生物强化技术及其在污水处理中应用研究评述

在传统废水生物处理过程中,难降解有机污染物的存在和外界环境的变化会抑制土著微生物的活性,从而影响废水处理效果。生物强化技术是向生物处理系统中引入特定的高效降解功能微生物,通过微生物自身所具备的降解机制对污染物质进行降解,达到有效处理废水的目的。相较于传统生物处理法,生物强化技术能更好地提高难降解污染物处理效果,维持系统的稳定性,减少污泥的产生,缩短系统的启动时间,并可以使系统表现出良好的抗冲击负荷能力。目前生物强化技术研究主要集中在高效菌群对难降解有机污染物的高效降解作用和优势菌种对于极端环境的耐受能力等方面。文章综述了生物强化技术的作用机理,主要有高效菌通过自身携带的降解基因或分泌的降解酶对污染物质的直接降解作用、微生物的共代谢作用和群体感应作用;介绍了生物强化技术中优势菌种的3种获取方式,分别是从自然界中直接进行驯化筛选、构造基因工程菌以及通过水平基因转移获取的方式;论述了生物强化技术的作用形式,包括直接将微生物投加到目标水体中、应用微生物固定化技术和研制生物强化菌剂进行投加的3种方式;另外还总结了近几年来生物强化技术在景观水体、土壤修复、产能和水处理等方面的应用,最后阐述了生物强化技术研究存在问题和新路径。     

潜流人工湿地中有机污染物降解机理研究综述

人工湿地是一种完整的生态系统,它是利用系统中发生的物理、化学和生物等多重协同作用实现对污水的净化功能.开展潜流人工湿地中废水处理的机理、湿地内部有机污染物的迁移转化、湿地工艺设计及其水力学、动力学参数的研究,对环境废水中有机污染物的去除及生态安全具有重要意义.文章主要从化学、生物、设计参数等方面论述了人工湿地废水处理中有机污染物的降解及其机理研究进展.化学因素主要包括溶解性有机质(DOM)对有机污染物的迁移转化、氧化还原环境(Redox)及废水中电子受体的存在对有机质的分解状况、不同溶解氧(DO)水平为厌氧、好氧细菌对有机物的生物降解及湿地内反应动力学模型建立等因素对废水中有机污染物降解的作用及影响;生物因素主要涉及植物和微生物的作用,湿地中的生物降解是有机污染物的主要去除方式;在工艺参数方面,主要就水流特性、孔隙度、停留时间(HRT)、水力负荷(HLR)和水位等因素对湿地中有机污染物去除的影响进行了探讨.     

土壤原位修复技术研究与应用进展

土壤原位修复技术是指不经挖掘,直接在污染场地就地修复污染土壤的土壤修复技术,具有投资低,对周边环境影响小的特点,是土壤修复的研究热点。土壤原位修复技术主要有淋洗,气相抽提（SVE）,多相抽提（MPVE）,气相喷射（IAS）,生物降解,原位化学氧化（ISCO）,原位化学还原,污染物固定,植物修复等。淋洗法主要用于治理高渗透性土壤中的重金属和难挥发降解的有机物。土壤气相抽提和喷射技术适用于处理土壤中的易挥发污染物,并有常与加热技术,生物处理技术等联用,可以起到促进污染物挥发,增氧促分解的作用。多相抽提法主要用于治理存在大量非水相流体的污染场地,可将土壤中有机相污染物直接抽出。生物降解有生物好氧降解、生物厌氧降解、生物还原降解多种,降解方式由污染物种类和地质条件决定。化学方法可将污染物氧化或还原为低毒无毒物质,周期一般较短。固定污染物可以直接加入药剂反应生成沉淀,也可制造合适条件使微生物生成可沉淀重金属的离子。植物修复主要用于富集重金属,成本低廉,但富集了重金属的植物体的有效利用尚待进一步研究。土壤原位修复需要因地制宜,灵活结合工期、污染情况、地质条件、地面设施等,得出最经济实用的修复方法,并在辅助提高技术上展开更多研究,使原位修复技术更经济有效。     

