萜烯類化合物作為重要的化工中間體，廣泛應(yīng)用于木材加工、香料制造、制藥、飼料等行業(yè)。合成香料是輕工業(yè)和食品的原輔材料，且萜烯類香料的合成主要以石油化學制品、煤加工副產(chǎn)品、植物精油等為原料，采用高溫高壓的工藝合成。在合成香料生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水含有大量的有機物質(zhì)，COD通常高達幾萬mg/L以上，且色度高、毒性大、難生化降解，屬于典型的高濃度難降解有機廢水。萜烯類化合物結(jié)構(gòu)多樣，有些萜烯類化合物在酸、堿、熱條件下與其他有機化合物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)。大多萜烯類化合物具有揮發(fā)性，在大氣中形成氣溶膠粒子，易造成呼吸道疾病，危害人們的身體健康。有些萜烯類化合物具有較強的還原性，會與大氣中的臭氧、羥基等自由基發(fā)生反應(yīng)，形成光化學煙霧，破壞臭氧層。所以合成萜烯類化合物的廢水如果處理不當就排放，將導致嚴重的環(huán)境污染，必須對該類廢水加大處理力度。目前的處理方法有物化、生化等方法，但是由于該類化合物屬于難降解物質(zhì)，一般方法處理后，廢水很難達到排放標準。
浙江某企業(yè)生產(chǎn)維生素A、維生素E、類胡蘿卜素和香精香料的中間體異植物醇、芳樟醇、香葉酯、β-紫羅蘭酮等類萜烯類化合物和萜烯類化合物，其產(chǎn)品年產(chǎn)約140 t，廢水量大難以處理，COD多年來一直在900~1 000 mg/L，都是通過自來水稀釋排放達標的，每年用于稀釋的自來水費用就有80多萬�，F(xiàn)企業(yè)要求出水COD<500 mg/L，氨氮<15 mg/L。本項目組從菌種庫已有的200多株菌中篩選了3株高效降解菌，將發(fā)酵菌液用于企業(yè)污水的現(xiàn)場處理。投加該高效微生物菌劑處理該企業(yè)廢水后，出水COD和氨氮達到企業(yè)對水質(zhì)的要求。
1 材料與方法
1.1 微生物菌劑
微生物菌劑由3種菌組成，分別是桔橙小單孢菌（Micromonospora aurantiaca，簡稱ZHY1-5），赤紅球菌（Rhodococcus ruber，簡稱ZHY1-6），類棒菌狀紅球菌（Rhodococcus corynebacterioides，簡稱ZHY1-4），這3株菌是由本實驗室經(jīng)過多年的積累而構(gòu)建的難降解污染物菌劑庫中篩選到的。
1.2 培養(yǎng)基
液體種子培養(yǎng)基：蛋白胨10 g/L，酵母浸出粉5 g/L，NaCl 10 g/L，葡萄糖 2 g/L，pH 7.0~7.2，固體種子培養(yǎng)基加2%的瓊脂粉。
種子罐和發(fā)酵罐培養(yǎng)基：蛋白胨10 g/L，酵母浸出粉5 g/L，NaCl 10 g/L，葡萄糖 5 g/L，pH 7.0~7.2。
1.3 微生物菌劑的培養(yǎng)
將菌株ZHY1-4、ZHY1-5、ZHY1-6分別接種在固體種子培養(yǎng)基上，37 ℃下倒置恒溫培養(yǎng)活化。將活化好的單菌落分別接種于100 mL的液體種子培養(yǎng)基中，于37 ℃，180 r/min條件下培養(yǎng)。恒溫振蕩培養(yǎng)至對數(shù)生長期，準備接種子罐。在50 L種子罐里按照罐體容積60%的比例投加培養(yǎng)基，121 ℃高壓濕熱滅菌，冷卻至35 ℃后，將搖瓶種子按種子罐培養(yǎng)基體積10%的接種量接入種子罐，攪拌速度為160 r/min，無菌空氣通入比以每分鐘通入相當于種子罐培養(yǎng)基體積的空氣量計為1∶0.8，培養(yǎng)至對數(shù)生長期。發(fā)酵罐為500 L，發(fā)酵液裝量為罐體容積的60%，在0.11 MPa 的壓強下，121 ℃高壓濕熱滅菌，滅菌后冷卻至35 ℃以下，通入無菌空氣保持無菌狀態(tài)備用。將到達對數(shù)期的種子液接入發(fā)酵罐，接種后的發(fā)酵罐溫度控制在35 ℃左右，發(fā)酵液的培養(yǎng)過程中無菌空氣的通氣比為1∶（0.8~1.2），攪拌速度為180~200 r/min，整個工藝流程培養(yǎng)時間為36 h，發(fā)酵結(jié)束后菌體數(shù)量級>108 mL-1。
