好氧顆粒污泥技術處理石化廢水的研究進展
【谷騰環保網訊】石化工(gong)業(ye)是(shi)我國(guo)的(de)(de)基礎工(gong)業(ye)，是(shi)國(guo)民經濟(ji)的(de)(de)重要組成部分(fen)，支(zhi)撐了多個行業(ye)的(de)(de)發展。
然而，石化行(xing)業(ye)同(tong)時也是水(shui)污染“大戶”，其(qi)產(chan)生的(de)廢水(shui)成分復雜、水(shui)量(liang)波(bo)動大、可生化性差，且由于(yu)苯(ben)系類和硫化物等有(you)毒物質(zhi)的(de)存在，常規生物處理(li)工藝很難(nan)實現石化廢水(shui)的(de)高效(xiao)處理(li)以及難(nan)降解污染物的(de)高效(xiao)削減。
好氧顆粒污泥（AGS）與傳統(tong)活(huo)性污泥相比，具有(you)(you)(you)結(jie)構緊(jin)湊、沉(chen)降(jiang)速度(du)快(kuai)、生物(wu)(wu)量高等優勢，對高濃(nong)度(du)難降(jiang)解工業廢水(shui)具有(you)(you)(you)良好的(de)適應能(neng)力(li)和較強的(de)耐受能(neng)力(li)，且(qie)對廢水(shui)中復雜(za)有(you)(you)(you)機污染物(wu)(wu)具有(you)(you)(you)較高的(de)降(jiang)解效能(neng)。
同(tong)時，顆粒污(wu)泥作為(wei)一種微生(sheng)(sheng)物自固定化體系(xi)，能有(you)效(xiao)富集污(wu)水處理單(dan)元(yuan)中(zhong)生(sheng)(sheng)長速率較(jiao)低的功能性微生(sheng)(sheng)物，有(you)效(xiao)提(ti)高處理單(dan)元(yuan)對(dui)難降解(jie)有(you)機(ji)物的削減(jian)效(xiao)能，并通過(guo)顆粒本身的傳質緩沖功能提(ti)高微生(sheng)(sheng)物對(dui)毒(du)性環(huan)境的耐受(shou)能力。
近年(nian)來，好(hao)氧顆(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)技術(shu)在處理(li)石(shi)化(hua)(hua)廢水(shui)領域的(de)(de)研究取得了較(jiao)大(da)的(de)(de)進展。筆者總結了好(hao)氧顆(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)技術(shu)處理(li)石(shi)化(hua)(hua)廢水(shui)的(de)(de)研究現狀以及應(ying)用(yong)發(fa)展前景(jing)，以期為我國(guo)石(shi)化(hua)(hua)廢水(shui)污(wu)染的(de)(de)高(gao)效治理(li)提供參考(kao)。
1 傳統石化廢水處理研究現狀
1.1 石化廢水水質特性
石(shi)油化(hua)工業產品繁(fan)多，工藝過程(cheng)復雜，不可避免(mian)地(di)會產生大量石(shi)化(hua)廢(fei)水。石(shi)化(hua)廢(fei)水中常見(jian)有(you)機污染物(wu)及(ji)其質量濃(nong)度范圍見(jian)表1。
石化廢(fei)水中(zhong)含有的(de)主要(yao)污染物(wu)(wu)，一般(ban)可(ke)概(gai)括分(fen)為(wei)有機(ji)組分(fen)與無機(ji)組分(fen)2大類(lei)(lei)(lei)(lei)別。其中(zhong)有機(ji)組分(fen)主要(yao)包括鹵代烴、苯(ben)系物(wu)(wu)、多(duo)(duo)環(huan)芳烴、多(duo)(duo)氯聯苯(ben)、酚(fen)類(lei)(lei)(lei)(lei)、胺類(lei)(lei)(lei)(lei)、醛類(lei)(lei)(lei)(lei)、酯類(lei)(lei)(lei)(lei)、有機(ji)酸(suan)、雜(za)環(huan)類(lei)(lei)(lei)(lei)等(deng)多(duo)(duo)種特征污染物(wu)(wu)；無機(ji)組分(fen)主要(yao)為(wei)硫化氫、氨化合物(wu)(wu)及微(wei)量(liang)的(de)重金屬等(deng)。同時，石化廢(fei)水中(zhong)所(suo)含碳(tan)、氮、磷等(deng)營養成分(fen)比(bi)例往往不均衡(heng)，可(ke)生(sheng)化性較(jiao)(jiao)差，并且(qie)多(duo)(duo)種有機(ji)污染物(wu)(wu)（如酚(fen)類(lei)(lei)(lei)(lei)、胺類(lei)(lei)(lei)(lei)等(deng)）都(dou)具有明(ming)顯的(de)生(sheng)物(wu)(wu)毒性效應，對傳統生(sheng)物(wu)(wu)處理工藝造成了較(jiao)(jiao)大挑戰。
1.2 傳統石化廢水生物處理工藝研究現狀
傳(chuan)統石(shi)化廢(fei)(fei)水處(chu)理(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)流(liu)程中，生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)法(fa)是二級(ji)處(chu)理(li)的核心單(dan)元，主要(yao)去除廢(fei)(fei)水中有(you)機污(wu)染物(wu)(wu)和含氮(dan)污(wu)染物(wu)(wu)。石(shi)化廢(fei)(fei)水生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)處(chu)理(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)主要(yao)包括好氧(yang)(yang)法(fa)、厭氧(yang)(yang)法(fa)以及組(zu)合法(fa)3種方式。其中好氧(yang)(yang)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)主要(yao)包括序批式活性污(wu)泥工(gong)(gong)藝(yi)(yi)（SBR）、膜(mo)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)（MBR）、高效(xiao)好氧(yang)(yang)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)反應器(qi)（HCR）等。