煤化工中焦化废水的污染、控制原理与技术应用

煤化工废水成分复杂,毒性大,以焦化废水最具代表性,研究废水中典型污染物的控制原理很有必要.从煤制气、煤制焦、煤制油及煤制甲醇4个方面介绍了煤化工过程在能源与经济方面上的地位与特点,分析了煤化工过程水污染特征与水污染控制的共性问题,对水质结构的描述及其变化过程的理解是水处理工艺选择的科学基础.固相微萃取(SPME)与GC-MS结合的分析手段能够快速、准确地获得废水水质的化学结构特征及浓度水平的信息,基于元素分析可以获知典型污染物的转化与归趋;结合废水组成、反应、降解与转移的定量考察,可以深入了解废水的生成机制及其处理过程的变化;根据污染物特征选择有效的化学原理如吸附与催化氧化的结合,根据惰性污染物的存在选择生物电化学催化分解,基于协同降解或共基质降解,培养功能微生物,构建基因工程菌,开发功能微生物的应用技术.上述可归纳为根据不同污染物的性质提出相适应的去除原理,系统考虑废水的成分特征、化学转化、生物转化以及相互协调优化,追求更高水平上实现污染物转化与降解的技术目标.最后,根据煤化工焦化废水处理目前暴露的缺陷,提出了未来需要加强研究的若干关键问题.     

高级催化氧化法去除水中邻苯二甲酸酯的研究进展

普遍认为,邻苯二甲酸酯类物质（Phthalic Acid Esters,PAEs）是内分泌干扰物质（Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs）,被广泛应用于增塑剂、化妆品中,具有致畸性,致癌性,致突变性以及拟/抗雌激素活性、拟/抗甲状腺激素活性等内分泌干扰特性。邻苯二甲酸酯类物质很容易扩散到环境中,在土壤、大气、水环境中均有检出,是环境中常见污染物,严重威胁人体健康和生态环境,已经引起国内外的广泛关注。在综述邻苯二甲酸酯类物质的物理化学性质、毒性影响、国内外天然水体、地下水和生活污水中的污染现状的基础上,讨论消除水环境中PAEs污染的强化混凝、吸附、膜处理、生物处理和高级氧化技术。高级氧化技术因其能够快速有效地去除饮用水和污水中不同种类的有机污染物而备受关注,且发展迅速。重点介绍了高级催化氧化法对水环境中PAEs的去除,包括催化湿式过氧化物氧化过程,催化臭氧氧化过程,光催化氧化过程,超声波、微波辅助催化氧化过程以及高级纳米催化氧化过程。其中,Fenton催化氧化技术在氧化过程中通过使用催化剂或协同紫外光等方式产生高度反应性羟基自由基,可无选择性地将PAEs完全降解为无毒无害的小分子物质,对PAEs的氧化去除效果最好。虽然在高级氧化过程中应用催化剂可大大提高氧化效率和降解程度,但催化氧化法耗能较大、催化剂消耗量大、受水体pH值的影响,且研究大多限于实验室阶段,未能大量投入工业应用,需要进一步发展创新。因此,开发新型高效催化剂、提高催化剂选择性、优化催化氧化反应条件、优化设计催化反应器、与其他技术耦合是水体中PAEs类环境激素污染控制技术的发展方向。     

光伏产业清洗剂废水低温生物处理

光伏产业清洗剂废水冬季生物处理难稳定达标.操作参数调控与工艺的优化组合对微生物活性的提高及清洗剂废水稳定达标处理的实现具有重要意义.本研究通过实验室摇瓶试验以COD(Chemical Oxygen Demand)去除率、COD去除速率等为表征指标探究不同温度以及低温下p H、C/N(COD/NH_4~+-N)及处理工艺等对该废水生物处理效果的影响.结果显示,10℃下清洗剂废水生物处理效果受到明显抑制,21.5 h时COD去除率仅为49.7%,较30℃下降31.0%;偏碱性条件更利于该废水的处理.p H 8条件下COD去除率较p H为5.5时提高57.2%;初始C/N在8:1到32:1之间更利于该废水的处理.清洗剂废水在生物处理后期均出现降解停滞现象.进一步比较不同工艺下清洗剂废水的低温(15℃)处理效果,在15℃、p H 7-8和C/N 16:1条件下,相比活性污泥法,接触氧化法可将COD去除率提高7.5%左右;而两段式接触氧化法可将第二段处理中的COD去除率提高16.6%左右,最终出水达到污水综合排放标准(GB 8978-1996)中的一级标准.本研究通过两段式接触氧化实现了清洗剂废水的有效处理,但是该废水的降解动力学及两段式接触氧化体系中的微生物低温降解机理还有待进一步的研究和验证.(图4表3参19)     

