級基質，研究發現二甲苯和鄰苯二甲酸二丁酯的去除率分別達到 96.5%和 95%，COD去除率高達 96.5%。

王璟等[26]從活性污泥中得到2株降解菌，并用于脫除焦化廢水中的COD，結果表明，共代謝初級基質對COD的去除率最好是22.1%，同時采用高效菌株和共代謝初級基質相結合的工藝來促進COD的降解，對焦化廢水難降解有機物的去除效果可達60%(48 h)。

Li等[27]研究了以 sMMO 活性的甲烷氧化菌來降解有機物，結果表明難降解有機物可實現有效降解。Li等[28]研究了幾種苯類有機物的降解效果，在最佳反應條件下對苯、甲苯、乙苯的降解效果分別為97.7%,96.3%和89.8%。

2.6 其他處理技術

學者們將功能降解菌用來強化 A2O 工藝、生物接觸氧化池等工藝來進行對COD的去除效果研究[29]。Jianlong Wang等[30]投加降解菌強化A2O工藝，考察了焦化廢水中COD的降解效果。結果表明不同階段表現出不同的去除效果，其中好氧階段中投加菌株強化達到的去除效果最好，COD的去除率可達到59%。Fang Fang等[31]投加酚降解菌強化生物接觸氧化池工藝，考察了煤氣化廢水中COD的去除效果。結果表明，在應用了降解菌強化技術后，COD的去除率得到了明顯的提高，數據結果顯示COD的去除率提高了20%。

3 結語

化工廢水難降解有機物含量高，是目前工程應用中存在的難題之一。生物處理技術因其自身的優勢，其關注度也越來越高。COD的有效去除是化工廢水處理過程中的關鍵所在，其無害化處理是實現COD有效處理的根本。因此，化工廢水的生物處理技術具有很大的發展前景。

(1)從分子水平篩選高效降解有機物的菌種并構建功能化工程菌株，并建立有效降解菌的資源庫。

(2)尋找新型并且價格低廉的共代謝基質有廣闊的發展空間。

(3)將物理、化學和生物處理技術相結合，形成組合工藝處理化工廢水中難降解有機物是未來的發展方向。