由(you)于(yu)石化廢水中(zhong)有機物(wu)難生化降解的(de)特性，單純的(de)好氧(yang)工藝無(wu)(wu)法(fa)確保(bao)滿(man)足有機污(wu)染(ran)物(wu)穩定(ding)達(da)標排放的(de)要求。相應地，厭氧(yang)法(fa)是在(zai)無(wu)(wu)氧(yang)條件下通(tong)過微生物(wu)作(zuo)用將污(wu)染(ran)物(wu)降解為(wei)二(er)氧(yang)化碳、甲烷的(de)過程。
相對好(hao)氧法，該生化(hua)過程對部分難降解化(hua)學結構（如(ru)苯環類結構等）具有更好(hao)的(de)降解效果。厭氧工藝主要包(bao)括厭氧固定(ding)膜反(fan)應(ying)器（AF）、升流式(shi)厭氧污泥(ni)床（UASB）、厭氧折流板(ban)反(fan)應(ying)器（ABR）等。但厭氧法在運行過程中存在啟動期較長、抗水質沖擊能(neng)力較弱、且操(cao)作穩定(ding)性(xing)較差等缺點，實際(ji)應(ying)用中鮮(xian)有單獨利(li)用厭氧工藝處理石化(hua)廢水的(de)案(an)例。
基(ji)于(yu)(yu)好氧(yang)(yang)法和厭氧(yang)(yang)法的(de)瓶(ping)頸難(nan)題，目前石化廢水的(de)處(chu)(chu)理(li)往往采(cai)用厭氧(yang)(yang)和好氧(yang)(yang)組合(he)(he)工(gong)藝(yi)，以求達(da)到更好的(de)處(chu)(chu)理(li)效(xiao)果。從現狀看，由于(yu)(yu)石化行業的(de)高速發展，傳統生物處(chu)(chu)理(li)系統經常(chang)處(chu)(chu)于(yu)(yu)超負荷的(de)運(yun)(yun)行狀態，工(gong)藝(yi)運(yun)(yun)行過(guo)程中普遍(bian)存在污泥(ni)膨脹流失(shi)、處(chu)(chu)理(li)效(xiao)果差、出水合(he)(he)格率(lv)低等問題。
因此，亟待(dai)對石化廢(fei)水生物處(chu)理工藝進行改進以實現污染物高效處(chu)理的目標，滿足日益嚴格的水質(zhi)排放要求。
2 好(hao)氧顆粒污泥處理石化(hua)廢水(shui)的研究現(xian)狀(zhuang)
2.1 好氧顆粒污(wu)泥技術簡介(jie)
20世(shi)紀(ji)90年(nian)代初，K. MISHIMA等(deng)首(shou)次在好氧(yang)升流式污(wu)泥床反應(ying)器（AUSB）中成(cheng)(cheng)功(gong)發現(xian)并培(pei)養(yang)出了好氧(yang)顆粒(li)污(wu)泥。好氧(yang)顆粒(li)污(wu)泥是(shi)指廢水生物處理(li)系統(tong)中由接種的活性污(wu)泥經過特(te)殊水力(li)與(yu)曝氣(qi)條件培(pei)養(yang)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的以桿菌(jun)、球(qiu)菌(jun)和絲狀(zhuang)菌(jun)為主要菌(jun)群，呈(cheng)現(xian)形(xing)(xing)狀(zhuang)規則的球(qiu)形(xing)(xing)或橢球(qiu)形(xing)(xing)，平均粒(li)徑約為2 mm的微生物聚集體。
與傳(chuan)統活性污(wu)泥(ni)相比，好(hao)氧顆(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)具(ju)有沉降性能(neng)良(liang)好(hao)、結構(gou)密實、微(wei)生物(wu)豐度高(gao)、耐沖擊負(fu)荷能(neng)力(li)強(qiang)等特點。良(liang)好(hao)的(de)(de)沉降性能(neng)可(ke)以(yi)有效地提高(gao)反應器內的(de)(de)污(wu)泥(ni)濃度和(he)容(rong)積負(fu)荷。密實的(de)(de)顆(ke)粒(li)結構(gou)可(ke)以(yi)削弱(ruo)有毒物(wu)質對微(wei)生物(wu)的(de)(de)影響，從而增強(qiang)對一些(xie)較為(wei)敏(min)感的(de)(de)微(wei)生物(wu)（如硝化菌(jun)）的(de)(de)保護。
同(tong)時(shi)由于氧(yang)(yang)滲透梯度(du)的不同(tong)，顆(ke)粒(li)中可能(neng)同(tong)時(shi)存(cun)在好氧(yang)(yang)/缺氧(yang)(yang)區或者好氧(yang)(yang)/缺氧(yang)(yang)/厭氧(yang)(yang)區，可實現同(tong)步(bu)硝化反(fan)硝化過程。另外，優良的耐沖擊負荷(he)能(neng)力(li)可以使好氧(yang)(yang)顆(ke)粒(li)污泥在處(chu)理高濃度(du)、高毒性廢水時(shi)達到(dao)較好的處(chu)理效(xiao)果(guo)。
2.2 系統啟動期的污泥顆粒化策略