废水生物强化处理技术研究进展

生物强化技术具有高效去除目标污染物、加速系统启动、提高系统抗水力及有机负荷能力以及优化系统菌群结构和增强功能稳定性等功能,在废水生物处理实际应用中潜力巨大.总结了国内外废水生物强化处理技术研究进展,在功能微生物选育方面,通过传统选育手段与基因工程手段并举来实现;在功能菌应用与生物强化处理工艺方面,主要通过所投加的功能菌直接作用或是利用基因水平转移(HGT)来实现生物强化;在分子检测技术方面,随着分子生物学的发展,一些技术如变性梯度凝胶电泳(DGGE)、核糖体间隔基因分析方法(RISA)及荧光原位杂交(FISH)等在与微生物生态学研究中得到了广泛应用.分析认为,应用分子生物学等先进技术手段,探讨废水生物强化处理工程应用过程中的微生物生态学机制,并以此为指导研发高性能菌剂,将是本领域的研究重点与方向之一.     

高浓度有机废水深度氧化治理技术进展

介绍处理废水中生物难降解有机污染物的深度氧化技术———湿式空气氧化法、超临界水氧化法、复合空气氧化法、光化学氧化法及其相应的催化氧化法,评价这些方法的特点及应用前景。     

土壤中总石油烃污染（TPH）的微生物降解与修复研究进展

微生物降解和修复是处理土壤中总石油烃(TPH)污染最简单、有效的方法之一.论文阐述了土壤TPH污染的产生、危害以及物理、化学、生物等修复方法的各自特点,其中重点介绍了微生物修复方法,论述了土壤中TPH在微生物表面的吸附、转运,在微生物体内的降解以及相关降解酶及基因;详细介绍了电子受体、温度、pH、营养元素等外界因素对微生物修复TPH污染的影响,在此基础上对土壤TPH污染的微生物修复现状和发展趋势进行了讨论.     

强化高锰酸钾氧化体系中自由基的产生与利用研究进展

高锰酸钾在水处理行业中的应用已趋于成熟,但与臭氧、芬顿及其他高级氧化技术相比,高锰酸钾与难降解有机污染物的反应速率较低,需要与其它方法联用来强化自身的氧化能力.近年来随着对强化高锰酸钾氧化机理研究的不断深入,人们发现该体系中产生的自由基对有机污染物的降解有显著的促进作用.为此本文综述了强化高锰酸钾氧化体系中各类无机与有机自由基的产生路径和促进有机污染物降解的机制,提出了后续的研究展望,以期为强化高锰酸钾氧化技术的进一步推广提供理论依据.     

两相分配生物反应器治理高浓度有机污染研究进展

高浓度有机污染物难以进行生物降解的主要原因之一是其会对微生物产生较大毒害作用而抑制微生物生长以及降解过程,而两相分配生物反应器(Two-phase partitioning bioreactor,TPPB)可以有效解决污染物毒性的问题,因而在高浓度有机污染治理中具有较大的应用潜力.本文系统介绍了TPPB类型以及各自的工作原理,即TPPB通过非水相的引入可以溶解系统内大部分有机污染物,减少水相中污染物的浓度,降低其对微生物的毒性,并通过微生物的代谢活动实现污染物的降解,随着降解过程的进行污染物在两相间的分配平衡不断被打破,污染物又不断从非水相进入到水相之中,使得微生物的降解过程持续进行.同时分析了反应过程中的各种影响因素,如传质速率、微生物影响等,进而阐述了该技术在水体、土壤、大气污染治理中的应用,最后根据目前的研究进展,对TPPB技术的工程应用前景进行了展望.     

