硫酸盐化工废水生物处理的研究进展
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过硫酸盐高级氧化技术处理废水研究利用硫酸盐高级氧化技术处理废水
近年来,环境污染日益严重,废水处理技术也受到了越来越多的关注和科学家
以及技术人员的探索。
利用高级氧化技术处理废水的优势显著,表现在活性物质的去除率高,处理效率高,成本低等方面。
硫酸盐高级氧化技术是一种新兴的废水处理技术,它将活性物质释放到水中并
将其分解为完全氧化的终产物,从而实现废液处理、除臭及污染物去除本身的目的。
使用硫酸盐高级氧化技术可以显著提高处理水体总活性物质和抗菌作用,改善水质,有助于改善水环境。
通过硫酸盐高级氧化技术处理废水,可以有效控制废水的污染物含量,进一步
减少废水排放的污染程度,得到一定的净化效果,并有助于改善水环境。
相比于常规的废水处理技术,所耗费的成本更低,可以较好地满足多数废水处理环境的要求,具有较大的发展潜力。
另外,硫酸盐高级氧化技术还可以改变废水中各种污染物的性质,从而达到较
好的处理效果。
在废水处理过程中,利用该技术可以实现对有机物和无机物的有效降解,有效阻止有害物质的污染。
总之,硫酸盐高级氧化技术集节能、低成本、无污染等优点为一体,是当前废
水处理的有效技术手段之一,应运作因地制宜,逐步应用于各类废水处理场合,在改善水环境方面发挥着重要作用。
高浓度硫酸盐有机废水的生化处理方式小结1.硫酸盐废水来源、危害及处理对策含硫酸盐的废水主要有采矿废水,制药废水,制革废水,造纸废水,食品加工废水,金属加工废水,化工废水等。
随着工业的飞速发展,硫酸盐废水的排放量越来越大。
大量高浓硫酸盐有机废水排入环境水体中会导致水体酸化,影响水生生物的生长;污染土壤,导致土壤生态系统失衡;还原产生的有毒有害废气H2S会污染大气环境,因此,专家学者对硫酸盐废水的研究由来已久[1]。
综合各种研究成果来看,生化法具有成本低,能耗少,无污染等优点,还可以通过驯化和强化功能细菌,提高处理效率,因此,生化法是厌处理高浓硫酸盐有机废水的首选工艺。
但是,硫酸盐废水还包括无机性硫酸盐废水和难生物降解的有机物性硫酸盐废水,这其中还含有多种重金属离子,氮磷等元素,成分非常复杂,因此对生化处理工艺提出了更高的要求[2]。
2.硫酸盐还原菌与产甲烷菌的竞争机制与硫化物毒性抑制研究废水中的硫元素主要以有机硫、SO42-、和S2-形式存在,其中SO42-是主要形式。
废水中的SO42-的生物处理一般包括还原反应和氧化反应两个过程,分别有硫酸盐还原菌(SRB)和硫化物氧化菌(SOB)完成。
在厌氧条件下,SO42-在SRB的作用下被还原为硫化物,然后在SOB作用下将硫化物氧化为单质硫,再通过剩余污泥进行单质硫回收。
在厌氧过程中,系统中同时存在的产甲烷菌(MPB)和硫酸盐还原菌(SRB)的基质竞争以及硫化物对MPB 和SRB的毒害作用,都会使厌氧降解过程受到抑制。
2.1竞争抑制理论厌氧发酵过程中产生的H2和乙酸是SRB和MPB的共同底物,但是SRB对氧化还原电位(ORP)要求小于-100mV,而MPB则要求小于-330mv,因此硫酸盐还原反应总是优先发生。
Nielson 等[3]通过研究发现,SRB具有较大的比乙酸消耗速率和较低的半速度常数,因而在底物亲和力方面更有优势。
从热力学角度来看,SRB硫酸盐还原作用比产甲烷反应放出更高的能量,反应更容易发生。
废水中硫酸盐生物还原影响因素的研究杨景亮1 赵 毅1 任洪强1 罗人明2 刘三学2(1.华北电力大学,河北保定 071003; 21河北科技大学,河北石家庄 050018)摘 要:本文对硫酸盐还原菌还原青霉素废水中的SO2-4进行了研究,试验结果表明:进水SO2-4浓度、COD/SO2-4及SO2-4负荷是影响硫酸盐还原效果的主要因素。
在中温(35℃±1℃)条件下,当反应器进水SO2-4浓度为1600mg/L,p H为7~9,COD/SO2-4大于3,SO2-4容积负荷为7.5 kg/(m3・d)时,SO2-4去除率可达85%。
关键词:硫酸盐还原菌;硫酸盐还原;影响因素;青霉素废水Study on the E ffect F actors of Biological R eduction of Sulfate/YANG Jing2liang1,ZH AO Yi1,REN H ong2qiang1, L U O R en2ming2,LIU S an2xue2/(1.China N orth Pow er U niversity,H ebei B aoding071003;2.H ebei U niversity of Science and T echnology,Shijiazhu ang050018,China)Abstract:It were studied in this paper that SO2-4in penicillin wastewater were reduced by sulfate reducing bacteria. The results showed that the influent SO2-4,COD/SO2-4and SO2-4loading rate were main effect factors.More than 85%of SO2-4removal rate was reached at35℃±1℃when influent SO2-4was1600mg/L,p H7~9,COD/SO2-4 above3and SO2-4loading rate7.5kg/(m3・d).K eyw ords:sulfate2reducing bacteria;sulfate reduction;effect factor;penicillin wastewater 采用“硫酸盐生物还原—硫化物生物氧化—产甲烷—接触氧化”工艺处理青霉素废水,针对硫酸盐生物还原对产甲烷菌产生的基质竞争抑制和毒害作用[1],将硫酸盐还原与有机物甲烷化分开,可避免SO2-4还原对产甲烷菌造成的竞争抑制。
硫酸盐废水生物处理的影响机理及工程应用硫酸盐废水是一种含有硫酸盐离子的废水,常见于冶金、化工、制药等行业。
由于其高浓度和强酸性,对环境具有较强的污染作用。
生物处理是一种高效、经济、环保的硫酸盐废水处理方法。
本文将从影响机理和工程应用两个方面探讨硫酸盐废水生物处理技术的研究进展。
一、影响机理1. 硫酸盐的氧化还原反应硫酸盐在水中可以参与氧化还原反应,并且可以转换成硫酸、硫酸亚铁、硫酸铁等。
硫酸亚铁是一种强还原剂,可以将氧还原成水。
在生物处理的过程中,硫酸盐氧化还原反应起到了重要的作用。
2. 硫酸盐的微生物降解硫酸盐废水中的硫酸盐可以被一些微生物利用为能源,产生硫酸亚铁并继续氧化成硫酸。
这些微生物主要包括嗜硫氧化菌、嗜硫还原菌和硫杆菌等。
这些微生物可以在缺氧条件下生长,因此生物处理的反应器通常是厌氧环境。
硫酸盐降解的最终产物是硫酸,与其他类似废水处理技术相比,生物降解的硫酸盐水处理过程生成的废渣更少。
3. pH值的影响酸性环境对于硫酸盐的降解有促进作用。
在pH值为2-3的条件下,嗜硫氧化菌的生长速率最快,可以降解高浓度的硫酸盐。
酸性条件对细胞生长的影响也不可忽视,过强的酸性环境会破坏微生物的细胞膜结构,导致反应器运行不稳定。
4. 温度的影响反应温度是影响生物处理效果的关键因素。
一般来说,反应温度越高,硫酸盐的降解速率越快。
过高的温度会破坏生物的活性,影响反应器的运行效率。
最适合微生物生长的温度为20-35℃,而反应器温度也应在此范围内。
二、工程应用在生物处理过程中,适当的工程设计和操作是保证反应器稳定运行和有效降解硫酸盐废水的关键。
下面介绍几个常用的工程应用方法:1. 厌氧氧化池厌氧氧化池是一种专用于处理含有硫酸盐、硝酸盐等高强度有机废水的设备。
生物处理过程主要是基于嗜硫氧化菌和嗜硫还原菌的作用机理。
通常系统会采用配合填料装置,填充硬度高、特定表面积的填料可增加微生物生长。