對(dui)于好氧(yang)(yang)顆粒(li)(li)污(wu)泥(ni)工藝，系(xi)統(tong)啟動期，即(ji)污(wu)泥(ni)顆粒(li)(li)的(de)形成與生(sheng)長(chang)過程，對(dui)系(xi)統(tong)最終處(chu)理(li)效率起到(dao)決定性作用。特別是針對(dui)石化廢水中含(han)有的(de)芳香烴、長(chang)鏈(lian)烷烴、醛類和(he)雜環(huan)化合物(wu)等(deng)難(nan)降(jiang)(jiang)解或(huo)毒性有機物(wu)，如何啟動好氧(yang)(yang)顆粒(li)(li)污(wu)泥(ni)系(xi)統(tong)以(yi)快速(su)獲得穩定且(qie)具(ju)有高降(jiang)(jiang)解活性的(de)好氧(yang)(yang)污(wu)泥(ni)顆粒(li)(li)，是該領域研究(jiu)的(de)熱點問題。
現有研究中對不(bu)利水質(zhi)條件(jian)下好(hao)氧顆粒污泥系(xi)統的啟動策略主要分為以下幾種方(fang)式：
（1）通(tong)過逐(zhu)(zhu)步提高石(shi)化(hua)(hua)廢(fei)水的(de)(de)比例促進顆粒(li)化(hua)(hua)的(de)(de)形成。稀釋原水并在培養過程中逐(zhu)(zhu)步減小稀釋比例，使微生物逐(zhu)(zhu)步適應(ying)水質變化(hua)(hua)，從(cong)而加(jia)快污泥(ni)顆粒(li)化(hua)(hua)過程，且有(you)利(li)于維持顆粒(li)污泥(ni)的(de)(de)穩定性。
金(jin)育(yu)(yu)輝等(deng)在(zai)SBR中用石(shi)(shi)化廢(fei)(fei)水(shui)培(pei)(pei)養(yang)(yang)好氧顆(ke)(ke)粒污泥時，依次(ci)以體(ti)積(ji)比為(wei)40%、60%的(de)(de)石(shi)(shi)化廢(fei)(fei)水(shui)進行培(pei)(pei)養(yang)(yang)，待出現顆(ke)(ke)粒污泥后(hou)換(huan)成(cheng)100%的(de)(de)石(shi)(shi)化廢(fei)(fei)水(shui)繼(ji)續培(pei)(pei)養(yang)(yang)，并同時逐(zhu)步縮(suo)短沉降時間，最(zui)終(zhong)達到穩定，總(zong)用時為(wei)27 d。培(pei)(pei)育(yu)(yu)出的(de)(de)好氧顆(ke)(ke)粒污泥平均(jun)粒徑約為(wei)1.3 mm，呈(cheng)棕黃色(se)，顆(ke)(ke)粒表面粗糙(cao)，主要(yao)由(you)桿(gan)菌(jun)組成(cheng)，并以絲狀菌(jun)為(wei)骨架聯結在(zai)一起，對COD、總(zong)氮、總(zong)磷的(de)(de)去除率分別達到85%、56%和(he)90%。
賀銀莉采取先以模擬(ni)廢水(shui)(shui)作(zuo)為進水(shui)(shui)，成功培(pei)養出(chu)穩(wen)定(ding)性(xing)能較好的顆(ke)粒污(wu)泥(ni)后開始(shi)逐(zhu)(zhu)漸加入石化廢水(shui)(shui)。研究結(jie)果(guo)表明，在SBR中(zhong)通過逐(zhu)(zhu)步增加石化廢水(shui)(shui)的進水(shui)(shui)比例，同(tong)時逐(zhu)(zhu)步縮短沉淀時間(jian)可(ke)以快速培(pei)養出(chu)好氧顆(ke)粒污(wu)泥(ni)，對COD和總(zong)氮(dan)的去除率穩(wen)定(ding)超過85%。
（2）通過在廢水中添加陽離子以加速污(wu)泥(ni)顆粒化(hua)進(jin)程。研究表明，Mg2+可(ke)以和蛋白(bai)質(zhi)的(de)酰胺基團結合，提高(gao)污(wu)泥(ni)系(xi)統多樣性；Ca2+更(geng)容易與多糖的(de)羥基緊密結合，優化(hua)顆粒污(wu)泥(ni)的(de)物理性能(neng)。
Helong JIANG等研究(jiu)得出添加(jia)100 mg/L的(de)Ca2+與不添加(jia)Ca2+相(xiang)比(bi)，好氧(yang)顆粒(li)污(wu)泥(ni)的(de)形成(cheng)過(guo)程(cheng)可(ke)以節省一半時間，16 d即可(ke)培養成(cheng)功。
（3）添加共(gong)代(dai)謝(xie)基質(zhi)(zhi)，使多(duo)(duo)種(zhong)復(fu)雜有(you)機(ji)(ji)污(wu)(wu)染(ran)物協(xie)同降(jiang)解，從而促進(jin)污(wu)(wu)泥顆(ke)粒化。自(zi)然界中很多(duo)(duo)微生物都(dou)具(ju)有(you)共(gong)代(dai)謝(xie)降(jiang)解多(duo)(duo)種(zhong)有(you)機(ji)(ji)污(wu)(wu)染(ran)物的功能。當系統僅存在一種(zhong)有(you)機(ji)(ji)污(wu)(wu)染(ran)物且難以去除時，可以通過添加共(gong)基質(zhi)(zhi)的方(fang)式(shi)，促進(jin)微生物發生共(gong)同代(dai)謝(xie)作用。
賀銀莉在用好氧(yang)顆粒污泥技(ji)術處理石化(hua)廢水的(de)研(yan)究中，通過(guo)加入丙酸鈉(na)作(zuo)為共(gong)(gong)基(ji)(ji)質(zhi)，使得胞(bao)外聚合物（EPS）含量提高，顆粒污泥的(de)污泥體(ti)積指數（SVI）、混合液揮發性懸浮固(gu)體(ti)濃度（MLVSS）等參數逐(zhu)漸趨于穩(wen)定，同時COD、氨氮、總氮去(qu)除(chu)效果也達到較高水平。何苗等的(de)研(yan)究表明在降解(jie)苯(ben)酚的(de)過(guo)程中共(gong)(gong)基(ji)(ji)質(zhi)代(dai)謝發揮了(le)重要(yao)作(zuo)用，當咪唑(zuo)、呋喃與(yu)苯(ben)酚作(zuo)為共(gong)(gong)基(ji)(ji)質(zhi)時，生物氧(yang)化(hua)率(lv)與(yu)基(ji)(ji)質(zhi)單(dan)一(yi)時相比有(you)了(le)明顯提高。
