用特定微生物“吃掉”工業廢水污泥

經過二十多年的研發積累，團隊已建立了難降解污染物高效降解菌種質資源庫，保存了各類高效降解菌株1000余株，降解底物涉及化工行業的多種特征污染物，如芳香烴類污染物、有機氮類污染物、雜環類污染物、鹵代芳香烴類污染物、抗生素類及國家目前重點關注的新污染物等。

近日，江蘇豐山集團股份有限公司（以下簡稱豐山集團）的廢水、污泥處理池，正在24小時不間斷“化污”。

近年來，豐山集團因公司農藥原料藥合成規模的不斷擴大和新農藥產品的開發，廢水污染物類型發生了一定的變化?？紤]到未來發展，公司對原廢水處理站進行了擴容改造。

“采用蔡老師團隊研發的高鹽、高氮、高毒性工業廢水處理技術后，現在廢水中總氮、總磷的降解率能達到90%以上，污泥也能減毒減量，從以前的每天十二三噸降低到現在的每天一兩噸?！必S山集團副總裁單永祥說。他口中所說的蔡老師，指的是南京農業大學教授、博士生導師蔡天明。

用高效降解菌“吃掉”工業廢水的污染物，讓超聲破壁技術和降解菌“聯姻”將污泥中的菌膠團打散、降解，讓污水污泥處理、處置更加有的放矢，是蔡天明團隊近年來為豐山集團量身定制的環保治理方案。

前不久，以這些技術為核心的“高鹽、高氮、高毒性工業廢水及含重金屬廢水處理技術研究與工程示范”項目通過江蘇省生態環境廳驗收?！拔覀兿Ｍ茚槍ば袠I排污的重點、難點問題，形成成套技術，幫助企業精準治污、科學治污?！辈烫烀髡f。

摸清廢水“家底”有的放矢

走進南京農業大學資源與環境學院實驗室，3個零下80攝氏度的冰箱中，儲藏著密密麻麻的冷藏盒。蔡天明團隊培育的高效降解菌就保存在冷藏盒的一根根甘油管里。

“降解菌指的是能降解污染物的微生物。在處理農藥、醫藥、染料企業排放的廢水時，最‘棘手的就是企業生產過程使用的有機原料和中間體。它們中有很多是有毒、難降解的污染物，普通微生物往往對其束手無策。這就需要摸清廢水的‘家底，分析廢水中都有哪些污染物，再有針對性地投加降解菌‘吃掉它們?！辈烫烀髡f的“家底”，指的是企業的產品種類、每個產品的生產工藝流程、主要原輔料、廢水的產生情況、各工段的廢水排放特征等。只有了解生產環節排出的每一股廢水中的污染物，搞清污染物的來源、數量、種類，才有可能分質分類精準治污。

有了“靶子”，接下來就要尋找合適的“彈藥”。每一種微生物都有自己的基因密碼，團隊會系統分析它們的降解特性、遺傳學特點以便對癥下藥，這個過程少則幾個月，多則幾年。

例如，三乙胺的降解菌，團隊就足足找了一年。三乙胺是醫藥、農藥等化工生產中常用的一種原料。但此前的多種技術路線，對三乙胺的降解效果有待提升。

“為了獲得三乙胺高效降解菌，我們選擇了在生產過程中使用三乙胺做原輔料的化工企業，詳盡了解企業污水處理工藝并進行研判，采集相關生化池污泥作為種泥，以三乙胺作為唯一碳源和氮源，在剔除氮的無機鹽培養基中富集培養三乙胺降解菌。無機鹽能給吃三乙胺的微生物提供營養，讓微生物‘強健骨骼?！辈烫烀髡f。

培養一段時間后，三乙胺的數量慢慢減少?！斑@說明培養基中已經有了吃三乙胺的降解菌?！辈烫烀鞅硎?，最終團隊從富集培養液中分離出三株能高效降解三乙胺的野生菌株，從中選出遺傳性狀穩定的一株作為“種子選手”消滅三乙胺。

建立瓦解污染物的“彈藥庫”

發掘降解菌的過程，除了科研團隊夜以繼日的篩選分離，還有環境中豐富的微生物資源的助力。在篩選降解菌時，團隊往往會從化工廠、化工園區周邊的污染土壤、園區排污渠及周邊污染河流的底泥中，采集可能含有目標污染物降解菌的環境樣品。