通过厌氧氧化池可有效降解硫酸盐废水中的硫酸盐,并且产生的硫酸亚铁可以进一步氧化成硫酸。
SOUTHWEST WATER&WASTEWATER西南给排水Vol.41No.32019硫酸盐废水处理技术的研究进展沈浩',蓝佳铭:朱四琛'(1.南京工业大学城市建设学院,江苏省南京市211800;2.福建省环境保护产业协会,福建省福州市350000)摘要工业废水中存在一类包括常见硫酸盐的含有硫化合物废水,厌氧生物处理降解含有硫化合物的废水过程,存在驯化形成的硫酸盐还原菌(SRB)等微生物提供电子将高价态硫化合物还原形成零价态硫单质以及负价态硫化物的反硫化现象,而不同价态的硫化合物对常规生化法处理中的微生物有着不同的生长容许浓度。
目前关于硫酸盐废水的降解技术主要分为物理化学法和生物还原法。
关键词硫酸盐反硫化降解1前言硫酸盐废水广泛产生于食品、医药、矿石、精细化工等行业。
硫酸盐废水排放到水体经由反硫化作用中会造成水体酸化,在厌氧环境下还原产生硫化氢气体,导致环境恶臭,同时毒害微生物抑制自然水体自净能力,造成难降解污染物质去除的困难"'5|o硫酸盐废水的处理工艺主要分为两大类,即物理化学法和生物还原法。
2物理化学法硫酸盐废水处理中物理化学法主要包括化学沉淀法、离子交换树脂法以及膜分离技术等。
2.1化学沉淀法根据硫酸盐低溶度积常数的化学特性,投加金属盐类与废水中的硫酸盐形成固体沉淀从水中脱离出来达到去除硫酸盐的目的。
其中化学沉淀法又分为顿盐沉淀法、钙盐沉淀法、钙矶石沉淀法心役顿盐沉淀法是通过向废水中投加顿盐,形成硫酸领沉淀,实现硫酸盐的去除。
在理论条件下,投加合理的顿盐,硫酸盐浓度可以低至1mg/L。
实际操作中,废水需要进行CO广形成BaCO,干扰因素的去除,程序繁琐。
同时要保证2h以上的沉淀时间不致形成的沉淀变成胶体又均质到废水中,基建造价投入加大;另外顿盐价格较高,实际应用中不经济,残留的Ba"作为重金属元素污染还会危害水体环境。
钙盐沉淀法是一种比较经济的方法,一般可以通过投加熟石灰与硫酸盐形成微溶于水的硫酸钙沉淀,但一般硫酸盐的浓度只能降到1500-1800 mg/L,故而只能作为一种预处理方法,无法达到低浓度的排放标准。
矿山废水硫酸盐处理方法的研究进展与展望矿山废水硫酸盐处理方法的研究进展与展望随着工业化进程的加快,矿山废水的处理成为了一个重要的环境保护课题。
矿山废水硫酸盐的处理是其中的一个关键环节,本文对其研究进展进行了综述。
文章从不同处理方法的原理、优缺点以及存在的问题展开,最后展望了未来矿山废水硫酸盐处理的发展方向。
矿山废水中的硫酸盐主要来自于采矿、选矿、冶炼、热浸出等工作过程。
硫酸盐的高浓度不仅对环境产生危害,也会对人体健康造成威胁。
因此,研究矿山废水硫酸盐处理方法具有重要的意义。
目前,常用的矿山废水硫酸盐处理方法有物理-化学法、生物法以及膜分离法。
物理-化学法包括沉淀、离子交换等方法,主要是通过调节废水的pH值,利用化学反应降低硫酸盐的浓度。
生物法利用微生物代谢的特性,通过生物变换使废水中的硫酸盐转化为其他成分。
膜分离法则通过不同孔径的膜过滤废水,实现对硫酸盐的分离。
每种方法都有其独特的优势和适应性。
物理-化学法是目前矿山废水硫酸盐处理中常用的方法之一。
它具有操作简单、出水质量稳定等优点,但也存在一些问题。
首先,处理过程中会产生大量的沉淀物,如果不加以处理和回收,会产生废物,并且增加处理成本。
其次,该方法对废水的pH值要求较高,一些矿山废水由于化学成分的复杂性,难以达到所需的处理效果。
相比之下,生物法在矿山废水硫酸盐处理中的应用较少。
生物法可以充分利用微生物的代谢特性,将硫酸盐转化为其他无害成分。
该方法的优点包括效果稳定、成本较低等,但也存在一些局限性。
生物法处理过程较长,处理能力较低,对温度、pH值等条件要求较高。
此外,由于矿山废水中往往存在其他有毒有害物质,需要进一步优化和改进处理方法。
另一种处理方法是膜分离法,其基本原理是通过不同孔径的膜过滤矿山废水,实现对硫酸盐的分离。
膜分离法具有处理效果好、节能环保等优势,因此在矿山废水处理中具有广阔的应用前景。
然而,膜分离法在实际操作中也存在一些问题。
例如,膜的 fouling、scaling等现象会影响膜分离的效果,需要进行定期维护和清洗。
活化过硫酸盐高级氧化技术在污水处理中的研究进展与应用活化过硫酸盐高级氧化技术在污水处理中的研究进展与应用随着工业和城市化的快速发展,污水处理已经成为了环境保护的重要课题。
传统的污水处理方法如生物法、物理法和化学法等在处理高浓度、难降解废水的效果上存在一定的限制。
面对这一挑战,活化过硫酸盐高级氧化技术应运而生,并在污水处理领域取得了显著的研究进展与应用。
活化过硫酸盐高级氧化技术是一种利用过硫酸盐体系产生氢氧自由基进行废水氧化降解的方法。
过硫酸盐(S2O82–)在适当的条件下可以分解生成硫酸根自由基(•SO4–)和氢氧自由基(•OH),这两种自由基都具有很强的氧化能力,可用于降解废水中的有机物和毒性物质。
尤其是氢氧自由基(•OH)具有非常强的氧化性,能够与大多数有机物和无机物中的碳-碳键和碳-氢键发生反应,从而将其分解成较小的无害物质。
活化过硫酸盐高级氧化技术具有高效率、广谱性和无二次污染等优点,被广泛应用于废水处理领域。
在活化过硫酸盐高级氧化技术的研究中,许多研究者提出了不同的改进方法以提高其氧化效果。
其中包括添加催化剂、调节反应条件和优化光照条件等。
添加催化剂可以提高活化过硫酸盐的效率,常用的催化剂包括铁离子、铜离子和钛离子等。
这些催化剂可以与过硫酸盐反应生成过渡态金属离子(例如铁离子的过渡态为Fe3+),从而进一步产生氢氧自由基,增加反应的速率和效果。
调节反应条件如温度、pH值和初始浓度等也可以影响活化过硫酸盐的氧化效果。
优化光照条件,如使用紫外光辐射或可见光辐射,可以提高活化过硫酸盐的活性。
光照条件可以将静态的活化过硫酸盐转变为动态的活化过程,使其更容易与废水中的有机物反应。
除了在实验室中的研究,活化过硫酸盐高级氧化技术还在工业上得到了广泛应用。
例如,在纺织工业、印染工业和制药工业中,活化过硫酸盐高级氧化技术可有效降解废水中的染料、有机溶剂和药物等有机物,达到了国家废水排放标准。
此外,活化过硫酸盐高级氧化技术还可用于处理饮用水中的有机物和微污染物,以保护人们的健康和环境的可持续发展。
硫酸盐类污染物的生物去除技术研究硫酸盐是一种化学物质,有着广泛的应用。
然而,它也是一种严重的环境污染物,一旦排放到水体中,就会对水环境造成严重破坏。
硫酸盐类污染物的生物去除技术研究,正是针对这一环境问题进行的一项重要研究。
硫酸盐类污染物的来源硫酸盐可以来自于多种渠道。
其中,半导体行业、炼焦和焦化行业以及冶金行业是硫酸盐排放的主要来源。
此外,电力行业和磷化工行业也是硫酸盐排放的重要渠道。
硫酸盐类污染物的危害硫酸盐类污染物排放到水体中,对水生生物和水环境造成了不可逆转的破坏。
首先,硫酸盐类污染物与水中的钙离子结合,形成难溶的硫酸钙沉淀物,导致水体中的pH值下降,对水生生物造成危害。
其次,硫酸盐类污染物自然光照下会产生有毒的自由基,使水生生物DNA、RNA和蛋白质等生物分子产生氧化损伤,影响其生长和发育。
生物去除技术生物去除技术是目前最为流行的处理硫酸盐类污染物的方法之一。
生物去除技术使用的微生物可以将硫酸盐转化为无害的硫酸氢盐和硫化物。
生物去除技术有着很多优点,如不会产生二次污染、处理效率高、成本低廉等。
下面我们来看看一些典型的生物去除技术。
生物固氮还原硫酸盐技术生物固氮还原硫酸盐技术(Biological Nitrogen Fixation/Reduction of Sulfate)是一种比较广泛应用的生物去除技术。
该技术利用低等蓝藻(如斯奈德蓝藻)或特定的细菌(如硫还原菌)将硫酸盐转化为硫化物或硫酸氢盐。
该技术相对成本低,但处理效率有限。
微生物沉淀技术微生物沉淀技术(Microbial Precipitation)是一种利用微生物产生沉淀物将硫酸盐从水体中去除的技术。