K. C. LOH等在共代(dai)謝降(jiang)(jiang)解(jie)四氯苯(ben)酚(fen)的研究中，采用谷氨酸鈉和苯(ben)酚(fen)作為生長基質(zhi)，實(shi)驗表明對于(yu)同種(zhong)微(wei)生物(wu)，不(bu)同目標污(wu)染物(wu)及(ji)其降(jiang)(jiang)解(jie)產(chan)(chan)物(wu)所產(chan)(chan)生的碳源(yuan)毒性(xing)不(bu)同，利用多種(zhong)碳源(yuan)協(xie)同作用的方(fang)(fang)式可有效(xiao)(xiao)緩解(jie)毒性(xing)產(chan)(chan)生的負(fu)面影響(xiang)。而好氧(yang)顆粒污(wu)泥在此(ci)過程中結構更致(zhi)密，優勢微(wei)生物(wu)由桿(gan)菌和球菌轉變為桿(gan)菌和短(duan)桿(gan)菌，性(xing)能得到較大(da)改善(shan)。所以，添加額外的共基質(zhi)以共代(dai)謝方(fang)(fang)式運行，是加快(kuai)污(wu)泥顆粒化、維持顆粒致(zhi)密結構以及(ji)較好處理石(shi)化廢水的一種(zhong)有效(xiao)(xiao)方(fang)(fang)法。
（4）基(ji)于(yu)微(wei)生物(wu)種群(qun)間(jian)信號(hao)分子調(diao)控的(de)(de)(de)(de)方法(fa)可成為加速好(hao)(hao)氧(yang)顆(ke)(ke)粒污泥形(xing)成與提高顆(ke)(ke)粒穩定性的(de)(de)(de)(de)另(ling)一種有效手段。好(hao)(hao)氧(yang)顆(ke)(ke)粒污泥的(de)(de)(de)(de)形(xing)成已被證(zheng)明與微(wei)生物(wu)釋放的(de)(de)(de)(de)信號(hao)分子息息相關(guan)，但目前(qian)在(zai)好(hao)(hao)氧(yang)顆(ke)(ke)粒污泥處理(li)石(shi)化廢(fei)水(shui)的(de)(de)(de)(de)相關(guan)文獻中(zhong)，關(guan)于(yu)信號(hao)分子的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)仍鮮有報(bao)道。以(yi)酰基(ji)高絲氨酸內酯(zhi)（AHL）為代表的(de)(de)(de)(de)信號(hao)分子引起(qi)的(de)(de)(de)(de)群(qun)感效應對好(hao)(hao)氧(yang)顆(ke)(ke)粒污泥的(de)(de)(de)(de)形(xing)成有著重要的(de)(de)(de)(de)影響。
群感(gan)效(xiao)應是指微生(sheng)物(wu)(wu)通(tong)過(guo)分(fen)泌、積累(lei)和感(gan)知信(xin)號分(fen)子來協調(diao)其(qi)基(ji)因表達(da)的現象，它具有控制微生(sheng)物(wu)(wu)行為的能力(li)，如生(sheng)物(wu)(wu)膜的形成、EPS的分(fen)泌以(yi)及(ji)抗生(sheng)素的合成等。信(xin)號分(fen)子可以(yi)通(tong)過(guo)改變微生(sheng)物(wu)(wu)的代謝模(mo)式(shi)提(ti)高其(qi)附(fu)著力(li)。
Tingting REN等(deng)研究(jiu)發現顆粒(li)污(wu)泥信(xin)號分(fen)子可誘導細(xi)胞(bao)從(cong)懸浮生(sheng)(sheng)(sheng)長轉化為附著(zhu)生(sheng)(sheng)(sheng)長。Junping LÜ等(deng)也發現污(wu)泥生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)附著(zhu)力和AHL的(de)(de)濃(nong)度存在顯(xian)著(zhu)正(zheng)相關性。另外，微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)信(xin)號分(fen)子濃(nong)度達到一(yi)定閾值后，便會進入(ru)細(xi)胞(bao)內與受體蛋白(bai)結合(he)形成復合(he)物(wu)(wu)，激活并啟(qi)動目(mu)標基因的(de)(de)表(biao)達，繼而強化微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)黏(nian)附和聚集特(te)性。研究(jiu)顯(xian)示，主動調控環境中AHL的(de)(de)濃(nong)度可顯(xian)著(zhu)改變微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)代謝特(te)征，從(cong)而營造形成顆粒(li)污(wu)泥的(de)(de)有利條件。
Yaochen LI等通(tong)過(guo)在菌液中(zhong)加入AHL降解(jie)酶，觀察到了由(you)于環(huan)境中(zhong)AHL濃度(du)下(xia)降導致的(de)(de)EPS中(zhong)蛋(dan)白(bai)質含(han)量顯(xian)著(zhu)降低的(de)(de)現(xian)(xian)象。相(xiang)反地(di)，胡遠超(chao)通(tong)過(guo)添加外源AHL顯(xian)著(zhu)增強(qiang)了好(hao)氧顆(ke)粒污泥(ni)EPS的(de)(de)分(fen)泌(mi)和(he)細胞疏水(shui)性，進而達到促進顆(ke)粒污泥(ni)形(xing)成以及(ji)加強(qiang)顆(ke)粒穩(wen)定性的(de)(de)作用(yong)。因此(ci)，通(tong)過(guo)對微生物信(xin)號分(fen)子濃度(du)的(de)(de)調控，可(ke)實現(xian)(xian)特殊廢(fei)水(shui)環(huan)境下(xia)好(hao)氧顆(ke)粒污泥(ni)的(de)(de)加速形(xing)成。
