强疏水性多环芳烃在焦化废水生物处理过程中的污泥相转移与共基质降解

As a typical kind of organic pollutant in coking wastewater, super-hydrophobic polycyclic aromatic hydrocarbons (SH-PAHs) show great difficulties in both degradation and fate analysis due to their characteristics of low-solubility, low-biodegradablity, and high environmental risk. Benzo[a]pyrene (BaP), a representative SH-PAHs, will be selected as the chemical probe for analysing the behaviors of SH-PAHs as follows: (1) investigating the effect of benzene and phenol, two main pollutans in coking wastewater, on the solubility and phase-distribution of SH-PAHs; and (2) analysing the pricipal mechanisms of co-substrate in the biological degradation of SH-PAHs based on the data collection with BaP probe ; then (3) build up the coupling reactors to achieve the efficient degradation of SH-PAHs in micro concentrations. The study emphasises will be put on the adsorption and enrichment of SH-PAHs on sludge, the similarity of SH-PAHs, and the identification of functional microbials. The results will be used to construct a well mass transfer bio-reactor, which is combined with the immobilization microbials, and the effectiveness of BaP probe and the promotion of co-substrate degradation will be examined.

焦化废水中普遍存在PAHs，强疏水性多环芳烃(SH-PAHs)的降解与归趋是污染控制的难点，急需发展水相和污泥相中其原位削减的技术。废水中的SH-PAHs表现出溶解度低、易被污泥富集、生物代谢困难、环境风险高的特征，以苯并(a)芘(BaP)作为主线，考察苯和苯酚对SH-PAHs溶解度与相分配的影响，解析降解过程中的共基质代谢原理，基于溶剂效应与共基质降解明确BaP探测SH-PAHs的条件规律，指导基质调控功能微生物生长偶联反应器的构建，分别实现水相和污泥相中SH-PAHs浓度的趋零降解。重点阐明BaP在污泥相中的富集行为，分析SH-PAHs的相似性，从焦化污泥中识别与鉴定降解BaP的功能微生物,了解基因丰度的变化及代谢潜能，把功能微生物固定化于载体上，在传质性能良好的反应器中实践共基质调控的降解，检验BaP探测SH-PAHs浓度与共基质促进SH-PAHs降解的原理可靠性，构建技术基础。

焦化废水中含有高浓度的苯酚及普遍存在的PAHs，废水中的PAHs表现出溶解度低、易被污泥富集、生物代谢困难、环境风险高的特征。基于苯酚具有疏水的苯基，又含有亲水的羟基，研究了焦化废水中苯酚对PAHs相分配及溶解度的影响，明确了苯并(a)芘为代表的疏水性PAHs在焦化废水中的溶剂效应与苯酚浓度的相关性，在一定的条件下，苯酚与PAHs可以实现同步降解。. 基于苯酚、表面活性剂的增溶作用及相对PAHs的易降解性，研究了不同共基质对焦化废水原水PAHs生物降解的影响，葡萄糖、苯酚、表面活性剂等基质均有促进作用，其中表面活性曲拉通X-100（Triton X-100,TX100）的促进作用最明显，可以提高PAHs降解率92.3%，且两种基质添加有协同作用，因而在含苯酚的焦化废水实际的工程应用中TX100等表面活性剂的加入可以大幅度提高焦化废水中PAHs的原位削减；对PAHs降解过程中微生物种群的变化进行了高通量的测序分析，探究了基质添加、PAHs浓度对微生物种类及丰度的影响，解析了PAHs降解率与微生物种群结构的相关性， TX100作为共基质时， PAHs降解菌大量增长，常见的PAHs降解菌Alcaligenes、Diaphorobacter、Sphingobium、Sphingopyxis、Stenotrophomonas的相对丰度分别为1.16%、6.56%、10.05%、5.93%、9.33%。 在焦化废水活性污泥中，筛选到了能够降解萘、菲、芘、苯并(a)芘等多环芳烃的高效降解菌Stenotrophomonas sp. N5，同时筛选到了能够高产生物表面活性剂提高PAHs传质的Pseudomonas aeruginosa S5，两种菌共同投加到焦化废水中进行了生物强化降解试验，提高了PAHs的原位降解，对比TX100共基质的投加，两种菌的投加降低了水处理的负荷，减少了运行费用。. 项目构建了以苯酚、表面活性剂等物质为共基质的多环芳烃降解体系，构建了多环芳烃降解菌群与表面活性剂菌的强化体系，提高了焦化废水中疏水性多环芳烃的降解率，研究表明：焦化废水处理工程可以通过基质调控及微生物强化等手段大幅度提高PAHs的原位生物削减，降低外排污泥的环境风险。