利用大肠杆菌、链霉菌等微生物,在较高浓度的硫酸盐条件下产生沉淀物,将硫酸盐从水体中去除。
该技术简单,但处理效率较低。
微电解技术微电解技术(Microelectrolysis)使用铁和低电位电解两种方法去除硫酸盐。
铁电解能够将硫酸盐还原为氢硫酸钠或硫化物,低电位电解则可以将硫酸盐氧化为硫酸,进而沉淀为硫酸钙。
微生物电催化处理硫酸盐废水的作用机制研究微生物电催化处理硫酸盐废水的技术被越来越多的研究者所重视,这种技术不仅可以有效地处理硫酸盐废水,而且可以增加废水的利用率,改善其环境和生态效果。
在本文中,我们将探讨微生物电催化处理硫酸盐废水的作用机制。
首先,微生物电催化处理硫酸盐废水具有良好的去污作用。
微生物可以以电场作用为能量来调节其生长和代谢,从而提高其去除有害物质的能力,进而有效去除水中的污染物,如氨、氮等。
其次,微生物电催化处理硫酸盐废水具有较强的抗还原作用。
在电子环境下,微生物表现出很强的抗还原能力,其可以通过电子传输和抗氧化的过程来抑制硫酸盐废水中的污染物的还原作用,从而有效地阻止水中的污染物的反应,从而使水中的污染物更容易被去除。
再次,微生物电催化处理硫酸盐废水可以提高水的可用性。
通过微生物电催化处理,微生物可以利用硫酸盐废水中的氮、磷和钾元素,并将其转化为有用物质,从而增强水体的可溶性,提高废水的可用性。
最后,微生物电催化处理硫酸盐废水可以增强废物的可利用性。
微生物利用硫酸盐废水的各种有机物质,如氨、脲和醛等,使其可以被有机物利用,从而增加废物的利用率,提高其可回利用性。
总之,微生物电催化处理硫酸盐废水可以有效处理硫酸盐废水,增加其可利用性,改善环境和生态效果。
因此,有关机制的深入研究及其在废水处理中的应用将对未来水资源管理具有重要意义。
本文对微生物电催化处理硫酸盐废水的机制作了深入的分析,总结了该技术的作用机制,并对其在废水处理中的应用前景进行了分析。
随着生物技术的进步,未来的研究将朝着更精细的实验来发展,以进一步揭示微生物电催化处理硫酸盐废水的机制,为水资源管理和保护提供更多有效的方法。
综上所述,微生物电催化处理硫酸盐废水是一种有效的废水处理技术,可以有效去除污染物,改善水体的可用性,提高废物的利用率,以及促进废水处理技术的进步与应用。
第36卷 第11期2004年11月 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报JOURNA L OF H ARBI N I NSTIT UTE OF TECH NO LOGYV ol 136N o 111N ov.,2004硫酸盐废水生物处理工艺研究进展王爱杰1,王丽燕2,任南琪1,杜大仲1(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090,E 2mail :waj0578@ ;2.哈尔滨学院化学系,黑龙江哈尔滨150086)摘 要:综述了国内外硫酸盐废水生物处理工艺的沿革和最新进展.20世纪90年代前国际上大多采用单相厌氧工艺处理硫酸盐废水,但常常运转失败.多数研究针对此问题,探讨硫酸盐还原菌(SR B )对产甲烷菌(MP B )和其他厌氧微生物的初级抑制作用和次级抑制作用机制以及改进措施.90年代以后,国内外开发出多种硫酸盐废水生物处理新工艺,重点介绍了单相吹脱工艺、硫酸盐还原与硫化物光合氧化联用工艺、硫酸盐还原与硫化物化学沉淀联用工艺、生物膜法工艺、两相厌氧工艺、两相厌氧与硫化物生物氧化联用工艺等.简述了每种工艺的要点和研究成果.同时,提出了进一步提高硫酸盐废水处理工艺效能的要点.关键词:硫酸盐废水;硫酸盐还原菌(SR B );产甲烷菌(MP B )中图分类号:X 703文献标识码:A文章编号:0367-6234(2004)11-1446-04Bio 2treatment of sulfate 2laden w aste w aterW ANG Ai 2jie 1,W ANGLi 2yan 2,RE N Nan 2qi 1,DU Da 2zhong 1(1.School of Municipal and Environmental Engineering ,Harbin Institute of T echnology ,Harbin 150090,China ,E 2mail :waj0578@ ;2.Dept.of Chemistry ,Harbin C ollege ,Harbin 150086,China )Abstract :The ev olution and the latest development of the sulfate wastewater ’s biological treatment technics at home and abroad were summarized.Before 1990s the single 2phase anaerobic technics was widely used in treating sulfate wastewater in the w orld ,but the treatment always run unsuccess fully.The mechanism of the primary and sub in 2hibitive effect on methane 2producing bacteria and other anaerobic microorganisms caused by sulfate 2reducing bacteria was discussed in m ost studies and the im proving measures were discussed too.A fter 1990s ,kinds of new technics of biologically treating sulfate wastewater were developed.The following processes such as single 2phase anaerobic reac 2tor plus gas 2lift process ,sulfate 2reduction plus sulfide photosynthesis oxidation process ,sulfate 2reduction plus sul 2fide chemical precipitation process ,bio 2film process ,tw o 2phase anaerobic process ,tw o 2phase anaerobic process plus sulfide bio 2oxidation process etc.were em phatically introduced and the key points and experimental results of each process were briefly introduced.The points of further im proving the efficiency of bio 2treatment of sulfate 2laden wastewater were given at the same time.K ey w ords :sulfate wastewater ;sulfate 2reducing bacteria (SRB );methane 2producing bacteria (MP B )收稿日期:2003-12-10.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50208006);哈尔滨工业大学科学研究基金资助项目(HIT.2001.51).作者简介:王爱杰(1972-),女,博士,副教授;任南琪(1959-),男,博士,教授,博士生导师,特聘教授. 随着工业的发展,化工、制药、制革、造纸、发酵、食品加工和采矿等领域在生产过程中排放出大量高浓度硫酸盐工业废水.