2.3 特征有機污染物的去除效率及降解機理
以苯(ben)(ben)胺、苯(ben)(ben)酚(fen)為主(zhu)的(de)(de)苯(ben)(ben)系(xi)污染物是(shi)石化廢水中典型(xing)的(de)(de)難(nan)降(jiang)解(jie)或毒性(xing)(xing)(xing)芳香族有機污染物，其苯(ben)(ben)環(huan)結(jie)構在自然環(huan)境中具有很高(gao)的(de)(de)化學(xue)穩定性(xing)(xing)(xing)，對微生物的(de)(de)氧化降(jiang)解(jie)過程有較強的(de)(de)抵抗性(xing)(xing)(xing)。特別是(shi)含有高(gao)濃度苯(ben)(ben)胺、苯(ben)(ben)酚(fen)的(de)(de)廢水存在一定的(de)(de)生物毒性(xing)(xing)(xing)，對傳統活性(xing)(xing)(xing)污泥(ni)系(xi)統具有顯著(zhu)的(de)(de)活性(xing)(xing)(xing)抑制作用。
這種環(huan)境(jing)脅迫(po)對(dui)微生物(wu)造成(cheng)(cheng)了(le)選擇壓力，使(shi)某些微生物(wu)或(huo)種群產生了(le)有益于(yu)本身存活的遺傳適應機(ji)制(zhi)，主要包括基(ji)因的自(zi)發性(xing)點(dian)突變、基(ji)因水(shui)平轉移以及基(ji)因重排與缺失等，進(jin)而使(shi)這些微生物(wu)能夠耐受(shou)甚至(zhi)利用石化(hua)廢水(shui)中的有機(ji)污染物(wu)作為(wei)能量來源，成(cheng)(cheng)為(wei)該環(huan)境(jing)下的優勢菌群。
這些微(wei)生物在水力剪切(qie)作用下形成形狀規則的初始(shi)顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)，之后由于顆(ke)粒(li)表面疏水性(xing)和EPS的增加，顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)逐步增大，最終形成結構致密的顆(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)。
2.3.1 好氧顆粒污泥對苯胺的去除
苯胺是一(yi)種廣泛分布于石化(hua)工(gong)業廢水(shui)中(zhong)的(de)(de)污染物，也(ye)是石化(hua)、醫藥、印(yin)染等多(duo)種工(gong)業的(de)(de)關鍵前(qian)體(ti)和(he)常見中(zhong)間體(ti)。苯胺對環(huan)(huan)境和(he)人體(ti)健康有雙重威(wei)脅(xie)，已(yi)被美國環(huan)(huan)保(bao)(bao)署(shu)和(he)中(zhong)國環(huan)(huan)保(bao)(bao)部列為重點污染物之一(yi)，因(yin)此苯胺的(de)(de)生物降(jiang)解引起了廣泛關注。
好(hao)氧(yang)微生物被發現能(neng)有效去除(chu)苯胺，并且多種苯胺降解菌(jun)已被從不同(tong)環境(jing)樣品中分(fen)離鑒(jian)定，如假(jia)單胞菌(jun)（Pseudomonas）和不動桿(gan)菌(jun)（Acinetobacter）等。
項正心等以苯(ben)(ben)胺(an)為(wei)唯(wei)一碳源(yuan)和氮源(yuan)，培(pei)養出針對性降解(jie)(jie)高(gao)(gao)濃(nong)度苯(ben)(ben)胺(an)廢水的(de)好氧顆粒污泥，苯(ben)(ben)胺(an)處理(li)最(zui)高(gao)(gao)質量濃(nong)度可達6 000 mg/L，并(bing)從該體系(xi)中分離(li)出2株(zhu)不同(tong)降解(jie)(jie)特征的(de)苯(ben)(ben)胺(an)降解(jie)(jie)菌株(zhu)。可見(jian)，好氧顆粒污泥體系(xi)為(wei)苯(ben)(ben)胺(an)降解(jie)(jie)菌株(zhu)提供了適宜的(de)生存環境，從而取(qu)得了高(gao)(gao)效的(de)降解(jie)(jie)效果。
Dianzhan WANG等也從好(hao)氧顆粒(li)污泥降(jiang)解苯(ben)胺的(de)實驗中(zhong)成功分離得到1種(zhong)優勢菌株AN1，AN1能以(yi)苯(ben)胺為(wei)唯一(yi)碳源、氮源和(he)能源，在pH和(he)溫度分別(bie)為(wei)7.0和(he)28~35 ℃條件下(xia)，當苯(ben)胺初始質量(liang)濃度為(wei)400 mg/L時，苯(ben)胺降(jiang)解速(su)率為(wei)17.8 mg/（L·h）。通過DNA序列(lie)的(de)鑒定，菌株AN1為(wei)熱帶(dai)假絲酵母菌（Candida tropicalis）。
Yu JIANG等通過實驗發現，相比低質量(liang)濃度（200 mg/L）苯胺(an)(an)(an)廢(fei)水(shui)，高質量(liang)濃度（600 mg/L）苯胺(an)(an)(an)廢(fei)水(shui)中(zhong)(zhong)的顆粒(li)污泥(ni)結(jie)構更為(wei)緊湊(cou)，分泌的EPS更多，疏水(shui)性較(jiao)高，且TN去(qu)除率(lv)更高，這可(ke)能是因為(wei)更為(wei)緊湊(cou)的結(jie)構中(zhong)(zhong)反硝化(hua)作用更容易實現。2種濃度的苯胺(an)(an)(an)廢(fei)水(shui)中(zhong)(zhong)苯胺(an)(an)(an)去(qu)除率(lv)均達到98.6%以上。
