生物处理技术去除难降解有机物的研究进展

2022-04-27李俊李芬芬何彩彩刘晓晶武思拓

应用化工 2022年2期

李俊，李芬芬，何彩彩，刘晓晶,武思拓

(1.陕西化工研究院有限公司陕西省工业水处理工程技术研究中心，陕西西安 710054；2.陕西延长石油榆林煤化有限公司，陕西榆林 719099)

随着工业的发展和人民生活水平的日益提高，工业生产中产生的废水量也日益增加，且成分复杂，特别是难降解有机物种类繁多，其有效降解是当前化工废水处理的关键，也是解决化工废水污染环境问题的途径，因此，难降解有机物的处理是目前广大学者关注的焦点。生物处理技术与传统的物理、化学法比较，具有自身的诸多优点，如操作简单、高效性、环保性、无害化等在化工废水处理中受到广大学者的关注和研究。目前，很多生物处理技术都处于实验室研究阶段，将该项技术应用到工程案例上甚少。本文详细阐述了国内外生物处理技术用于难降解有机物处理的研究进展，拟通过现状介绍推动该项技术的深入研究和应用，以加快难降解有机物的研究进度的步伐。

1 难降解有机物的处理技术

化工废水水质成分复杂，并含总溶解性总固体含量高、难降解有机物含量高等特点，目前处理技术主要是物化处理技术、化学处理技术、膜处理技术和生物处理技术等[1]。

表1 难降解有机物的处理技术Table 1 The technology for treatment of refractory organic compounds

生物处理技术凭借自身的高效性、环保性等优点，在化工废水COD的处理应用中具有非常重要的研究意义[2]。

2 生物处理技术脱除COD的技术研究现状

2.1 高效降解菌技术

生物强化处理技术与传统生物处理技术不同，其不同之处在于向系统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，提高难降解有机物的降解速率，同时可改善原有生物处理体系对难降解有机物的去除效能。化工废水成分复杂，使得生物处理效率不高，针对水质特性进行菌种的筛选驯化，提高B/C值，加强生化效果，可有效提高生物处理效率。

化工废水一般含盐量高，且有机物含量高，高浓度的盐类降低了生物处理效率，筛选高效耐盐菌用于处理高盐废水COD，是解决问题的有效途径[3]。张岚等[4]筛选驯化出地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌2株高效耐盐菌降解高盐废水COD，实验结果表明温度变化对地衣芽孢杆菌对有机物的去除率影响不大，枯草芽孢杆菌在35 ℃时对COD的去除效果最好，达到46.5%。调整两个菌种比例为1∶1，设置反应条件为：温度25 ℃，时间5 d，去除率可达到50%。将复合耐盐菌应用于高盐废水体系中，表现出良好的处理效果，对有机物的去除率高达82%。

王桂秋等[5]筛选培养出细菌菌种，并用于木质素磺酸钠的降解效果处理中，其去除率达50%以上，表现出很好的降解能力。孙友友等[6]在制造废水中加入复合菌群去降解COD，得到的COD降解率为86.9%。于鹏[7]采用生物强化技术联合活性炭工艺处理污水处理厂的造纸废水，中试实验结果表明COD的去除率为55%。

在淡水中生存的微生物在高盐度废水环境中会抑制其生长。但微生物可对其自身进行渗透压调节，从而形成保护层,调节自身新陈代谢，所以可以对微生物进行筛选，进而驯化出耐盐微生物菌种，提高生物处理效率[8]。Woolard等[9]在SBR中培养微生物并用于处理高含盐量的工业废水,考察了其对酚的去除效果研究，表现出了良好的性能，去除率高达 99%。 Hamoda等[10]将微生物投加到或活性污泥中，将该活性污泥体系用于含盐废水的研究中，TOC去除率随盐含量的增加呈现出上升趋势，且均达到96%以上，当含盐量为30 g/L时，去除率高达99%。嗜盐微生物在高盐环境中生长速度相对较快，更能适应高盐环境。

2.2 基因工程处理技术

生物强化技术在废水中难降解有机物的去除中应用广泛，而通过基因工程，即基因重组、质粒转移等方法[11]为微生物引入具有特定功能的基因片段，有效的提高了其对难降解有机物的去除效果。

Dai等[12]应用基因工程处理技术对Sphingobilum chlorophenolicum进行基因重组，并将其用于五氯酚的降解效果研究中，结果表明，该基因重组技术的应用大大提高了其对五氯酚的耐受浓度，不但如此，在此基础上还可以达到完全降解五氯酚的作用。

Watanabe等[13]将菌株C.testosteroni R 5和Co2mamonassp.rN7的基因片段进行整合得到新的菌种，用于活性污泥中酚的降解，表明大大提高了菌种的生物活性，从而提高了其对酚的降解性能。

傅恺等[14]通过基因克隆技术得到一株高效产漆酶，并考察了其对制浆废水过程中的COD去除效果的研究，得到对二沉池出水的COD去除效果为 82.3%。

通过基因工程处理技术得到的基因工程菌在难降解废水处理技术中展现出良好的应用效果，但目前该项研究大多停留在实验室研究中，工程应用甚少。究其原因主要是有效降解菌资源库缺乏[15]及稳定性等，另外该项技术的遗传性还需进一步地研究。