硫酸盐本身虽然无害,但是它遇到厌氧环境会在硫酸盐还原菌(SRB )作用下产生H 2S ,H 2S 能严重腐蚀处理设施和排水管道,且气味恶臭,严重污染大气.硫酸盐废水排入水体会使受纳水体酸化,pH 值降低,危害水生生物;排入农田会破坏土壤结构、使土壤板结,减少农作物产量及降低农产品品质.目前,我国很多城市的地下水已经受到不同程度的硫酸盐污染.寻求行之有效的硫酸盐废水处理工艺早已成为环境工程界普遍关注的问题.早在1988年第五届国际厌氧消化会议和1991年国际水污染研究及控制协会东京会议上,曾两次将硫酸盐废水治理工艺作为专题研讨.自20世纪70年代起国外开始采用单相厌氧工艺处理高浓度硫酸盐废水.但是,反应器运转成功的实例很少.1 传统单相厌氧工艺的弊端Anders on [1]将传统的单相厌氧工艺中硫酸盐还原作用对厌氧消化的影响机制归纳为两个方面,一是由于SRB 与产甲烷菌(MP B )竞争共同底物(乙酸和H 2)而对其产生的初级抑制作用;二是由于硫酸盐的还原产生的H 2S 对MP B 和其他厌氧菌的次级抑制作用.同时,H 2S 对沼气的产量和利用也造成严重影响.表1列出了几种废水处理的运行结果.可见,有硫酸盐存在时,就产甲烷速率与产H 2S 速率的对比而言,H 2S 的产生速率几乎都超过了产甲烷的速率,甚至造成了无甲烷产生的现象.表1 单相厌氧工艺处理高浓度硫酸盐废水的若干运行结果反应器接种污泥污泥形式基质r C OD r H 2Sr CH4r H 2SCSTR (610L )消化污泥絮状乙酸+S O 42-110010CSTR (1210L )未报告絮状城市污水+S O 42-1~113010UAS B (610L )未报告颗粒污泥模拟城市污水+S O 42-118约014UAS B (215L )絮体污泥颗粒污泥酵母废水+S O 42-310约016CP (015m 3)消化污泥絮状食用油废水(含S O 42-)115约018AF (015m 3)消化污泥生物膜,絮状脂肪酸废水(含S O 42-)118约017AF (115L )好氧活性污泥生物膜,絮状糖蜜废水+S O 42-315约013F B (312L )厌氧生物膜生物膜乙酸+S O 42-116约015F B (312L )厌氧生物膜生物膜乙酸+S O 42--约019UAS B (215L )颗粒污泥颗粒污泥甘油、类脂+S O 42-210约011UAS B (2010m 3)颗粒污泥颗粒污泥食用油废水(含S O 42-)115约015 1)CSTR 为完全混合反应器;CP 为厌氧接触反应器;UAS B 为升流式厌氧污泥床反应器;AF 为厌氧滤池;F B 为厌氧流化床反应器; 2)r C OD ,r CH 4,r H 2S 分别为COD 去除速率、产甲烷速率和产H 2S 速率. 继Anders on 之后,很多学者提出了上述两种抑制作用的关键影响因素和控制措施,简述如下.111 SRB 对MPB 初级抑制作用的相关研究Niels on 等[2]提出了SRB 和MP B 竞争底物的动力学特性和相关机制.Chio 等[3]发现高温(55~65℃)SRB 比MP B 更有竞争H 2和乙酸的优势.Saleh 等[4]提出硒酸盐、钼酸盐、Na 2AsS 4、K 2CrO 4、PbCl 2、CdCl 2、Na 2MnO 4、超声波、可见光、紫外线可以作为SRB 的抑制剂(物)并解释其作用机制.Alphenaar 等[4]研究细胞固定化形式和基质浓度与SRB 在竞争中占优势的关系,提出底物浓度较低时,SRB 易在生物膜上占绝对优势.Viss 2er [4]提出较高pH 下,SRB 获得底物的能力强,而在中性pH 时,MP B 的竞争可占优势.Lens [5]等发现硫酸盐浓度对SRB 和MP B 生长速率比值的影响规律.McCartney [6]等提出了碳硫比(基质浓度与硫酸盐浓度之比,T OC/S O 42-或C OD/S O 42-)是决定SRB 和MP B 竞争的重要因素,并探讨其作用范围.他们研究了接种污泥的类型和驯化方式,提出在高硫酸盐浓度废水中驯化污泥有利于SRB 占优势,反之MP B 占优势.112 SRB 对MPB 次级抑制作用的相关研究K han [7]等发现硫化物的毒性远远大于其他化合态硫,不溶性硫化物对厌氧过程一般无抑制作用.Reise [8]等提出硫化物对微生物的抑制作用主要是溶解性H 2S.K oster [9]等提出可以控制pH 值从而抑制H 2S 的毒性,给出了硫化物的最高抑制阈.针对单相厌氧工艺中SR B 还原硫酸盐所产生的不利影响,很多研究者自20世纪90年代起提出多种改进工艺处理含高浓度硫酸盐废水.2 硫酸盐废水处理新工艺研究211 单相吹脱工艺单相吹脱工艺是在单相厌氧处理系统中安装惰性气体吹脱装置,将硫化氢不断地从反应器中吹脱掉,以减轻其对MP B 和其他厌氧菌的抑制作用,从而改善反应器的运行性能.吹脱工艺见图1.Olesakjewicz [10]采用UAS B 反应器设内部吹脱装置(如图1(a )所示)处理乳清废水,发现系统的C OD 去除率和产甲烷率提高30%以上.他在处理纸浆废水时,采用装有气体循环净化装置的厌氧反应器,进水C OD 、BOD 、S O 42-分别为12000、4000~6000和3000mg/L ,将所产生的沼气经净化(用加有一种螯合剂的高价铁溶液洗涤)后回流入反应器来吹脱H 2S ,反应器的C OD 和BOD 去除率分别可达54%和88%.吹脱气体一般采用较稳・7441・第11期王爱杰,等:硫酸盐废水生物处理工艺研究进展定的N 2气或沼气.内部吹脱的单相厌氧工艺的最大缺点是吹脱气量不易控制,维持吹脱装置正常工作有一定困难.Anders on [1]开发的外部吹脱装置(如图1(b )所示)操作较简单,只对出水进行吹脱,去除H 2S 后将部分处理水回流,对进水进行稀释.应该指出,单相吹脱厌氧工艺并没有彻底克服硫酸盐还原作用对MP B 的抑制作用,因为反应器中仍然有相当量的H 2S 存在,会对MP B 产生抑制作用,在一定程度上降低甲烷产量,而且增加沼气回收利用的困难.(a )内部吹脱的单相厌氧反应器(b )外部吹脱的单相厌氧反应器图1 单相吹脱工艺流程图212 硫酸盐还原与硫化物光合氧化联用工艺Buisman 等[11]提出一种厌氧工艺,利用SRB将硫酸盐还原为硫化物,同时利用光合细菌将硫化物氧化为单质硫.K obayashi 等人[12]通过小试用厌氧光合菌实现了由硫化物到单质硫的转化.Maree [13]通过在厌氧反应器培养光合菌来处理高浓度硫酸盐废水,在厌氧滤池中成功地实现了硫酸盐→硫化物→硫的转化.当废水的C OD 为3000mg/L ,S O 42-为2500mg/L ,反应器的HRT 为12h 时,硫酸盐还原率达90%左右,C OD 去除率达70%.这种方法在处理硫酸盐废水方面虽有一定的效果,但需要在反应器内部提供光照,要消耗辐射能,这在经济上有严重的缺点[13].另外,有关光合细菌法处理硫酸盐废水的研究大都处在小试阶段,在工程实践中应用的可能性不大.213 硫酸盐还原与硫化物化学氧化联用工艺由于硫化物与某些金属离子易生成沉淀,在反应器中投加Fe 2+、Zn 2+等,可以降低溶解性硫化物浓度,减小硫化物对MP B 的毒害作用[14].但是,此工艺的弊端是投加金属盐后形成的不溶性硫化物在反应器中会累积,从而降低厌氧污泥的相对活性.而且,当硫酸盐浓度很高时,所需的化学药品的费用会相对增高.另外,污泥产量也会增加,给污泥后处理带来困难.这种方法虽然控制了硫化物的抑制,但SRB 与MP B 的基质竞争作用依然存在,产甲烷率仍偏低.214 生物膜法工艺Renze [15]指出,由于SRB 的世代时间通常大于HRT ,故采用生物膜工艺处理硫酸盐废水较有优势.填充有载体介质(如白云石)的生物膜反应器比完全混合生物反应器更适用于工业.但是,固定载体、固定生物膜反应器的主要缺点是在反应器内容易形成孔隙通道,载体易被硫化物沉淀所阻滞.Maree [16]等认为,这一问题可通过采用周期性地急剧提高回流速度来解决.