紫外-Fenton试剂的作用机理及在废水处理中的应用

本文研究了紫外光、铁离子对过氧化氢的催化分解作用.证实了紫外光和铁离子对过氧化氢的催化分解存在协同效应,并通过研究三价铁离子与紫外光的相互作用,探讨了协同效应产生的机理.UV-Fenton试剂对硝基苯、十二烷基苯磺酸钠(DBS)模拟废水的处理结果表明:将紫外光引入Fenton试剂可大大提高Fen-ton试剂的氧化性能,对生物难降解或难化学氧化的有机污染物具有良好的处理效果.     

基因工程菌在石油污染修复中的研究进展与前景

构建基因工程菌（genetically engineered microorganisms,GEMs）是石油污染生物修复的重要发展方向.目前,通过基因编辑、过表达和定向进化等手段改造微生物的石油污染物降解和调控途径,可以提高微生物的环境适应能力和污染物降解能力,用于石油污染物的生物降解和监测.本文概述了石油污染物降解基因工程菌的主要构建策略,包括选择和改造宿主菌、改造与优化石油污染物关键酶和代谢通路、开发微生物全细胞传感器和构建基因工程菌的自毁程序.此外,基因工程菌也可用于石油污染的酶修复、微生物菌群修复和细菌-植物联合修复.随着系统生物学和合成生物学在降解微生物中的应用,基因工程菌在石油污染修复中展现出良好的研究和应用前景.     

多氯联苯微生物厌氧脱氯研究进展

多氯联苯是一种典型的持久性有机污染物,其在环境中的转化归趋备受关注.在厌氧条件下,多氯联苯可以通过微生物脱氯进行降解,该降解方式虽然广泛存在于自然界中,但是受生物地球化学因素的影响较大,调控较为复杂.本文对多氯联苯的厌氧微生物脱氯降解进行综述,讨论了脱氯路径和自然界中8种主要脱氯历程;脱氯微生物及相关的微生物还原脱卤酶;影响脱氯速率、程度和历程的主要物理和地球化学因素(温度、pH和氧化还原水平、碳源、电子受体、电子供体及抑制物).最后分析了多氯联苯厌氧脱氯研究中存在的问题并对其前景进行展望.     

强化微生物修复石油污染海洋的研究进展

海洋石油污染使石油烃(Petroleum hydrocarbons,PHCs)成为海洋重要有机污染物.快速有效清除石油污染物是当前急需解决的海洋环境问题之一.利用石油烃降解菌(Petroleum hydrocarbon-degrading bacteria,PHDB)进行的原位微生物修复是一种对环境友好且较经济的清除石油污染场所和管理海洋表面溢油的有效技术.本文综述了石油烃降解菌的特性和对环境的适应性.重点分析探讨了引入外源微生物,投加生物表面活性剂、添加营养物质和增加溶解氧含量、采用微生物固定化技术等方法强化原位微生物修复石油污染海洋的机制和研究进展.展望了海洋石油污染微生物修复领域的研究前景.     

硅酸钙吸附法预处理焦化废水中COD和NH3-N

焦化废水是一种典型的含有高污染、难降解有机物的高浓度工业废水,生物处理是目前处理焦化废水的核心技术.由于焦化废水高浓度污染物对微生物活性产生抑制作用,经生物处理后其COD及NH3-N等指标仍很难达标.因此,在进入生物处理系统前往往采用物理法或化学法对焦化废水进行预处理,使氰化物、COD及NH3-N等难降解物指标得到一定程度的降低,为后续生物处理降低负荷.     

过硫酸盐的活化及其在氧化降解水中抗生素的机理和应用

抗生素是一类用于阻止和治疗微生物传染性疾病的人用和兽用药物,在人类和动物疾病治疗领域以及水产养殖业有着广泛的用途.近年来,抗生素作为一种新型污染物不断排入水体并且在水体中持续存在,对水生态环境以及人类健康造成了威胁.基于硫酸根自由基（SO·4-）的高级氧化技术因其快速高效、适用范围广等特点,其在处理抗生素废水已经成为国内外研究热点.本文综述了近年来国内外利用UV、热、过渡金属、金属氧化物、零价金属、碳基材料、有机物、组合方式等常规及新型活化方法活化过硫酸盐以及处理抗生素废水的研究进展,并讨论了不同活化方式对抗生素的降解效率及机理的影响,最后展望了过硫酸盐高级氧化技术应用于抗生素降解的研究方向和挑战.     