Yajie DAI等在探究(jiu)苯胺(an)對好氧顆粒(li)污(wu)泥(ni)穩定(ding)性影(ying)響時得出，當(dang)苯胺(an)質(zhi)量(liang)濃度為10~500 mg/L時，好氧顆粒(li)污(wu)泥(ni)的活(huo)性受到輕(qing)微抑(yi)制(zhi)，但由于微生物群(qun)落和好氧顆粒(li)物結(jie)構的改變，抑(yi)制(zhi)作用被消除，處理效果隨之提高。
2.3.2 好氧顆粒污泥對苯酚的去除
酚類物質常存在于采油、石化、化工和(he)制藥等廢水中。苯酚可作為微生(sheng)(sheng)物利用的碳(tan)源(yuan)，但它對微生(sheng)(sheng)物生(sheng)(sheng)長具有較強的毒性，破壞其生(sheng)(sheng)物群落結構，較低濃度的苯酚就(jiu)可能導致微生(sheng)(sheng)物死亡(wang)。
劉(liu)國洋等(deng)在探究好氧顆粒污泥對苯酚的降(jiang)解(jie)能力時發(fa)現，用含苯酚廢水培養的顆粒污泥表面更加光滑、結構更為緊湊、EPS分泌也(ye)更多(duo)。當苯酚質量濃(nong)度達(da)到3 000 mg/L時，去除率可達(da)98.33%。
K. L. HO等同時用(yong)好氧顆粒污(wu)(wu)泥(ni)和普通活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni)降(jiang)解(jie)(jie)用(yong)酸堿(jian)預處理(li)過(guo)的(de)高濃度(du)苯酚廢水，當苯酚質量濃度(du)大于3 000 mg/L時，普通活(huo)性污(wu)(wu)泥(ni)對(dui)苯酚的(de)生物降(jiang)解(jie)(jie)就會受到抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)，而好氧顆粒污(wu)(wu)泥(ni)在(zai)處理(li)5 000 mg/L苯酚時，不僅能夠實現(xian)(xian)有效降(jiang)解(jie)(jie)，而且未出(chu)現(xian)(xian)嚴(yan)重的(de)抑(yi)(yi)制(zhi)(zhi)作用(yong)。另外(wai)，由(you)于好氧顆粒污(wu)(wu)泥(ni)表面存在(zai)由(you)大量EPS組成(cheng)的(de)保護層(ceng)，在(zai)經過(guo)酸堿(jian)預處理(li)后，顆粒仍可較為迅速地降(jiang)解(jie)(jie)苯酚。
G. MOU?SSAVI等在(zai)用好氧顆粒(li)污(wu)(wu)泥序(xu)批式反應器（GSBR）處(chu)理苯(ben)酚廢(fei)水(shui)時，在(zai)GSBR中培養出(chu)了(le)含高(gao)活性(xing)混合(he)菌(jun)群(qun)的(de)顆粒(li)污(wu)(wu)泥，實(shi)現了(le)對1 000 mg/L苯(ben)酚廢(fei)水(shui)的(de)完全降解。
S. T. L. TAY等通(tong)過實驗得出當苯酚負(fu)荷(he)在0~1.2 kg/（m3·d）時，苯酚對好(hao)氧顆粒(li)污泥無明(ming)顯毒性(xing)且苯酚可以被(bei)完全去除。同時發現好(hao)氧顆粒(li)污泥有利于有鞘(qiao)(qiao)絲狀(zhuang)菌(jun)的生長，有鞘(qiao)(qiao)絲狀(zhuang)菌(jun)對苯酚的毒性(xing)有很(hen)大的耐受性(xing)。
由以上研究可以看(kan)出，好(hao)氧顆粒污泥獨(du)特的結構特點可以有效地保(bao)護(hu)對毒性耐受(shou)性差的微生物(wu)，使其能夠更好(hao)地適應含苯酚(fen)廢水(shui)的毒性水(shui)質條件。
2.3.3 好氧顆粒污泥對其他特征污染物的去除
石化廢水(shui)中(zhong)除了(le)含有苯(ben)(ben)胺、苯(ben)(ben)酚這(zhe)2種最常見的苯(ben)(ben)系污染(ran)物外，還含有硝基苯(ben)(ben)（NB）、多(duo)環芳烴（PAHs）、多(duo)氯聯苯(ben)(ben)（PCBs）等(deng)有機污染(ran)物，對它們(men)的處(chu)理(li)也是石化廢水(shui)處(chu)理(li)過(guo)程中(zhong)較為關鍵(jian)的一步。
硝基苯廢(fei)水可生(sheng)化(hua)性差，傳統生(sheng)物處(chu)理(li)工藝需結合預處(chu)理(li)手(shou)段(duan)提高廢(fei)水的可生(sheng)化(hua)性。
王電站等嘗試(shi)以好(hao)氧(yang)顆粒污(wu)泥系統(tong)降(jiang)(jiang)解(jie)硝(xiao)基(ji)(ji)苯，利用三角瓶在(zai)(zai)(zai)搖床(chuang)上好(hao)氧(yang)振蕩的方法，從(cong)硝(xiao)基(ji)(ji)苯廢水處理廠的好(hao)氧(yang)污(wu)泥中(zhong)馴化(hua)培養(yang)出能夠(gou)有(you)效(xiao)降(jiang)(jiang)解(jie)硝(xiao)基(ji)(ji)苯的混(hun)合菌(jun)群(qun)，在(zai)(zai)(zai)培養(yang)過程中(zhong)形成了顆粒污(wu)泥。結果表明，該系統(tong)在(zai)(zai)(zai)以硝(xiao)基(ji)(ji)苯為唯一碳源和氮源的情況下可(ke)以有(you)效(xiao)地降(jiang)(jiang)解(jie)硝(xiao)基(ji)(ji)苯，在(zai)(zai)(zai)最適條件下，24 h內可(ke)以將(jiang)600 mg/L的硝(xiao)基(ji)(ji)苯完(wan)全降(jiang)(jiang)解(jie)。多環芳烴（PAHs）類污(wu)染物除了難(nan)以生物降(jiang)(jiang)解(jie)外，還具有(you)一定(ding)的毒(du)性與(yu)生態(tai)風險。
