关于苯酚降解菌处理焦化废水研究进展的综述

余靖冉 张丽平

（河套学院 内蒙古巴彦淖尔 015000）

引言

含酚废水已成为主要的水体污染源，国内外很多研究者致力于苯酚的生物降解法，本文将对目前已分离到的苯酚降解菌的研究现状、降解机理和应用进行分析和归纳总结，希望有助于含酚废水的高效无害化降解或者为基因工程菌的构建打下一定基础。

1 焦化废水的来源及焦化废水中苯酚降解方法

1.1 焦化废水的来源

化工类企业在工业加工过程中用水后产生的高毒性、高污染废水即焦化废水，主要来源于备煤、湿熄焦、汽油进行生产企业加工、液化气运输制冷、苯和萘去除等过程，生产常见典型废液、污水有：脱硫废液；除尘污水和酚氰污水等[1]。

1.2 去除焦化废水中苯酚的方法

1.2.1 气提法

气提法的理论依据是当苯酚与蒸汽形成共沸混合物时，苯酚在水中的平衡浓度小于它在蒸汽中的平衡浓度，在温度为138.9～202.8℃之间，压力约为0.138～1.31MPa 的环境条件下，会出现气化现象，水中的苯酚转在水蒸气中，再用碱液回收水蒸气中的苯酚。

1.2.2 吸附法

吸附法即依据吸附原理，借助多孔吸附剂将痕量污染物有效去除的方法。不同的企业制备所得吸附剂的主要理化参数不同，如主要参数比表面积、孔径、表面官能团，产品吸附性能亦不同。此法仪器设备简单，操作便捷且效率高，但再生技术困难。

1.2.3 萃取法

传统使用的萃取法，依据萃取剂、水不混溶且苯酚在水中的溶解度小于苯酚在萃取剂中的溶解度，以相似相容原理添加萃取剂提取污染物中苯酚。此法突出优势是成本低，同样操作便捷，但效率不高。

1.2.4 生物降解法

为了可以提高企业废水生物信息处理的处理工作能力，而向焦化废水中投放从原生态中分离到能够有效降解苯酚的或结合相关基因重组管理技术培养的优良菌苗，以去除苯酚的方法[2]。此法同样运行成本低，但因高效、无二次污染而逐渐被广泛研究使用。

2 苯酚降解菌的种类

国内、外共筛选获得57 个属、212 种苯酚降解菌，以细菌和真菌为主，降解真菌仅占25%；而细菌占到了总数的75%。目前已经筛选、分离、鉴定出多种苯酚降解菌，主要包括红球菌（Rhodococcus）、藻类（alga）、酵母菌（Yeasttrichosporon）、芽 孢杆菌（Bacillus）、假单胞菌（pseudomonas.Sp）、真养产碱菌（lcaligeneseutrophus)、反硝化菌（Denitrifyingbacteria）等苯酚降解菌。从大量文献报道可以看出，常见的主要降酚菌是假单胞菌（Pseudomonas）、不动杆菌（Acinetobacter），它们对酚的降解浓度通常在1200mg·L-1以下[3]。

3 苯酚降解菌的选育

3.1 苯酚降解菌的分离

以苯酚作为唯一碳源分离可降解苯酚的细菌，然后用梯度稀释法、分离划线法筛选降酚菌，将有降酚能力的菌株作为初筛结果，再经发酵降解后用分光光度法（4-氨基安替比林分光光度法、纳氏分光光度法）检测浓度从中挑选出高效菌株，此过程中常用的培养基总结如表1 所示[4]。

表1 选育降酚菌常用培养基

张玉秀等[5]从焦化厂二沉池的焦化废水中分离到一株红球菌命名为P1，当废水苯酚含量为279.9mg·L-1时，该菌2 天内可完全降解其中的苯酚，说明该菌株的耐盐性很好。陈春等人[6]对焦化废水厂活性污泥中的细菌采用不同的分离、富集、无机盐培养基对其进行增殖培养，最终获得分属于球杆菌属、鲍曼不动杆菌、睾丸酮丛毛单胞菌和食萘新鞘氨醇菌的4 株降酚菌。