另一方法是采用流动载体.Vladislav 和Sava [17]以铁屑作为生物膜的载体,对填充床和流动床生物反应器进行了小试研究.结果表明,流动床生物反应器中S O 42-的最大还原能力(7197kg/(m 3・d ))比填充床(3145kg/(m 3・d ))高2倍.Jukka [18]在UAS B 反应器中以乙醇作为碳源,考察S O 42-还原情况.结果表明,当S O 42-负荷率为610kg/(m 3・d ),HRT 为015~0185d ,进水S O 42-质量浓度为840~5000mg/L时,S O 42-去除率达到80%.大多数研究者认为采用具有出水回流的上向流填充床反应器为宜,可以实现进水和反应器内液体的完全混合.215 两相厌氧工艺Mizuno [19]等的试验证明两相厌氧工艺的酸化单元中微生物的产酸作用和硫酸盐还原作用可以同时进行.指出在酸性发酵阶段利用SRB 去除硫酸盐具有以下优点:1)硫酸盐还原菌可以代谢酸性发酵阶段的中间产物如乳酸、丙酮酸、丙酸等,故在一定程度上可以促进有机物的产酸分解过程;2)发酵性细菌比MP B 所能承受的硫化物浓度高,所以,硫化物对发酵性细菌的毒性小,不致影响产酸过程;3)由于硫酸盐还原作用主要是在产酸相反应器中进行,避免了SRB 和MP B 之间的基质竞争问题,可以保证产甲烷相有较高的甲烷产率,而且在形成的沼气中的H 2S 含量较小,便于利用;4)由于产酸相反应器处于弱酸状态,硫酸盐的・8441・哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第36卷 还原产物硫化物大部分以H2S的形式存在,便于吹脱去除.Mizuno等用厌氧滤池作为两相厌氧工艺的产酸相反应器,用UAS B反应器作为产甲烷相反应器处理纸浆废液,进水C OD为19300mg/L,BOD 为5930mg/L,S O42-为5225mg/L,pH为610~613时,S O42-的还原率可达63%,系统的C OD去除率达90%以上.G ao[20]利用CSTR型两相厌氧工艺处理含乳清的硫酸盐废水,产酸相反应器进水C OD为8500mg/L,S O42-为1000mg/L,pH为611~612时,硫酸盐还原率可达88%,工艺系统的C OD去除率达95%以上,产甲烷相中的产甲烷率达0131~0140m3/kg C OD(30℃).王爱杰等[21]采用CSTR型产酸脱硫反应器作为两相厌氧工艺系统的产酸相处理高浓度含硫酸盐废水,进水C OD 质量浓度为3000~4000mg/L,S O42-质量浓度为1000~2000mg/L,S O42-负荷率低于715kg/ (m3・d),HRT为418~610hr,pH为610~612时, S O42-的还原率可达90%~100%.同时,通过连续流试验和间歇试验,考察SRB的群体生态学规律,并发现了硫酸盐还原过程中微生物的特殊代谢类型———乙酸型代谢方式[22].王旭等[23]提出,在处理需要外加碳源的无机硫酸盐废水(如酸矿废水)时,为降低成本,提高处理效率,应尽量降低废水的碳硫比至理论值0167,其途径是在反应器中培育完全氧化型SRB.他采用CSTR型产酸脱硫反应器驯化完全氧化型SRB,以乙酸为底物,进水不调节碱度,硫酸盐和C OD去除率都可达到80%.216 两相厌氧与硫化物生物氧化联用工艺目前,两相厌氧工艺处理硫酸盐废水已得到诸多共识,并在此基础上发展了一些更理想的工艺系统.杨景亮和左剑恶等[24]、李亚新等[25]和王爱杰等[26]分别提出了“硫酸盐还原—硫化物生物氧化—产甲烷”新工艺.其中硫化物氧化单元是利用无色硫细菌(Thiobacillus)将硫化物氧化为单质硫,从而彻底去除系统中的硫酸盐.此生物脱硫工艺条件温和,能耗低,投资少,具有广阔的应用前景.王爱杰等[27]针对制药、垃圾渗滤液等富含硫酸盐的废水中同时含有硝酸盐或氨氮的特点,提出硫化物氧化单元可以利用脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)同步脱氮脱硫的功能,实现废水在厌氧膨胀床反应器中同步脱氮脱硫的目的,并收获为单质硫.3 提高硫酸盐废水处理工艺效能 1)SR B与某些产酸菌是底物利用关系,控制产酸相反应器向SR B容易利用的底物转化,是加快硫酸盐还原速率和提高硫酸盐去除率重要环节.2)硫酸盐完全还原时碳硫比的理论值为0167,只有底物被完全氧化为二氧化碳或水时碳硫比才能接近0167,不完全氧化时(即氧化产物为乙酸时)碳硫比多>115.因此,降低碳硫比的关键是控制条件来增加SRB对乙酸的利用,这对于处理酸矿废水尤为重要.3)接种污泥中SRB的优势地位可保证工艺系统在相当长时间内稳定运行.SRB初始优势有两层含义:一是指SRB对非SRB的优势,二是指不同SRB种群(如利用醇类底物的SRB与利用乙酸底物的SRB)之间的初始优势关系.后者对于降低碳硫比尤为重要.4)研究SRB和其他微生物的生理生态学规律有助于确定最佳工艺参数,如C OD/S O42-比、pH值、氧化还原电位、碱度等,解释特殊的反应现象,寻求进一步提高处理效率和能力的手段.5)生物膜法能有效增加SRB在反应器中的停留时间,增大SRB浓度,提高硫酸盐还原率.6)对于不同种类硫酸盐废水,根据有机物特点、碳硫比和治理目标等有针对性选择处理工艺.参考文献:[1]A N DERS O N G K.F ate o f C O D in an anaer obic sys tem treatinghigh sulfate bearing w as tew ater[A].Int C on f on T ox ic W as te T reatm ent[C].W ashing ton D C:[s.n.],1986.[2]NIE LS ON P H.Biofilm dynamics and kinetics during high2rate sulfate reduction under anaerobic conditions[J].Appl Environ M icrobiol,1987,53:27-32.[3]CHI O E,RI M J M.C om petition and inhibition of sulfate re2ducers and methane producers in anaerobic treatment[J].Wat Sci T echnol,1991,23:1259-1264.[4]POSTG ATE J R.The Sulfate Reducing Bacteria[M].UK:Cambridge University Press,1984.[5]LE NS P,M ATTER O.R om oval in G radient Biofilm Reactor[D].Belgium:University of G ent,1994.[6]McC ART NEY D M,O LESKIEWICZ J A.C om petition be2tween methanogens and sulfate reduces:E ffect of C OD:sul2 fate ratio and acclimatization[J].Wat Env Res,1993,65(1):655-664.[7]K H AN A 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含硫酸盐废水处理的研究的开题报告题目:含硫酸盐废水处理的研究一、研究背景及意义含硫酸盐废水是一种常见的工业废水,包括电镀废水、纸浆废水、制药废水等。
其中含有大量的硫酸盐,不仅会对环境造成污染,而且也会影响生态系统的平衡。
因此,该废水的处理对环境保护和生态平衡的维护至关重要。
目前,国内外已经出现了很多含硫酸盐废水的处理方法,包括物化处理和生化处理等方式。
但是,在实际的处理中,往往会出现工艺难以稳定、处理成本较高等问题。