P. OFMAN等在比(bi)(bi)較(jiao)好氧(yang)顆(ke)粒(li)污泥(ni)(ni)(ni)和絮(xu)狀(zhuang)污泥(ni)(ni)(ni)對(dui)低分子質量多環(huan)芳烴的(de)降(jiang)解實驗中發現(xian)，絮(xu)狀(zhuang)污泥(ni)(ni)(ni)在反應初期(qi)對(dui)PAHs的(de)去除(chu)率(lv)約為60%，隨(sui)反應進行(xing)，去除(chu)率(lv)逐漸降(jiang)低，最(zui)后去除(chu)率(lv)不(bu)超過(guo)10%，說明絮(xu)狀(zhuang)污泥(ni)(ni)(ni)可以降(jiang)解部(bu)分PAHs，但(dan)微生物自身(shen)也會被殺死；而在好氧(yang)顆(ke)粒(li)污泥(ni)(ni)(ni)反應器中發現(xian)，PAHs初期(qi)去除(chu)率(lv)即可達(da)到70%，且(qie)隨(sui)著反應的(de)進行(xing)，去除(chu)率(lv)并(bing)不(bu)會明顯降(jiang)低。與(yu)絮(xu)狀(zhuang)污泥(ni)(ni)(ni)相比(bi)(bi)，好氧(yang)顆(ke)粒(li)污泥(ni)(ni)(ni)對(dui)廢水毒性(xing)的(de)增(zeng)加表現(xian)出了更高的(de)耐受性(xing)能(neng)。
2.3.4 好氧顆粒污泥對特征有機污染物的降解機理
石化廢(fei)水中的難(nan)降(jiang)解有機污染(ran)物以苯(ben)環類為主，生(sheng)物降(jiang)解中最難(nan)實現的是對苯(ben)環的開環。
以苯(ben)(ben)酚為例，由于好氧(yang)顆粒污泥中存在大量微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)，會產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)多(duo)種胞外生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)酶(mei)(mei)，在這(zhe)些生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)酶(mei)(mei)作用下，苯(ben)(ben)環(huan)(huan)上的羥基首先被羧(suo)基取(qu)代；受(shou)羧(suo)基影(ying)響，苯(ben)(ben)環(huan)(huan)結構變得相對不穩定，再經過生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)酶(mei)(mei)誘導，環(huan)(huan)狀結構被打開，生(sheng)(sheng)(sheng)成長鏈(lian)烷烴(jing)，進而降(jiang)解為乙酸、異丁酸等小分子物(wu)質，并最終礦化為CO2和H2O。
好氧顆粒污泥對苯系物(wu)的(de)降解除了從難降解的(de)大分(fen)子物(wu)質逐步降解為(wei)小分(fen)子物(wu)質外(wai)，還(huan)可能在眾多(duo)生物(wu)酶作(zuo)用下，苯環之間發生相互聯結，但其(qi)穩定(ding)性比單個苯環低(di)，經過一系列生化反應，達到開環的(de)目的(de)，最終變為(wei)小分(fen)子物(wu)質被微生物(wu)同(tong)化利用或完(wan)全礦化。
2.4 顆粒污泥生物相的結構組成特點
在好氧(yang)顆(ke)粒污泥培養前期，由于(yu)大量絮凝性較強、沉降率較低(di)的污泥流(liu)失，生(sheng)(sheng)物(wu)量呈(cheng)現(xian)明(ming)顯下降趨(qu)勢。運(yun)行一段時間后，微生(sheng)(sheng)物(wu)開始(shi)適應水質(zhi)環(huan)境，細胞生(sheng)(sheng)長速率增大，生(sheng)(sheng)物(wu)量也逐漸增加。
從微生(sheng)物豐度(du)方(fang)面看(kan)，最(zui)初接種的(de)絮狀污泥的(de)物種豐度(du)最(zui)高，而在造粒階段開始下降，這可能(neng)是由(you)于有毒物質的(de)干擾以及絮凝(ning)污泥的(de)排(pai)放(fang)造成(cheng)的(de)。
當顆粒污泥達(da)到穩定運行后，生物量濃(nong)度增加，微(wei)生物多樣(yang)性得到一定程度的恢復。
Yu JIANG等通過(guo)實驗發現，經過(guo)長時(shi)間的操作，微生物(wu)(wu)的均勻性和多樣性呈現先下降后上升的趨(qu)勢，而且污泥造粒過(guo)程中(zhong)微生物(wu)(wu)群落發生了顯著變化。
好(hao)氧顆(ke)粒污(wu)泥微生物(wu)的(de)群落結構在(zai)形(xing)成過(guo)程中不(bu)斷動態演變。在(zai)門(men)級水平(ping)上，變形(xing)菌(jun)(jun)(jun)門(men)在(zai)接種絮(xu)狀污(wu)泥中占(zhan)比最高，其次是放線(xian)菌(jun)(jun)(jun)門(men)、糖化(hua)菌(jun)(jun)(jun)門(men)、厚壁菌(jun)(jun)(jun)門(men)和衣(yi)原(yuan)體(ti)門(men)等(deng)(deng)。形(xing)成好(hao)氧顆(ke)粒污(wu)泥后，變形(xing)菌(jun)(jun)(jun)門(men)、放線(xian)菌(jun)(jun)(jun)門(men)仍是優勢(shi)菌(jun)(jun)(jun)門(men)，擬桿菌(jun)(jun)(jun)門(men)、衣(yi)原(yuan)體(ti)門(men)和硬毛菌(jun)(jun)(jun)門(men)豐(feng)度逐漸(jian)提高，也逐漸(jian)成為(wei)系(xi)統(tong)中的(de)優勢(shi)菌(jun)(jun)(jun)群。進(jin)一(yi)步研究發現，變形(xing)菌(jun)(jun)(jun)門(men)在(zai)整個顆(ke)粒化(hua)培(pei)養過(guo)程中豐(feng)度均(jun)相(xiang)對較(jiao)高。變形(xing)菌(jun)(jun)(jun)門(men)相(xiang)對豐(feng)度較(jiao)高的(de)原(yuan)因(yin)是由(you)于(yu)該(gai)分(fen)類下的(de)假單胞菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)、短波單胞菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)等(deng)(deng)微生物(wu)能(neng)夠以苯胺、苯酚等(deng)(deng)芳(fang)香族化(hua)合物(wu)為(wei)碳(tan)源(yuan)，對石化(hua)廢水具有更好(hao)的(de)適(shi)應能(neng)力。
