人工湿地微生物协同降解石油炼化废水机制研究：基于硫氮转化与烃类分解的效能评估

针对石油炼化废水(PRW)中复杂污染物协同去除难题，印度理工学院古瓦哈提分校团队通过构建水平流人工湿地(HFCW)，对比种植香蒲(Typha latifolia )与无植物系统对含柴油/酚/硫/氨氮的模拟PRW处理效能。研究发现：种植系统COD(56.67±0.14 mg/L)和NH4 + -N(92%去除率)处理更优，GC-MS证实烃类降解，Proteobacteria 等菌群主导硫沉积与污染物转化，为工业废水生态处理提供新策略。

　　

石油炼化行业每年产生大量富含烃类、酚类、硫化物和氨氮的复杂废水(PRW)，传统处理方法存在能耗高、污泥产量大等问题。更棘手的是，现有研究多聚焦单一污染物降解，忽视了真实PRW中硫氮化合物与有机物的交互影响，且垂直流人工湿地易堵塞、植物作用机制不明确。这些瓶颈严重制约了人工湿地(CWs)技术在工业废水处理中的应用突破。

印度理工学院古瓦哈提分校的E.K. Akhiladas与Saswati Chakraborty团队在《International Biodeterioration》发表研究，创新性地采用砾石基质水平流人工湿地(HFCW)，以香蒲(Typha latifolia
)为模型植物，系统评估了其对模拟PRW(含柴油、酚、NH₄
⁺
-N 49.94±1.48 mg/L、S^2?
142.86±4.26 mg/L)的处理效能。研究通过50天驯化后分三阶段调整水力停留时间(HRT)，结合GC-MS与宏基因组分析，首次揭示了硫沉积-氨氮去除-烃类降解的协同机制。

关键技术包括：1) 模拟PRW配制(含乳化柴油及硫氮化合物)；2) 水平流人工湿地(种植/无种植)对比实验；3) 水质参数监测(COD、NH₄
⁺
-N、S^2?
等)；4) 气相色谱-质谱(GC-MS)分析烃类降解产物；5) 宏基因组测序解析微生物群落。

pH和氧化还原条件
研究发现进水pH 9.08±0.03经处理后，无植物(UHFCW)和种植系统(PHFCW)分别降至7.23±0.05和6.97±0.01。这种酸化现象归因于微生物产酸及硫化物转化，种植系统更强的还原环境(-198.5±3.2 mV)促进了硫酸盐还原菌(SRB)活性。

污染物去除效能
种植系统展现全面优势：COD去除率达96.3%(出水56.67±0.14 mg/L)，显著优于无系统(95.1%，74.44±16.05 mg/L)；NH₄
⁺
-N去除率92%远超无植物系统(75%)。特别值得注意的是，S^2?
通过化学沉积转化为单质硫，同时SO₄
^2?
浓度升高265.75±4.28 mg/L，揭示了硫循环的关键路径。

微生物群落动态
宏基因组分析显示Proteobacteria
(47.3%)、Bacteroidetes
(19.8%)和Firmicutes
(11.2%)为优势菌门，其中Pseudomonas
、Acinetobacter
等属被鉴定为关键烃类降解菌。种植系统特有的根际效应使厌氧菌丰度提高12.7%，直接关联其更优的污染物去除表现。

烃类降解路径
GC-MS检测到链烷烃、芳香烃等18种原始化合物经微生物转化生成醇、醛类中间体，证实了"烃类→脂肪酸→CO₂
"的降解路径。种植系统中间产物种类减少37%，表明植物根系加速了最终矿化过程。

该研究首次系统论证了水平流人工湿地处理复杂PRW的可行性，突破性地指出：1) 砾石基质可避免传统土壤介质的堵塞问题；2) 硫-氮-烃的协同去除依赖Proteobacteria
等菌群的代谢网络；3) 香蒲通过根际氧调控与微生物共生提升系统稳定性。这些发现为工业废水低耗处理提供了理论依据与技术模板，尤其适用于热带地区炼油厂的尾水深度处理。未来研究可进一步优化HRT与植物组合，推动该技术从实验室走向工程应用。