3.2 苯酚降解菌的鉴定

苏琼、江子骏[7]筛选出一株高效苯酚降解菌，将其取名为B403，属革兰氏阳性菌，菌体呈短棒状或球状。根据同源性初步确定该菌株为嗜联苯红球菌，并用Mega X 邻接法构建了该菌的发育树。

邓冬梅等[8]分离到一株降酚菌B2，pH 值在6.5～8.0 之间，该菌株对苯酚的最大耐受力为2500mg·L-1。初步鉴定B2 菌株为Staphylococcus sc￡iwi.属于Staphylococcus 属，是最常见的化脓性菌球。

莫樨唯[9]从化工企业污水底泥中获得具有苯酚降解功能的细菌C1 和C2，两菌株对苯酚的耐受能力均可达到500mg·L-1。两菌株革兰氏染色染色结果均为红色属革兰氏阴性菌，显微镜观察呈短杆状，联合16S rRNA 测序结果分析菌C1 和C2 分别属假单胞菌属和不动杆菌属，同属变形菌门。

3.3 影响苯酚降解菌降解效果的因素

3.3.1 温度

目前筛选到的降酚菌，最适温度均在25～35℃之间，由于这个温度条件可使菌株细胞内的酶促反应以较高的反应速度进行，因而苯酚降解率也会加快。极低温度会使酶的活性减弱，极高温度又会引起酶变性而降低生物活力[10]。

3.3.2 pH

查阅大量文献后发现很多降酚菌的最适pH 在6.0～8.0 之间，也有一些降酚菌的最适pH 在6.0～9.0 或者7.0～10.0 之间。当pH<8.0 时，苯酚降解率随pH 的升高而增大；当pH>8.0 时，由于过高的pH 值会抑制菌自身的生长而影响到菌内降酚酶活性，此时升高pH 降解率反而降低[10]。

3.3.3 初始苯酚浓度

一般情况下，初始苯酚浓度过高，降酚菌的生长速度会降低，进而降低苯酚降解率。研究文献报道发现很多适合降酚菌的初始苯酚浓度在200～500mg·L-1这个范围之内，少数特异性降解菌在200～2000mg·L-1之间。

3.3.4 外加碳源、氮源

在降酚菌降解苯酚期间，投放一定量额外碳源和氮源可促进苯酚降解率，人为添加碳源和氮源后有利于细菌生长繁殖，可提高苯酚降解率，但加入量必须合适，如果投放量过大，则降酚菌可能会过度使用容易被降解的碳源、氮源，必然影响对难降解苯酚的降解，使得降解率下降[3]。

3.3.5 溶解氧

降酚菌在分解大分子物质时氧化过程至关重要，因而水体含氧量必然直接影响降酚效果。研究显示当实验装置处于厌氧或静态状态时，即处于低氧或氧供给不足，污水中的苯酚降解迟缓甚至停止；相反若氧气充足，氧化过程进行完全，降酚效果显著提高。

3.3.6 金属离子

研究显示诸如铬离子、汞离子、镉离子和银离子等水体中常存在的金属离子，尤其是重金属离子会影响酚类物质的生物降解。例如，金显春等[11]分离到的降酚菌AF1，当Cu2+、Mn2+和Zn2+的浓度在0.1mmol·L-1以下时，会加速苯酚降解，而存在Hg2+、Pb2+时，则抑制苯酚分解。

3.3.7 盐度

过高的盐度会抑制降酚菌的生长繁殖，苯酚降解率也会大幅降低，因此，盐度是影响苯酚降解过程的主要因素之一[12]。例如，菌株Pseudomonas sp.BPH-3[13]的耐盐性研究表明，当培养基中在盐度小于3%的环境下，初始苯酚浓度为600mg·L-1，在12h之内被全部降解。研究发现过高的盐度会使溶液中出现盐析现象，微生物蛋白质、生物酶的结构会受到一定的破坏，其活性会降低甚至失活，苯酚降解性能会随之下降。

4 苯酚降解菌处理焦化废水的应用

4.1 苯酚降解菌的降解机理

酚类物质的生物处理过程与微生物的新陈代谢过程密不可分，本质上来说借助酶类物质利用菌的新陈代谢进行化学分解，同时利用微生物降解大分子物质时产生的机械和化学作用破坏大分子物质的结构。