在(zai)綱(gang)級水(shui)平上，接種絮狀污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中的主(zhu)要類別是甲型(xing)變(bian)(bian)形(xing)菌(jun)(jun)綱(gang)、放線菌(jun)(jun)綱(gang)、丙型(xing)變(bian)(bian)形(xing)菌(jun)(jun)綱(gang)、暖繩菌(jun)(jun)綱(gang)、梭(suo)狀芽孢(bao)桿菌(jun)(jun)綱(gang)和衣(yi)原(yuan)(yuan)體綱(gang)等。在(zai)好(hao)氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)完全形(xing)成后，優勢菌(jun)(jun)群(qun)以(yi)α-變(bian)(bian)形(xing)菌(jun)(jun)綱(gang)、β-變(bian)(bian)形(xing)菌(jun)(jun)綱(gang)和γ-變(bian)(bian)形(xing)菌(jun)(jun)綱(gang)為主(zhu)，這也是變(bian)(bian)形(xing)菌(jun)(jun)門占比最高的原(yuan)(yuan)因(yin)。成熟(shu)的好(hao)氧顆(ke)粒污(wu)(wu)泥(ni)(ni)內富集了多種芳(fang)香族降解菌(jun)(jun)株，它們(men)在(zai)富含苯胺、苯酚的環境中具有(you)代謝潛能，從而有(you)效(xiao)去除了有(you)毒物質(zhi)和COD。
在屬(shu)(shu)級水(shui)平上，相對接種污(wu)泥，好氧(yang)顆粒污(wu)泥完(wan)全成(cheng)熟后(hou)微(wei)生物(wu)的組(zu)成(cheng)發生了顯著變化。好氧(yang)制粒完(wan)成(cheng)后(hou)，微(wei)生物(wu)成(cheng)分濃縮，假(jia)單(dan)胞(bao)菌成(cheng)為優勢菌屬(shu)(shu)。假(jia)單(dan)胞(bao)菌是污(wu)水(shui)處理系統(tong)中最常見的菌屬(shu)(shu)之一(yi)，可用于去除苯酚、除草劑和(he)重金(jin)屬(shu)(shu)等多種污(wu)染(ran)物(wu)。
叢毛單胞菌屬(shu)也是成(cheng)熟的(de)好氧(yang)顆(ke)粒(li)污泥(ni)中豐(feng)度較(jiao)高(gao)的(de)菌屬(shu)，屬(shu)于β-變形菌綱的(de)一員。它(ta)是好氧(yang)顆(ke)粒(li)污泥(ni)反(fan)應器(qi)處理高(gao)濃度含(han)銨、芳烴和鹽類(lei)混合物廢(fei)水的(de)優勢屬(shu)之一。可以看(kan)出(chu)，成(cheng)熟的(de)好氧(yang)顆(ke)粒(li)污泥(ni)含(han)有(you)(you)多種(zhong)能夠(gou)降解苯胺、苯酚等有(you)(you)毒物質的(de)功能微生(sheng)物菌群，顯示了好氧(yang)顆(ke)粒(li)污泥(ni)技術(shu)在難降解有(you)(you)機(ji)廢(fei)水處理中的(de)巨大應用潛力。
表2總結了降解石(shi)化(hua)廢(fei)水(shui)中苯(ben)酚、苯(ben)胺以(yi)及其(qi)他特(te)征(zheng)有(you)機污染物的(de)部分高效功(gong)能(neng)性菌(jun)株，合理利用這些菌(jun)株，可作為(wei)強化(hua)手段提高現行石(shi)化(hua)廢(fei)水(shui)生物處理工藝的(de)處理效能(neng)。
3 結 論
對好氧顆粒污泥技術在石化(hua)廢水處理領域研究進展進行梳理，得出如下結論：
首先，基于好氧顆粒污泥技(ji)術(shu)生(sheng)物量高(gao)、微(wei)生(sheng)物組成多樣、耐高(gao)負荷和耐高(gao)毒性等優點(dian)，可用于實(shi)現(xian)石(shi)化廢水中難降解或潛(qian)毒性有(you)機污染物的高(gao)效削減。
其次，作為(wei)好氧顆(ke)粒(li)污泥(ni)技術的(de)主要(yao)難點(dian)(dian)，顆(ke)粒(li)形成過程(cheng)和顆(ke)粒(li)穩(wen)定性(xing)一直是關注的(de)焦點(dian)(dian)問(wen)題(ti)。可以通(tong)過添加共基質或金(jin)屬離(li)子(zi)的(de)方式加速顆(ke)粒(li)的(de)形成，而通(tong)過促進EPS的(de)分泌、優勢微生(sheng)物的(de)富集則能有效提高顆(ke)粒(li)穩(wen)定性(xing)。
另(ling)外，提(ti)高顆粒污泥中微生(sheng)物(wu)(wu)的多樣性、篩選馴化特定污染物(wu)(wu)降解菌(jun)以及微生(sheng)物(wu)(wu)信號(hao)分子調控等手(shou)段都將是強(qiang)化石化廢水生(sheng)物(wu)(wu)法處理效率及系統穩(wen)定性的重要調控策略。
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