难降解有机物的生物处理技术进展_李杰

难降解有机物的生物处理技术进展李杰同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092摘要:难降解有机物严重污染和威胁人类身体健康,因此难降解有机物的治理技术研究是目前水污染防治研究的热点与难点。近年来,难降解有机物的生物处理技术研究取得了广泛的成果。目前运用生物技术处理难降解有机物的主要技术路线,包括共代谢技术、缺氧反硝化技术、高效菌种技术、细胞固定化技术、厌氧水解酸化预处理技术。关键词:共代谢;缺氧反硝化;高效菌种;细胞固定化;厌氧水解酸化中图分类号:X791文献标识码:A文章编号:1003-6504(2005)增-0187-03难降解有机物是指被微生物分解时速度很慢,分解不彻底的有机物(也包括某些有机物的代谢产物),这类污染物易在生物体内富集,也容易成为水体的潜在污染源。这类污染物包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机氰化物、有机磷农药、表面活性剂、有机染料等有毒难降解有机污染物。这些物质的共同特点是毒性大,成份复杂,化学耗氧量高,一般微生物对其几乎没有降解效果,如果这些物质不加治理地向环境排放,势必严重地污染环境和威胁人类的身体健康。随着工农业的迅速发展,人们合成了越来越多的有机物,其中难降解有机物占了很大比例,因此难降解有机物的治理研究已引起国内外有关专家的高度重视,是目前水污染防治研究的热点与难点。难降解有机物的生物处理技术研究已经取得广泛的成果,根据不同的机理,形成了许多技术路线,包括共代谢技术、缺氧反硝化技术、高效菌种技术、细胞固定化技术、厌氧水解酸化预处理技术等。1共代谢技术共代谢是微生物为了适应复杂的生存环境而长期进化形成的一种特性。在共代谢过程中,微生物利用一种基质的同时还能够分解另外一种基质。微生物利用一种易于摄取的基质作为碳和能量的来源,称为第一基质,同时共代谢基质或者称为第二基质被微生物分解。第二基质的共代谢产物通常不能直接作为营养被转化为细胞质。第二基质的共代谢是需能反应,能量来自第一营养基质的产能代谢[1]。共代谢存在于各种各样的微生物中,包括好氧微生物、厌氧微生物和自养微生物。第一基质包括多种多样的化合物,例如简单的脂肪烃类、芳香烃类、多糖、蛋白质以及无机物例如氨等。第二基质也是多种多样,包括很多难降解物作者简介:李杰(1981-),男(土家族),硕士,研究方向为水污染控制,(电子信箱)laosou@etang.com质,如稠环芳烃、杂环化合物、染料中间体以及农药[2]。在微生物共代谢反应中产生的既能代谢转化生长基质又能代谢转化目标污染物的非专一性的酶是微生物共代谢反应发生的关键,这种非专一性的酶被称为关键酶。共代谢的作用机理实际上是非专一性关键酶的产生和作用的机理。目前在污水处理领域报道的关键酶主要有两大类,即单氧酶和双氧酶。这两类酶通常处在反应链的首端或末端,是整个反应的“步伐控制器”,其数量与活性决定整个反应进行的速率和程度。关键酶的一个重要的特点是其诱导性,通常只有在一定浓度的诱导基质存在时细菌才能合成并释放关键酶。所以共代谢只有在诱导基质存在且达到一定浓度时才能够发生。通常对于难降解的工业有机废水,由于缺乏易降解的诱导基质,使有机物的生物降解难以进行。研究表明,通过补充碳源的方式可以促进共代谢的发生,提高难降解有机物的降解性。例如:施汉昌[3]等通过补充碳源大大提高了啤酒废水污泥对氯酚的降解作用。Puhakka等[4]利用共代谢原理,在厌氧反应器中添加初级基质来处理含氯酚的废水。2缺氧反硝化技术在缺氧条件下,反硝化菌可以利用有机碳源作为反硝化过程的电子供体,而以硝酸盐氮(NO-3-N)或亚硝酸盐氮(NO-3-N)作为电子受体进行厌氧呼吸,因此,反硝化过程可以在脱氮的同时去除有机碳。缺氧反硝化降解难降解有机物就是在缺氧条件下,为反硝化菌提供适当比例的氮源,使反硝化菌对有机物进行降解。在缺氧反硝化过程中投加的N源是有机物降解的关键和限制因素,C/N比对缺氧反硝化的降解效果有重要意义[5]。当C/N比过大时,有机物的降解不完全,当C/N比过小时,出水中会含有过量的硝酸盐氮或亚硝酸盐氮,只有在适当的C/N比下,才能保证有机物的完全降解以及出水中几乎没有硝酸盐氮或亚·187·难降解有机物的生物处理技术进展李杰DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.2005.s1.080环境科学与技术硝酸盐氮。目前缺氧反硝化技术在处理焦化废水中的难降解有机物的研究中已经取得了很好的效果。焦化废水中含有大量有毒难降解的有机物,如酚类、杂环芳烃、多环芳烃等。有研究表明对焦化废水中几种主要的含氮杂环有机物(吡啶、吲哚、喹啉、异喹啉、2甲基喹啉)在缺氧条件下都可以降解,其中吡啶的缺氧生物降解速率最快[6]。3高效菌种技术传统的活性污泥法和生物膜法处理废水大多利用的是自然的或是经过一定驯化的