微生物细胞色素P450酶及其对异源物质的代谢研究进展

细胞色素P450是一类广泛存在于动植物和微生物中的亚铁血红素-硫醇盐蛋白超家族,参与外源物质如药物、除草剂、杀虫剂和许多持久性难降解有机污染物等的生物氧化和降解.基于近年来文献综述P450酶的命名及分类、结构和催化机制,并总结微生物来源的P450酶在代谢和降解异源物质方面取得的研究进展.P450基因超家族主要依赖于氨基酸序列一致性进行统一命名和分类;P450酶结构虽较为保守,但其对底物的识别位点缺乏保守性,是构成其催化多样性的结构基础;细菌和真菌来源的部分P450酶能够代谢和降解异源物质,如多环芳烃、除草剂等,但效率较低,实际应用可能性较小.未来结合各种组学,需继续挖掘高效降解异源物质的P450酶资源,并对已有对异源物质有降解作用的P450酶进行蛋白分子改造,提高其活性并实现污染环境的生物修复.     

微生物固定化降解含聚废水

采用微生物固定化技术降解含聚废水.将混合菌固定化制得的微生物固定化颗粒加入到含聚废水处理工艺的生化池单元中,进行含聚废水处理的模拟实验.通过曝气和添加营养物质的方式对含聚废水进行可生化性调整,以提高废水的生化比,使其达到可以生化处理的水平.实验流程分为静态和动态两部分.微生物固定化静态处理含聚污水3 d后,出水的PAM含量为82.2 mg.L-1,降解率可达83.6%;微生物固定化动态处理含聚废水3 d后,出水的水质指标趋于稳定,PAM含量为104 mg.L-1,降解率为79.2%;原油含量为8.5 mg.L-1,去除率为98.8%;CODCr含量为119 mg.L-1,去除率为85.5%.出水水质指标达到国家污水综合排放的二级排放标准.利用紫外光谱分析PAM在微生物降解前后的光谱变化,结果表明经微生物降解后的PAM结构中的羟基和酰胺基已被降解.     

两级Fenton法预处理高浓度高色度铜拉丝乳化液实验研究

金属线材厂拉制线材用的铜拉丝油由基础油(矿物油、植物油和合成油)、乳化剂、抗氧化剂、抗泡剂等物质组成,能与水形成稳定的乳化液,主要起冷却、润滑、清洗、防锈等作用,经冷热交替和微生物降解会导致其变质,需要周期性的更换,产生需要处理的废乳化液。废乳化液量随着线缆行业的快速发展越来越多,该废液呈蓝色且有机物浓度高,若排放将对周围环境产生严重污染,经过处理达标排放成为该类企业的当务之急。Fenton氧化法是一种高级氧化技术,在酸性条件下,H_2O_2被Fe~(2+)催化分解并产生大量具有强氧化性的·OH,通过·OH氧化降解废水中的有机物,达到废水净化的目的。在处理有毒有害难生物降解有机废水方面具有较强的应用优势;本研究采用两级Fenton氧化法对高浓度高色度铜拉丝乳化液进行预处理,通过实验研究了H_2O_2和FeSO_4投加量、初始反应pH值、反应时间等因素对该废水处理效果的影响。结果表明,首级Fenton法处理废水的最佳反应条件为:pH值为2、H_2O_2(质量分数30%)投加量为140 mL·L~(-1)、FeSO_4(质量分数10%)投加量为96mL·L~(-1)和反应时间为40 min;二级Fenton氧化法考察了H_2O_2及FeSO_4投加量、反应时间等因素处理首级Fenton上清液的情况,结果表明:H_2O_2(30%)投加量为144 mL·L~(-1),FeSO_4(10%)投加量为192mL·L~(-1),初始反应pH值为2,反应时间为80min。原水COD约40000mg·L~(-1)降低到2000mg·L~(-1)以下,COD去除率高达95%,颜色从蓝色变成了无色,满足了后续生化处理对进水浓度的要求。为解决同类高浓度铜拉丝乳化液废水预处理提供了技术参考。