發(fā)酵完成后培養(yǎng)液出罐直接用塑料包裝桶分裝成液體劑型，按照體積比例直接投加到工程現(xiàn)場。
1.4 廢水處理工藝
該企業(yè)目前采用圖 1所示工藝流程處理其產(chǎn)生的廢水，其中一級曝氣活性污泥池、二級曝氣活性污泥池、CASS池的尺寸均為6 m×20 m×4 m，池容480 m3，有效容積約380 m3。原水COD 12 000~14 000 mg/L，氨氮 250~350 mg/L；用車間洗滌廢水和生活污水在調(diào)節(jié)池內(nèi)把原水稀釋到COD 4 000~4 200 mg/L，氨氮 80~110 mg/L，pH 6.0~8.0；出水COD 900~1 000 mg/L，去除率在75%左右，氨氮 50 mg/L左右，去除率在40%~50%�，F(xiàn)企業(yè)要求出水COD<500 mg/L，氨氮<15 mg/L，為此決定在一級曝氣活性污泥池、二級曝氣活性污泥池、CASS池中投加試驗用菌劑。
圖 1 廢水處理工藝流程
1.5 分析方法
COD：重鉻酸鉀法（GB 11914—1989）；氨氮：納氏試劑比色法。
1.6 菌劑強化處理的現(xiàn)場中試試驗
采用微生物菌劑直接投加到企業(yè)污水處理廠的一級、二級曝氣活性污泥池、CASS池的方式。根據(jù)實驗室小試3株菌對合成萜烯類化合物廢水降解的效果及菌株投加后對水質(zhì)可能影響的因素來投加菌劑。這3株菌先按照V（ZHY1-5）∶V（ZHY1-6）∶V（ZHY1-4）=2∶4∶4的比例投加，在一級、二級曝氣活性污泥池內(nèi)分別流加500 L，在CASS池內(nèi)流加200 L，流加速度300 mL/min，運行20 d，每天監(jiān)測出水COD和氨氮，同時觀察活性污泥的生長情況。再按照V（ZHY1-5）∶V（ZHY1-6）∶V（ZHY1-4）=4∶3∶3的比例在一級、二級曝氣活性污泥池內(nèi)分別流加500 L，在CASS池內(nèi)流加200 L，流加速度300 mL/min，運行40 d，每天監(jiān)測出水COD和氨氮，同時觀察活性污泥的生長情況。污水處理工藝的HRT=5 d。
2 結(jié)果與討論
2.1 按2∶4∶4投加菌劑處理的結(jié)果
3種菌按照2∶4∶4的比例組成的菌劑在一級、二級曝氣活性污泥池內(nèi)分別流加500 L，CASS池流加200 L，運行20 d，企業(yè)最終出水COD、氨氮的情況分別見圖 2、圖 3。
圖 2 按2∶4∶4投加菌劑對COD的去除效果
圖 3 按2∶4∶4投加菌劑菌劑對氨氮的去除效果
從圖 2可以看出，菌劑按照2∶4∶4的比例投加后，經(jīng)過前幾天的運行，出水COD除了偶爾的波動外，基本穩(wěn)定在500~650 mg/L，去除率大多在85%以上。與企業(yè)原來只有75%的COD去除率相比出水有了很大的改善，說明該菌劑的投加對該類廢水確實具有強化處理的效果。從圖 3可以看出，出水穩(wěn)定后氨氮基本保持在15 mg/L左右，即使進水氨氮升高，出水氨氮也保持在15 mg/L左右，去除率在80%~85%，與之前企業(yè)的出水在50 mg/L左右比較，去除率提高了30%~40%，可以看出菌劑投加后，對出水的氨氮去除效果要較之COD好。