因此,对含硫酸盐废水处理的研究具有重要的现实意义和科学价值。
二、研究内容本研究将从以下几个方面展开:1.含硫酸盐废水的特性分析对不同来源、不同工艺的含硫酸盐废水样品进行采样、分析,明确其污染物的种类、含量及物理化学性质等。
2.处理方法的筛选根据含硫酸盐废水的特性以及现有处理方法的优缺点,筛选出适合该废水处理的方法,包括物化处理和生化处理等方式。
3.实验研究在选定的处理方法基础上,开展含硫酸盐废水的处理实验。
分析处理后废水的COD、BOD、SS、TN等指标,确定最佳的处理工艺参数。
4.工艺优化根据实验结果,对处理工艺进行优化。
同时,建立含硫酸盐废水处理的稳定性和可行性的评价体系,为工业应用提供科学依据。
三、预期成果1.掌握含硫酸盐废水的特性及处理方法的原理与优缺点。
2.建立含硫酸盐废水处理的实验方法,确定最佳的处理工艺参数。
3.对含硫酸盐废水处理工艺进行优化,提高处理效果和经济性。
4.持续升级含硫酸盐废水处理技术水平,提高我国工业废水处理的水平和质量。
四、研究方案1.文献调研:了解国内外相关研究进展和最新发展趋势。
2.采样与分析:收集不同来源、不同工艺的含硫酸盐废水样品,开展主要污染物的分析,明确含硫酸盐废水的特性。
3.筛选处理方法:根据含硫酸盐废水的特性以及现有处理方法的优缺点,筛选出适合该废水处理的方法,包括物化处理和生化处理等方式。
4.实验研究:在选定的处理方法基础上,开展含硫酸盐废水的处理实验。
1999年5月ENV I RONM EN TAL SC IEN CEM ay,1999含盐废水的生物处理研究进展文湘华 占新民 王建龙 钱 易(清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京 100084 E m ail :shc 2den @tsinghua .edu .cn )摘要 含盐废水包括海水直接利用后排放出的废水和许多工业废水,如化工废水、农药废水.因为含盐量高、废水的生物处理具有一定的难度.本文在文献调查的基础上讨论了含盐废水生化处理的可行性、盐对微生物生化特性的影响和国内外对含盐废水生化处理技术和机理研究的进展.关键词 含盐废水,生物处理,嗜盐微生物.文湘华:女,37岁,博士,副教授收稿日期:1998210206Rev iew of The B iolog ica l Trea t m en t of Sa l i n ity W a stewa terW en X ianghua Zhan X inm in W ang J ian long Q ian Y i(State Key Jo int L abo rato ry of ESPC ,D epartm ent of Environm ental Engineering ,T singhua U niversity ,Beijing 100084,Ch ina E 2m ail :shc 2den @tsinghua .edu .cn )Abstract M any k inds of w astew ater contains h igh ly 2concentrated salt ,such as m unici pal w astew ater in cities utilizing sea w ater as one part of w ater supp ly ,chem ical industrial w astew ater and pesticide w astew ater ,etc ..It is necessary to put emphasis on the bi o logical treatm ent of salinity w astew ater .In th is paper ,influence of salt on m icroo rganis m and the developm ent of the bi o logical treatm ent are review ed .Keywords salinity w astew ater ,bi o logical treatm ent ,haloph ilic bacteria .、含盐工业废水和其它的含盐废水.根据含盐废水的来源可以将含盐废水分为:(1)海水直接利用过程中排放出的废水[1] 近年来,为缓解淡水资源日益紧缺的局面,许多沿海城市开始推行海水直接利用.海水可以直接利用于很多方面:①海水用作工业冷却水,广泛用于电力、钢铁、化工、机械、纺织、食品等行业.现在,日本沿海绝大多数企业的工业用水量的40%~50%为海水,美国工业用水的1 5为海水,西欧六国到2000年海水利用量将达到2500×108m 3[2,3].我国海水年利用量约为60×108m 3,大大落后于日美等先进国家[1].②用作工业生产用水.在建材、印染、化工等行业的某些生产工艺中,海水可以直接作为生产用水.例如碱厂用海水代替淡水用于化盐工艺;电厂把海水作为冲灰水.③城市生活用水.用于冲洗道路和厕所,消防以及游泳娱乐等方面.在香港,冲厕海水量已达43×104m 3d ,约为全港淡水用量225×104m 3d 的17%[1].无论海水直接用于哪一方面,最终都将进入城市污水处理厂.(2)工业废水 一些工业行业在生产过程中排放出高含盐的有机废水,如印染、腌制、造纸、化工和农药等行业.表1和表2分别列出了染料中间体对氨基偶氮苯盐酸盐废水和农药多菌灵废水的含盐情况[4].(3)其它含盐废水 大型船舰上的污水是高含盐生活污水;某些地下水异常地区的天然水比一般淡水的含盐量高很多,如河北平原部分地区浅层地下水为咸水,总溶解固体浓度可以到5g L 左右[5].1 含盐废水生物处理的可行性微生物广泛存在于自然界,其中一些对盐适应性强的嗜盐微生物在含盐废水生物处理中占有重要地位.表3对常见的嗜盐细菌作了简单的概括[6]. 作为废水生物处理生物相中重要一相的原生动物中也有一些嗜盐类,如:展现突口虫(Condy losto m a 2p atuum ),红色角毛虫(K eronop sisrube ),绿模瘦尾虫(U rolop top sisv irid is )和扇状游什虫(E up lotesvannus )[7].这些嗜盐微生物为废水生物处理提供了保证.另外,适应于生活在淡水或淡水生物处理设施中的微生物在受到高含盐废水的冲击时,会通过自身的渗透压调节机制来平衡细胞内的渗透压或保护细胞表1 对氨基偶氮苯盐酸盐生产废水水量和水质水量 t・d-1pH COD m g・L-1色 度苯胺类物质 m g・L-1C l- m g・L-1 210~01640000~6000020000~400007000~900040000~100000表2 多菌灵农药废水水质COD m g・L-1邻苯二胺m g・L-1CaC l2m g・L-1色 度445008751430001000~3000内的原生质,这些调节机制包括细胞聚集低分子量物质,如氨基酸、糖、甘氨酸三甲基内盐来形成新的胞外保护层,调节自身新陈代谢,改变遗传基因[8].因此,正常的活性污泥处理工艺会通过活性污泥的适应性而处理含盐废水.