降酚菌降解酚类物质是一个非常复杂的生物反应过程，过程中需要数种酶催化和氧气的参加，实际上它是利用好氧和厌氧降解两个过程实现对酚的生物降解。好氧降解实际是一个羟化降解的过程，在酶的作用下，苯酚转变为儿茶酚，多种功能酶再将儿茶酚进行开环，裂化出乙酞辅酶A、琥珀酸、丙酮酸等中间产物，它们再进入三羧酸循环，碳、氢、氧元素最终经氧化分解代谢成CO2、H2O，也可能生成细胞物质，此过程必须酶和氧气协调完成。对于厌氧阶段需要在缺氧环境用由厌氧菌来完成，即离不开专性厌氧菌和兼性厌氧菌协同作用，苯酚可羧化出4-羧基苯甲酸，生成中间产物苯甲酰辅酶A，最后转为醋酸等小分子有机物实现酚类化合物分解[9]。

4.2 苯酚降解菌处理焦化废水的应用

聂玉冰[14]从石化污水厂曝气池活性污泥中分离出脱酚菌TF1和TF2，并用多种方法对两株脱酚菌进行了分类分析，菌株TF1与菌株Alcaligenes sp.（AY346138）相似性高达99%，TF2 菌株与Acinetobacter xiamenensis（EF030545）的相似性是97%，故鉴定菌株TF1 归属于Alcaligenes sp.，菌株TF2 归属于Acinetobacter sp.。菌TF1 和TF2 对苯酚的生物降解表现出良好的降解性能，对浓度为110mg·L-1的苯酚全部降解两菌株用时均不超过20h。研究不同温度下菌TF1 和TF2 对COD 去除效果，实验结果显示温度分别在25～35℃和20～30℃之间降解效果好。当脱酚菌TF1 和TF2 比例为2.33:1 时，其苯酚降解率及COD 去除率分别为95%和82.2%。以该最佳比例复配下的强化菌剂，完成对120mg·L-1的苯酚全部降解只需8h。

王春荣等[10]针对焦化废水的生物降解从焦化厂曝气池活性污泥中获得一株降解苯酚效果优异的菌株，后分析其属沙雷氏菌属。对降解过程的主要环境因素——pH 和初始苯酚浓度进行了研究，结果pH 调为8.0 时，降解率在60%以上；调高苯酚浓度，该菌株将400mg·L-1的苯酚完全降解需要52h。

同样陈春[4]对炼焦废水进行研究，将分离到的苯酚降解菌命名为D2，观察革兰氏染色结果其为阴性菌，经降解实验研究发现该菌具有较好的降酚效果，仅36h 便可将95%的苯酚降解。

黄惠等[12]也以活性污泥为菌种来源，筛选出的降酚菌命名为BPH-3，联合显微形状观察，结合生理生化反应与16S rRNA 基因鉴定结果，经全面分析该菌属假单胞菌。对菌BPH-3 进行降解性能实验研究，生物处理600mg·L-1的苯酚仅需12h，降酚效果显著，但增大初始苯酚浓度，降解率下降。

陈禹竹等[2]从中国辐射污染区筛选得一株耐高温苯酚降解菌YZZ-9，结合16S rRNA 基因分析将该菌归属于Kocuria palustris（沼泽考克氏菌）。实验过程中发现菌YZZ-9 的苯酚耐受性良好，耐盐性良好，降酚效果良好，仅用48h 便可对初始500mg·L-1的苯酚进行全降解。

任磊等[15]从广东省湛江市霞山区附近海域滩涂，筛选获得一株对硝基苯酚高效降解菌RL-JY1，据生理生化反应及基因测序结果辨析该菌可归属为恶臭假单胞菌。1,4-二硝基苯酚含量为100mg·L-1时完成其全部降解需要72h。菌株RL-JY1 对于环境（温度、pH 及盐离子浓度）适应能力较强，应用潜能较好。

结语

研究人员一般所研究酚浓度较低（大多在500mg·L-1以下），但现实中很多生产废水中的酚类浓度远高于此，甚至高达数千、数万摩尔每升，因此有必要对这种浓度极高的工业排放废水进行生物学上的探求。譬如，在选育、开发研究高效降酚菌时，可从分子生物学角度联合因子诱变、基因融合等现代生物学技术，探寻一条绿色、高效的新途径。