2.3 生物絮凝处理技术

生物絮凝类似于化学絮凝，是采用生物絮凝剂使废水中悬浮微粒聚集变大，形成絮团，从而加快聚沉速度，达到固-液分离的目的。生物絮凝剂是一种安全环保的有机絮凝剂，主要含多糖、纤维素、蛋白质等成分，与传统絮凝剂相比，具有高效性、安全无毒无二次污染、使用成本低等优点[16]。但是生物絮凝剂也存在功能单一和保存难等问题，使其基本处于研究阶段。

秦梅枝等[17]从土壤和活性污泥中提取并纯化得到高效微生物絮凝剂，并将其应用于化工废水处理中，结果表现出良好的COD去除效果，5种微生物菌种对不同的化工废水表现出不同的去除率，其中COD的去除效果最高可达80%，色度的去除效果可达90%以上。金漫彤等[18]分离筛选培养出一种微生物絮凝剂产生菌，并用来考察该菌种对印染废水中COD的处理效果研究，通过不同的工艺条件进行优化后，得到在最佳反应条件下，即菌液∶废水(体积比)=2∶100，pH值为5～7时，COD 的脱除效果可达57.1%。

说她啰嗦她还不承认，关于她去北京旅游的事，念叨了起码几十遍，每一个细节都翻来覆去地描述，以至于她一说登长城，我就能接着说：“我知道，你去的那回，好多外国人背着小孩在那登长城。”她听不出我的言外之意，还喜滋滋地补充：“是啊，都是粉嘟嘟的外国小毛头，太好看了。”我心里很不以为然，哪个种族的娃娃还不都是粉嘟嘟的啊。

2.4 曝气生物滤池(BAF)处理技术

曝气生物滤池组合处理技术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链分级捕食作用以及反硝化作用下共同完成的相比传统的活性污泥法，具有生物浓度、有机负荷高、占地面积小、过程简单、耐冲击性能好等优点。因此，曝气生物滤池(BAF)处理技术在废水中有机物的处理上应用广泛。

BAF系统中废水中有机物浓度展现出自下而上逐步降低的现象，如此的复杂结构正是使得这项技术对COD处理效果好的原因[3]。吴川等[19]采用曝气生物滤池(BAF)处理技术对印染二级生化出水进行处理，运行结果表明 COD 的去除率达到55%。徐绮坤等[20]的实验结果显示，经过BAF工艺处理COD 的质量浓度可降到80 mg/L以下。

Boon等[21]对比了生物强化反应器和非生物强化反应器受3-氯苯胺的冲击对有机物去除效果的研究。显而易见，生物强化反应器COD的去除效率没有发生变化，而非生物强化反应器中COD的去除率下降36%。

Yaohui Bai等[22-23]考察了焦化废水中应用混合菌株分别强化 SBR 以及曝气生物滤池(BAF)工艺对COD的去除效果研究。运行结果显示应用混合菌株的生物强化技术对COD的去除效率明显提高。

2.5 共代谢技术

共代谢技术是一种特殊的生物技术，因它能降解难降解的有机物而引起了广大学者的关注和研究。存在使用费用较低和无二次污染的优点，主要用于芳香族化合物、含氯化合物、抗生素、药品及个护用品及工业废水，但目前处于研究阶段[24]。

余容等[25]针对造纸废水中的二甲苯和邻苯二甲酸二丁酯，采用葡萄糖和甲酸共同作为一级基质，研究发现二甲苯和邻苯二甲酸二丁酯的去除率分别达到 96.5%和 95%，COD去除率高达 96.5%。

王璟等[26]从活性污泥中得到2株降解菌，并用于脱除焦化废水中的COD，结果表明，共代谢初级基质对COD的去除率最好是22.1%，同时采用高效菌株和共代谢初级基质相结合的工艺来促进COD的降解，对焦化废水难降解有机物的去除效果可达60%(48 h)。

Li等[27]研究了以 sMMO 活性的甲烷氧化菌来降解有机物，结果表明难降解有机物可实现有效降解。Li等[28]研究了几种苯类有机物的降解效果，在最佳反应条件下对苯、甲苯、乙苯的降解效果分别为97.7%,96.3%和89.8%。

2.6 其他处理技术

学者们将功能降解菌用来强化 A2O 工艺、生物接触氧化池等工艺来进行对COD的去除效果研究[29]。Jianlong Wang等[30]投加降解菌强化A2O工艺，考察了焦化废水中COD的降解效果。结果表明不同阶段表现出不同的去除效果，其中好氧阶段中投加菌株强化达到的去除效果最好，COD的去除率可达到59%。Fang Fang等[31]投加酚降解菌强化生物接触氧化池工艺，考察了煤气化废水中COD的去除效果。结果表明，在应用了降解菌强化技术后，COD的去除率得到了明显的提高，数据结果显示COD的去除率提高了20%。