表3 嗜盐细菌名 称嗜 盐 浓 度特 性野油菜黄单胞菌X.camp estris210%~510%革兰氏阴性,好氧,杆菌生枝动胶菌Z.ram ig era310%生长良好,615%不生长革兰氏阴性,好氧,杆菌鳗孤菌V.ang u illa rum N aC l10%不生长,7%生长差,不加N aC l可以生长致病菌费氏孤菌V.f ischeri10%不生长,不加盐不生长,7%生长良好革兰氏阴性;兼性厌氧,孤菌肋生孤菌V.costicola N aC l10%中生长不水解酪蛋白霍乱孤菌V.cholerae N aC l7%中生长差,不加N aC l可以生长付溶血孤菌V.p a rahae m oly ticus N aC l7%生长良好,无N aC l不能生长明亮发光杆菌P.p hosp horeum3%适于生长,015%~5%可生长,无盐不生长革兰氏阴性,兼性厌氧,杆菌哈威折光杆菌L.ha rvey i1970最适合食盐210%~310%,无盐不长紫色色杆菌C.v iolaceum Bergonzini6%严格好氧或者兼性厌氧吲哚黄杆菌F.ind oltheticum生长需食盐,从海水环境分离菌体周生鞭毛泰伦黄杆菌F.tirren icum生长需食盐,从海水环境分离菌体周生鞭毛湿润黄杆菌F.u lig inocum生长需食盐,从海水环境分离嗜海水黄杆菌F.ha l m ep h ilum生长需食盐,从海水环境分离脱硫脱硫孤菌河口亚种生长需要N aC l,在含苹果酸盐硫酸盐培养基上生长革兰氏阴性厌氧菌D.d esu lf u ricanssubsp.aestua rii需盐脱硫孤菌D.sa lex ig ens生长需要N aC l,在含苹果酸盐硫酸盐培养基上生长革兰氏阴性厌氧菌盐脱氮付球菌P.ha lod en itrif icans嗜盐专营有机化能型威氏硝化杆菌N.w inog rad sky i w inslow etal 1917革兰氏阴性无机化能型,专性好氧硝化球菌N.m obilis.w atsonet W aterbury 1971海水+亚硝酸盐环境革兰氏阴性无机化能型,专性好氧欧洲亚硝酸单胞菌N.eu rop aea W inograd2 sky1892海水或者淡水富加N H3和无机盐的培养基革兰氏阴性无机化能型,专性好氧海洋亚硝化球菌N.occanus革兰氏阴性无机化能型,专性好氧禾他甲烷球菌M.voltae可以忍受5%N aC l革兰氏阴性球菌,产甲烷细菌2 含盐废水生物处理的实验研究Kargi和D incer利用间歇生物反应器进行了自配水样实验,研究了盐的抑制作用及动力学常数[9];H anoda和A l2A tlar利用完全混合式反应器研究了N aC l浓度(10g L和30g L)对活性污泥工艺处理效率的影响[10];Belk in等研究了高盐环境下化工废水生物处理的可行性[11];在国内,安林和顾国维讨论了盐度对二阶段接触氧化法处理废水的影响[12].其它一些学者开展了用不同反应器处理含盐废水的效率研究,如滴滤池[13]、延迟活性污泥法[14]、传统活性污泥工艺[15]等.同济大学环境生物教研室提出了用不同生物处理工艺处理有机废水时所允许的N aC l浓度(表4).[12]关于高含盐量对生物处理系统的影响,有以下2种观点:(1)高盐环境及盐浓度的变化对生物处理有抑制作用 Ingram通过对杆菌的研究发现,当N aC l浓度5013期 环 境 科 学 表4 几种生物处理方法中NaCl浓度的限制量工 艺污泥处理活性污泥工艺生物滤池自 净 化两阶段接触氧化N aC l m g・L-15000~100008000~900010000~400001000025000~35000大于10g L时,微生物呼吸速率降低[16].当N aC l浓度大于20g L时,会导致滴滤池BOD去除率降低[13],在此浓度下,活性污泥法的BOD去除率降低,同时污泥的絮凝性变坏,出水SS升高,硝化细菌受到抑制[15].以含高浓度卤代有机物废水进行的试验表明,BOD去除率随盐浓度的增加而降低[11].高盐环境下微生物代谢酶活性受阻,生物增长慢,产率系数低;水体密度增加;影响污泥絮凝性[1].处理含盐废水反应器中溶解氧浓度较低[17].高盐环境下的污泥较一般污泥糖类、蛋白质含量低而脂类、RNA含量高[18].许多学者发现盐浓度的变化对生物处理存在影响.延时曝气工艺中,急剧的盐度增高导致BOD去除率降低;反之当进水由含盐水换成一般废水时,曝气池中污泥浓度降低[14].降低含盐浓度比增加盐浓度对微生物的影响更大,当无盐系统突然加入30g L N aC l时,系统BOD去除率降低30%;而当污泥经30 g L N aC l驯化后,系统BOD去除率则要降低75%左右.K incannon和Gaudy认为盐浓度的变化会导致细胞组分的分解[18].(2)含盐量不会降低废水生物处理的有机物去除率,适当的含盐量可以提高污泥絮凝性,还对生物处理系统起到稳定作用 W oo lard等把嗜盐微生物在序批式生物膜反应器(SBBR)中培养,处理含盐量1%~15%的合成含酚废水,即使含盐量高达15%(150 g L),对酚的去除率依然在99%左右[19].H amoda和A l2A tlar对活性污泥法处理含盐废水(10g L和30g L)的研究发现,高盐环境下生物活性和有机物去除率均有提高,TOC去除率在N aC l0 g L、10g L、30g L时,分别为9613%、9819%、9912%;OU R分别为1275m g (L・d)、1987m g (L ・d)和2000m g (L・d).他们认为在高盐条件下,微生物生长没有受到抑制,相反促进了一些嗜盐菌的生长,使反应器内微生物浓度增加,降低了有机负荷.另外,N aC l的加入也提高了污泥的絮凝性[10].K incannon和Gaudy发现在适宜N aC l浓度下(8~10g L),能维持反应器内较高的污泥浓度,并建议城市污水处理厂可通过适当措施使污水N aC l浓度维持在8g L左右[20].目前生化治理含盐废水的研究得出的结论不很一致,且多数工作局限在配水实验,因此,研究含盐废水的生物处理的可行性、机理和处理技术是必要的.参考文献1 尤作亮等.海水直接利用及其环境问题分析.给水排水, 1998,24(3):642 刘洪滨.我国海水淡化和海水直接利用事业前景的分析.海洋技术,1995,14(4):763 谭征等.走向海洋新世纪.北京:北京工业大学出版社, 1993.934 占新民,王建龙等.中和沉淀2树脂吸附法处理对氨基偶氮苯盐酸盐废水的实验研究.环境工程,1998,16(3):7 5 郭永海.河北平原地下水环境演化规律及其与人类活动相互关系的研究.中国地质大学博士论文,1993.126 邱文芳主编.环境微生物学技术手册.北京:学苑出版社,1989.2347 沈韫芬,章宗涉等.微型生物监测新方法.北京:中国建筑工业出版社,1990.638 Gauth ier,M.J.F latau G.N and B reittm ayer U A.P ro tective Effect of Glycine Betaine on Survival of E s2 cherich ia Co li Cells in M arine Environm ent.W at.Sci.T ech.,1991,24(2):129~1329 F ik ret Kargi and A li R D incer.B i o logical T reatm ent of Salinity W astew ater by Fed2Batch Operati on.J.Chem.T ech.B i o tech.,1997,69:167~17210 H amoda M F and A l2A tlar IM S.Effects of H igh Sodi2 um Ch lo ride Concentrati on on A ctivated Sludge T reat2 m ent.W at.Sci.T ech.,1995,31(9):6127211 Sh i m shon Belk in,A sher B renner et al.B i o logical T reatm ent of a H igh Salinity Chem ical Industrial W 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摘要介绍了硫化物抑制微生物活性的机理、硫酸盐还原菌(SRB)的特性以及硫酸盐还原菌和其他微生物的协同作用,综述了国内外处理含硫酸盐化工废水的生物处理工艺概况和最新进展。
简要介绍了单相吹脱工艺、两相厌氧工艺、生物膜法、硫酸盐还原和化学沉淀联合等较为成熟的工艺,进一步阐述了近年来新开发的折流挡板反应器、厌氧序批式污泥法(ASBR)以及限量曝气工艺,同时提出了含硫酸盐化工废水处理方法的发展趋势。