分析原因，是因為ZHY1-4和ZHY1-6屬于紅球菌屬，紅球菌屬的菌具有代謝多樣性，在污水處理中具有廣譜的降解作用，可以對含碳有機化合物如各種長鏈烷烴、芳烴、萜烯類化合物等有降解作用〔1, 2, 3, 4〕。況且ZHY1-6這株菌當初實驗室就是從長慶油田石油污染過、且含鹽量在3%的土壤中分離到的。由于萜烯類化合物合成過程中的原輔料是一些芳烴類和鏈烴類的物質(zhì)，這些化合物在廢水中完全降解需要很長的時間，通過投加高效的微生物來快速降解，才能使得廢水的COD在整個污水處理的過程中有所降低，所以這也是這組菌劑投加后對該類廢水COD有一定的處理效果的原因之一。這組菌劑投加后不僅廢水中的COD降低了，而且對氨氮的處理效果也非常明顯。有研究報道紅球菌屬的菌不僅可以對含氮有機化合物有降解作用〔5〕，而且具有好氧反硝化的作用，這一點自2004年張光亞等發(fā)現(xiàn)紅球菌屬存在好氧反硝化現(xiàn)象以來，紅球菌就被列入具有反硝化功能的菌屬〔6〕，這也是這組菌劑對該廢水的COD和氨氮有明顯降解效果的原因�，F(xiàn)在有越來越多的研究發(fā)現(xiàn)紅球菌屬的菌具有好氧反硝化作用〔7, 8〕。由于這組菌劑中的紅球菌不僅具有較廣的碳源和氮源譜，而且能在含鹽量高的生態(tài)環(huán)境下生活，對環(huán)境具有極強的適應(yīng)能力，因此在廢水的處理中發(fā)揮重要的作用。
2.2 按4∶3∶3投加菌劑處理的結(jié)果
3種菌按照4∶3∶3的比例組成的菌劑在一級、二級曝氣活性污泥池內(nèi)分別流加500 L，CASS池流加200 L，運行40 d，企業(yè)最終出水COD、氨氮的情況分別見圖 4、圖 5。
圖 4 按4∶3∶3投加菌劑對COD的去除效果
圖 5 按4∶3∶3投加菌劑對氨氮的去除效果
從圖 4可以看出，菌劑按照4∶3∶3的比例投加后，出水COD在運行幾天穩(wěn)定后基本保持在400~500 mg/L，去除率在87%~91%，比按2∶4∶4投加的菌劑處理效果要好，出水滿足了企業(yè)的要求，說明提高菌劑中ZHY1-5的比例對COD的去除效果更好。從圖 5可以看出，出水氨氮均在15 mg/L以下，與按2∶4∶4投加的菌劑相比，去除效果提高不是很明顯，說明菌劑ZHY1-4和ZHY1-6對氨氮的去除效果較好。
A. Linos 等〔9〕研究發(fā)現(xiàn)，ZHY1-5對聚異戊二烯合成橡膠具有很好的降解作用，聚異戊二烯橡膠是由異戊二烯單體經(jīng)溶液聚合而得，而萜烯類化合物的結(jié)構(gòu)單體是也異戊二烯，合成該化合物的工藝中也會有類似的結(jié)構(gòu)化合物存在，所以當ZHY1-5投加到萜烯類化合物合成廢水中強化處理后，對該類水質(zhì)有很好的降解作用。ZHY1-5屬于放線菌類，而放線菌類的微生物對橡膠廢水降解具有很好的優(yōu)勢〔10〕。雖然文獻中沒有有關(guān)ZHY1-5降解萜烯類化合物的報道，但從這兩個文獻和試驗的結(jié)果也證明了該菌對萜烯類化合物確實有一定的降解作用。盡管ZHY1-5對萜烯類化合物合成廢水有好的處理效果，但是考慮到ZHY1-5是放線菌屬的菌株，而絲狀菌有可能引起污泥膨脹，因此為了保證污水處理的效果又不破壞活性污泥的菌膠團系統(tǒng)，在系統(tǒng)中應(yīng)適當控制ZHY1-5的投加比例，并經(jīng)常觀察系統(tǒng)中污泥的生長情況，以便保證在系統(tǒng)污泥不發(fā)生膨脹的情況下，達到理想的污水處理效果。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
從實驗室構(gòu)建的難降解污染物菌劑庫中篩選到3株對合成萜烯類化合物廢水有降解作用的菌株——桔橙小單孢菌、赤紅球菌、類棒菌狀紅球菌，用其組成的菌劑對合成萜烯類化合物的廢水進行了處理。實驗表明用該菌劑強化處理合成萜烯類化合物的廢水，出水的COD和氨氮基本滿足了企業(yè)對出水水質(zhì)的要求。
