给工业废水做个“泥浴SPA”——基于硫循环的废水生物处理技术

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地球上有71%的面积被水所覆盖，但97.47%是无法饮用的咸水，而余下2.53%的淡水中，有87%是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪。人类真正能够利用的淡水资源，仅占地球总水量的0.26%，很大一部分也在遭受不同程度的污染。

今年4月，日本政府决定将福岛第一核电站核污水排入大海，再次将工业废水与污染的话题搬到我们面前。事实上，我们每天穿的衣服、吃的罐头、使用的纸张，在生产过程中都会产生工业废水。如果对它们放任不管的话，流入江河湖泊等地表水，就会导致水生动植物的死亡；渗透到地下，则会毒害土壤、污染地下水。

面对顽劣的工业废水，香港科技大学霍英东研究院创新污水处理技术研究中心（WTL）有多年的“治理”经验。WTL在工业含重金属废水、生活污水等方面展开研究攻关，目前已拥有SANI技术、OSA污泥减量技术、硫循环重金属废水处理技术、含油污水处理技术等多项研究成果，为治理流域生态修复、污染土壤修复、炼化污水、特种工业废水等领域提供技术解决方案及工程服务。

在水处理过程中，传统活性污泥法是成本最低、实用性最强的水处理技术，大量的微生物会聚集形成污泥。

又黑又臭的污泥看着不讨喜，却受到污水处理人员的万千宠爱。这些由微生物形成的污泥是治理污水的能手，就像是给污水做了个“泥浴”一样，它们可以把污水中的污染物降解、代谢转化成二氧化碳、氮气和水，从而净化污水。

“泥”虽好，可也不要贪多。由于传统活性污泥法微生物生长速度很快，在处理污水过程中会产生大量的污泥，处理一立方平米的污水会产生约0.8公斤污泥。过多的污泥产生会占用更多空间、增加处理成本，所以污泥减量是水处理的重要研究方向之一。

WTL中心主任陈光浩教授科研团队就自主研发了“杀泥技术”——SANI ( The Sulfate reduction, Autotrophic denitrification, Nitrification Integrated Process )，这是一种创新型基于硫循环的高效低耗污水与污泥处理原创技术，巧妙地利用了三种产率极低的微生物（硫酸盐还原菌、自养反硝化菌、硝化菌）来处理生活污水，在还原和氧化的循环过程中将污染物去除。相比起传统的污水处理过程，它可以减少五成污泥量，又能降低能源消耗及温室气体排放，把处理污水的费用及占用空间减低五成以上。

本文的主角——工业废水，相比起生活污水，它就像是一个难搞的客人。它仗着自己的化学、物理性质更为复杂，一般的“泥浴”它根本不放在眼里。以石油化工行业废水为例，含有油、硫、酚、氰化物等有毒污染物，芳烃杂环等难降解有机物，电镀行业废水含铜、铬、镉、镍等重金属，这些污染物难以被微生物降解，处理难度大且成本高。

于是，从“杀泥技术”延伸，WTL为工业废水研发了升级版“泥浴SPA”——基于硫循环的废水生物处理技术，以“硫”作为电子供/受体的生物技术处理工业废水。

  关键词：硫循环、微生物群落结构、处理效果  

工业废水所含的油类、表面活性剂等有机污染物是普通微生物难以降解去除的。WTL研究发现，基于硫循环、硫代谢的工艺对石化工业废水中的大部分低碳石油类污染物、部分毒性有机污染物（如苯系物、氰类、多环芳烃类）、表面活性剂（如：石油磺酸盐）等污染物有明显的降解效果。除了之外，废水中的铜、铬、镉、镍等重金属污染物可通过硫协同作用实现重金属离子的生物转化和去除。

微生物是水处理的“先进标兵”，在该技术中，通过驯化污泥微生物群落，掌握功能微生物的种类和分布百分比，最终让它们各司其职。WTL筛选出了具有表面活性剂降解功能、破乳功能、重金属生物转化等不同功能的代表性菌株，应用在水处理的不同阶段发挥作用。

废水处理效果更环保，更经济！WTL在含重金属的废水处理中，实现出水重金属离子达到行业最严排放标准，总氮、氨氮、COD（化学需氧量）等水质指标可达到地表Ⅳ类水体标准，相当于景观用水和普通工业用水的标准。同时，处理工艺可以节省化学药剂60%-80%，降低废水处理成本50%。应用在石油开采过程中压裂返排液、喷涂废水的处理时，出水亦可达到回用标准。

WTL以创新的污水处理技术为核心，力求为企业解决废水治理难题，协助高排污行业企业实现清洁生产和循环水处理，为碳达峰碳中和的大愿景贡献力量！目前，WTL通过与企业联合开展产研合作，将硫循环生物处理技术理论延伸应用于印染废水、喷涂废水等工业废水处理，以及垃圾渗滤液处理等实际工程中。

视频 | 谭尚琨

图文 | 谭尚琨、欧阳嘉

编审 | 谭尚琨、沈钟