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焦化废水处理微生物降解技术

       焦化废水的成分较为复杂，除了氨、氰、硫氰根等无机污染物外，还含有酚、油类、萘、吡啶、喹啉、蒽等杂环及多环芳香族化合物(PAHs)。焦化废水是在炼焦、煤气高温干馏和净化过程及化学产品精制过程中所产生的工业废水。这些存在于水中的物质，不仅毒性强、量大、降解速度慢，并且还可以在生物圈内持续积累，因此焦化废水的大量排放，不但对环境造成严重污染，同时也直接威胁到人类。焦化废水的处理，主要是去除有机物和氨氮，但是通过传统活性的污泥法处理后的焦化废水，很难达到排放标准，特别是ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)两项指标。为了提高CODCr及NH3-N的去除率，近年来人们从微生物及其工艺流程等方面进行了大量的研究开发工作。这些研究工作主要集中于生化处理技术方向，而生化处理的本质则是利用微生物来分解有机物，通过对微生物进行筛选、驯化得到分解能力强、适应能力高的细菌，以充分发挥出生化处理的优势。采用生物技术对焦化废水进行深度处理，已经被公认为焦化废水中最经济、易操作且有效的方法。

       1、厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺及其在焦化废水中的应用

       荷兰Delft技术大学首创的生物脱氮新技术为日后厌氧氨氧化工艺的日趋完善奠定了基础。这种工艺的优势正在于其反应可以自发进行，反应过程当中的能量又可以被微生物生长所利用，并且这种工艺无需外加有机碳源，因此极大地节省了运行费用。然而这种厌氧氨氧化细菌也有一些先天的缺陷，例如这种菌对环境较为敏感，活性也比较容易受氧抑制，并且生长缓慢，难以维持较高的生物浓度，导致反应器启动周期较长。这些先天的缺陷导致了它在实际工程中的应用收到了一定程度的限制。Toh等的研究表明，ANAMMOX菌对高浓度酚有耐受能力并且有潜力对实际焦化废水有处理能力，这就为厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺在处理焦化废水方面的深度研究及其实际应用上奠定了一定的理论基础。

       例如在一定的实验条件下成功启动厌氧氨氧化反应器，试图采用厌氧氨氧化(ANAM-MOX)工艺处理焦化废水。试验的结果证明系统中的NH+4-N和NO-2-N的去除率最高分别达86%和8%，TN去除率可达75%。不仅如此，ANAMMOX过程对好氧短程硝化工艺出水残余低浓度酚类有机物有进一步去除作用。

       2、喹啉降解菌的筛选及其对焦化废水强化处理

       一些喹啉单元的化合物是一种能够降低其他污染物降解效果的物质，它的存在会对许多微生物有毒害或抑制作用。为了降解废水中的喹啉，一些研究人员从工业废水污泥煤和页岩液化地等分离出来一种叫做喹啉降解菌的微生物，如红球菌、脱硫杆菌、皮氏伯克霍尔德菌和假单胞菌等。他们对喹啉降解菌的喹啉生物降解动力学和降解途径进行了深度研究，还有一些论文论证了喹啉降解菌在焦化废水生物强化处理中的降解机制，结果表明喹啉降解菌对于强化降解废水中的喹啉起到了积极的作用。

       例如以喹啉为目标污染物，从焦化厂废水处理工段活性污泥中分离出1株丛毛单胞菌科食酸菌属(Acidovoraxsp.)菌株，这是一种能利用喹啉作为唯一碳源、氮源及能源的高效降解菌。实验结果表明，将该菌与高效苯酚降解菌混合菌株用于焦化废水的生物强化处理，在移动床生物膜反应器运行72h后，对焦化废水COD的降解率达到87.4%。

       另有实验同样以喹啉为唯一碳氮源，从某焦化废水处理厂活性污泥中分离出1株喹啉降解菌(Ochrobactrumsp.)。实验结果同样证明了表明，该菌对于喹啉有一定的降解效果，并且对于Cr(Ⅳ)有一定的耐受能力。此外，该喹啉降解菌能在实际好氧池焦化废水环境中降解喹啉并提高COD去除率。

       因此，喹啉降解菌的存在确实可以降解喹啉，并消除它们对于微生物的抑制作用。人们已经可以从焦化废水处理厂的活性污泥中分离出喹啉降解菌，实验证明了它们在强化焦化废水的应用上具有一定的生物潜力。

       3、苯酚降解菌的筛选及其对焦化废水强化处理

       酚类物质同样是一种具有高毒性和致癌作用难降解物，含酚焦化废水的排放或回用，不但对土壤和水体生态环境造成污染，而且严重危害人类的健康。所以，酚类物质的去除对于焦化废水的循环利用、清洁生产和降低环境污染具有重要意义。焦化废水中苯酚类及其衍生物的降解率直接影响着焦化废水COD能否达到排放标准，因此酚类物质的去除便成为焦化废水处理的关键问题。然而分离鉴定出能够有效降解苯酚的苯酚降解细菌，则是废水中酚类物质去除的重中之重。

       例如实验以苯酚为唯一碳源筛选纯化出一株降解苯酚细菌，通过鉴定，他们所得到的菌株为红球菌属(Rhodococcussp.)细菌。实验结果表明，红球菌可以在2d时间内完全降解1/3焦化原水中的279.9mg/L酚类物质。看得出红球菌是一种高效的苯酚降解菌，具有生物处理焦化废水酚类物质的潜力。

       为进一步丰富降酚菌的微生物类型，采用不同培养基和菌种驯化方法，从焦化废水厂活性污泥中分离筛选出4株苯酚降解菌，经过鉴定，得到的4株苯酚降解菌分别为球杆菌属Sphaerobacter、鲍曼不动杆菌Acinetobacter baumannii、睾丸酮丛毛单胞菌Comamonas testosterone及Novosphingobium naphthalenivorans.实验结果表明，这4株降酚菌不仅具有较高的苯酚耐受力，同时他们对于苯酚的降解效率也比较高。

       由此可见，人们已经可以从分离鉴定出能够有效降解苯酚的苯酚降解细菌，同时，降酚菌的微生物类型也日益丰富，为构建高效的焦化废水基因工程菌提供了微生物基础。

       4、结语

       随着《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)的颁布，国家对于废水的排放标准日益严苛，只有对焦化废水进行深度处理，废水排放才能达到标准。国内外的许多研究人员在焦化废水的处理技术方面进行了许多全面且深层的研究与探索。由于微生物在降解焦化废水中通常能够自发进行，易操作，并且运行费用，因此这项技术日益受到人们的关注。

       在降解焦化废水的微生物当中，有三个菌种应用较为广泛，并且其降解效果较为显著。其中，ANAMMOX菌对高浓度酚有耐受能力，并且对实际焦化废水有处理能力;喹啉降解菌在强化降解废水中的喹啉时，可以起到积极的降解作用;苯酚降解菌，具有生物处理焦化废水酚类物质的潜力，同时，随着研究的深入，苯酚降解菌的微生物类型越来越丰富。

       微生物在构建高效的焦化废水基因工程菌方面正扮演着越来越重要的角色。随着具有针对性降解目标的微生物类型的丰富，今后的研究方向是多种融合菌体协同降解及能够协同降解的环境。同时，为了最大限度地提升焦化废水的降解效果，还应配有一定数量的能够降低抑制微生物降解活性的菌体和增强微生物降解活性的工艺。

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