“一個地方如果長期排污，自然環境中可能會出現已被馴化的微生物，即使它們的濃度不高，但通過富集培養，或許可以提高發現新降解菌的效率?！辈烫烀髡f。

但并非所有的降解菌都會輕易顯露“尊容”。有些微生物難以通過常規自然篩選被發現，團隊則會采用紫外照射、微波輻照、激光等物理誘變方法，或者5－氟尿嘧啶、烷化劑誘變等化學誘變手段，誘導微生物發生基因突變，結合分子生物學方法選育出針對難降解污染物的高效降解菌株。

利用這套技術，蔡天明團隊在“高鹽、高氮、高毒性工業廢水及含重金屬廢水處理技術研究與工程示范”項目中，總共獲得了高效脫氮、有毒難降解有機污染物高效降解菌17株，其中包括高耐受氨氧化菌株2株。

“經過二十多年的研發積累，我們已建立了難降解污染物高效降解菌種質資源庫，保存了各類高效降解菌株1000余株，降解底物涉及化工行業的多種特征污染物，如芳香烴類污染物、有機氮類污染物、雜環類污染物、鹵代芳香烴類污染物、抗生素類及國家目前重點關注的新污染物等。隨著研發工作持續進行，種質資源庫還會不斷擴增?！辈烫烀髡f。

醫藥、農藥等化學品的生產過程，用到的原輔材料成分復雜，有時水中摻雜了多種污染物，如果只用一種降解菌，難以降解所有污染物，而如果針對每一種污染物逐一降解，又需要許多污水池，對于企業來說將提高處理成本。

如何高效經濟地治污？蔡天明介紹：“如果一道工序后排放的廢水量不大，但有多種類似的污染物，我們會將它們混合后，按照污染物的構成和數量，調配不同比例的多種降解菌，將它們投加到廢水生化池中，讓它們在其中定殖，以形成穩定的微生物種群結構，最終使污染物‘團滅?！?/p>

此外，蔡天明團隊還在廢水生物強化處理工藝中采用綠色熒光蛋白基因標記和高通量測序等技術，對目標微生物的定殖和生長情況進行動態跟蹤研究，以及時了解微生物種群特征及高效降解菌株的狀況。

打出“組合拳”為剩余污泥減量脫毒

污水生化處理產生的剩余污泥排放，是對環境造成的另一道重負，“污泥超聲波破壁”“臭氧氧化”疊加“生物減量調質”，是蔡天明團隊研究出的一套“組合拳”。

“污泥難處理的關鍵點在于脫水、減量。一定頻率的超聲波，可以將污泥菌膠團打散，也能將部分細胞破壁。低濃度的臭氧，還能將污泥的菌體細胞破壁，使細胞間和細胞內的水分、吸附的有毒有害污染物及菌體內蛋白、多糖類物質釋放進入水中?！辈烫烀髡f，將污染物打散后，微生物調質菌群開始接力上線“團滅”污染物，其中“主力隊員”便是隱藏嗜酸桿菌。

“隱藏嗜酸桿菌在合適的生長條件下，可以降解污泥中的胞外多糖、菌體蛋白，同時可以利用其體內存在的廣譜氧化酶系統，降解有毒有害難降解污染物，從而實現污泥的無害化?！辈烫烀鹘榻B。

“如果說污泥中的污染物是草原，那么吃掉污染物的降解菌就是兔子，兔子吃完草一段時間后，也會留下一些‘尸體，而隱藏嗜酸桿菌就像狼，它們能吃掉這些‘尸體，從而實現剩余污泥的減量?！辈烫烀髡f，與傳統的污泥處理方式相比，項目的污泥脫水效果穩定，脫水污泥含水率在20%以下，污泥減量80%。脫水污泥呈細顆粒狀、便于運輸，每千克污泥熱值達到2000千卡，可直接進行焚燒處理。整個污泥處理過程不會產生二次污染。

“在廢水、污泥的處理過程中，我們力求尋找一種理想的工藝路線，既能提高降解效果，又能為企業降低成本，實現環保與經濟效益間的平衡?！辈烫烀髡f。