关键词硫酸盐化工废水硫酸盐还原菌(SRB)生化处理中图分类号X781.3第一作者简介:胡宗泰男1983年生工程师研究方向为污水处理5・・上海化工第33卷物细胞表面硫物质的过量积累。
2硫酸盐还原菌的特性以及和其他微生物的共生关系2.1硫酸盐还原菌的特性2.1.1硫酸盐还原菌的种类群硫酸盐还原菌是指一类具有能把硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等硫氧化物以及元素硫还原成硫化物这一生理特征细菌的统称。
硫酸盐还原菌的主要特征是以硫酸或硫酸盐作为最终受氢体,从而将硫酸或硫酸盐还原为硫化物。
硫酸盐还原菌可利用的基质范围比产甲烷菌要广,其生长的pH值、温度、氧化还原电位等环境条件的范围也比MPB要广,故SRB的生长易于MPB,适应性强。
按Bergey’s系统细菌学手册中的属检索表,硫酸盐还原菌分为两类:(1)同化性还原硫细菌能完全氧化乙酸为CO2,利用元素硫作为电子受体的细菌;(2)异化性硫酸盐还原菌能异化性还原硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐或其他氧化态硫化物。
根据所利用底物的不同,硫酸盐还原菌可分为三类[2]:(1)氧化氢的硫酸盐还原菌(HSRB);(2)氧化乙酸的硫酸盐还原菌(ASRB);(3)氧化较高级脂肪酸的硫酸盐还原菌(FASRB)。
2.1.2硫酸盐还原菌的生长条件(1)生长温度硫酸盐还原菌大多数是中温的,一般30℃左右。
(2)生长的pH值硫酸盐还原菌生长的最适合pH值在中性偏碱范围,培养基制备时,一般灭菌前pH调至7.0 ̄7.6。
(3)生长的氧化还原电位(Eh)原来一直认为硫酸盐还原菌是严格厌氧菌[3],但最新的研究表明硫酸盐还原菌能耐受高达4.5mg/L的溶解氧(DO),氧化还原电位(Eh)在-100mV以下时生长良好。
(4)生长因子硫酸盐还原菌的生长都需要维生素作为生长因子,在培养基中加入酵母浸提物即可获得较好的生长。
(5)生长抑制剂化学抑制因子包括苯酚类、抗生素和金属离子等。
金属离子如Hg2+、Cu2+、Cd2+等,当有H2S形成时,这些离子和H2S形成硫化物沉淀而解除对硫酸盐还原菌的毒害,当无H2S时,这些金属离子毒害明显。
硒酸盐和硫酸竞争电子和质子,因而影响硫酸盐还原。
钼离子可以耗尽硫酸盐的ATP库,强烈抑制硫酸盐还原菌的生长。
2.2硫酸还原菌和产甲烷菌、产乙酸菌(AB)的竞争2.2.1硫酸还原菌与产甲烷菌对氢的竞争氢是厌氧消化过程关键的中间产物,一般情况下,有机物的30%经由氢这一中间产物而降解,而SRB和MPB均可利用氢作为底物。
从热力学上计算:△G0/(kJ・mol-1)4H2+CO2→CH4+2H2O-32.74H2+HSO4-→HS-+4H2O-38.0SRB在利用氢的能力上比MPB要强。
从动力学上看,SRB比利用氢的MPB生长更快。
所以由热力学和动力学预测,SRB在对氢的利用上强于MPB,如果有足够的硫酸盐,所有的氢都可以被SRB所利用,在厌氧反应器中的研究结果与此也一致。
2.2.2硫酸盐还原菌与产甲烷菌对乙酸的竞争乙酸是厌氧消化中最主要的中间产物,通常降解COD的70%[4]要经由乙酸这一中间产物降解。
从SRB和MPB降解乙酸的热力学和细菌动力学上看,SRB在竞争中占优势,特别是低乙酸浓度下。
但是实验结果往往与之矛盾,因为反应器中SRB和MPB的竞争受很多因素的影响,如温度、pH值、Fe2+浓度、硫酸盐浓度、细胞的固定化等诸多因素,结果很难预测。
2.2.3硫酸盐还原菌与产乙酸菌之间的竞争至今人们对于SRB和产乙酸菌之间对底物的竞争所知甚少。
一般认为较高硫酸盐浓度下,SRB的生长占优势,较低硫酸盐浓度下,利用丙酸的SRB对SO42-的竞争不如利用氢的SRB,故低SO42-浓度下,产乙酸菌可能在与SRB的竞争中占优势。
3硫酸盐化工废水生物处理工艺研究3.1单相吹脱工艺单相吹脱工艺是在单相厌氧处理系统中安装惰性气体吹脱装置,将H2S不断地从反应器中吹脱掉,以减轻其对MPB和其他厌氧菌的抑制作用,从而改6・・第1期胡宗泰等:硫酸盐化工废水生物处理的研究进展善反应器的运行性。
Olesak-jewicz[5]采用UASB反应器设内部吹脱装置处理乳清废水,发现系统的COD去除率和产甲烷率提高30%以上,但内部吹脱的单相厌氧工艺的最大缺点是吹脱气量不易控制,维持吹脱装置正常工作有一定困难。
Anderson[6]等开发的外部吹脱装置操作较简单,只对出水进行吹脱,去除H2S后将部分处理水回流,对进水进行稀释。
应该指出,单相吹脱工艺没有彻底解决硫酸盐还原和硫化物对MPB的抑制问题,H2S的生成增加了沼气回收利用的难度;气体吹脱装置的增加使设备运行和维修工作更加复杂。
3.2两相厌氧工艺Reise[7]等的试验证明两相厌氧工艺的酸化单元中微生物的产酸作用和硫酸盐还原作用可以同时进行,并指出在酸性发酵阶段利用SRB去除硫酸盐具有以下优点:(1)硫酸盐还原菌可以代谢酸化段的中间产物如乳酸、丙酮酸、丙酸等,故在一定程度上可以促进有机物的产酸分解过程;(2)发酵性细菌比MPB所能承受的硫化物浓度高,所以硫化物对发酵性细菌的毒性小,不致影响产酸过程;(3)由于硫酸盐还原作用主要是在产酸相反应器中进行,可避免SRB和MPB之间的基质竞争问题,可以保证产甲烷相有较高的甲烷产率,而且在形成的沼气中H2S的含量较小,便于利用;(4)由于产酸相反应器处于弱酸状态,硫酸盐的还原产物硫化物大部分以H2S的形式存在,便于吹脱去除。
两相厌氧工艺的关键在于:使硫酸盐在产酸阶段得到充分还原。
否则,仍会有大量的硫酸盐进入产甲烷反应。
但大量实验表明,在产酸段硫酸盐的还原并不完全,同时两相厌氧工艺也存在着设备复杂、投资及运行费用高、维护困难等缺点,从而阻碍了该方法的普及[8]。
3.3生物膜法工艺Renze[9]指出,由于SRB的世代时间通常大于水力停留时间(HRT),故采用生物膜工艺处理硫酸盐废水较有优势。
填充有载体介质的生物膜反应器比完全混合生物反应器更适用于工业废水的处理。
但是固定载体和固定生物膜反应器的主要缺点是在反应器内容易形成孔隙通道,载体易被硫化物沉淀所阻滞。
Maree[10]等认为,这一问题可通过采用周期性地急剧提高回流速度来解决,另一方法是采用流动载体。
Vladislav和Sava[11]以铁屑作为生物膜的载体,对填充床和流动床生物反应器进行了小试研究。
结果表明,流动床生物反应器中SO42-的最大还原能力[7.97kg/(m3・d)]比填充床[3.45kg/(m3・d)]高1倍。
Jukka[12]在UASB反应器中以乙醇作为碳源,考察了SO42-还原情况。
结果表明当SO42-负荷率为6.0kg/(m3・d)时,HRT为0.5 ̄0.85d;进水SO42-质量浓度为840 ̄5000mg/L时,SO42-去除率达到80%。
大多数研究者认为采用具有出水回流的上向流填充床反应器为宜,可以实现进水和反应器内液体的完全混合。
3.4硫酸盐还原与硫化物化学沉淀联用工艺由于硫化物与某些金属离子易生成沉淀,在反应器中投加Fe2+、Zn2+等,可以降低溶解性硫化物浓度,减小硫化物对MPB的毒害作用[13]。
但是,此工艺的弊端是投加金属盐后形成的不溶性硫化物在反应器中会积累,从而降低厌氧污泥的相对活性。
而且,当硫酸盐浓度很高时,所需化学药品的费用会相对增高。
另外,污泥产量也会增加,给污泥后处理带来困难。
这种方法虽然控制了硫化物的抑制,但SRB与MPB的基质竞争作用依然存在,产甲烷率仍偏低。
4硫酸盐化工废水生物处理最新进展4.1折流挡板反应器(ABR)ABR反应器是McCarty和Bachmann等在1982年提出的一种新型高效厌氧反应器。
其结构特点是在反应器内沿水流方向设置多个竖向导流板,将反应器分成若干个区段,废水逐级经过各区,形成串联的反应室,类似几个串联的UASB反应器,无三相分离器。
这种结构形成了厌氧折流板反应器前后室不同的微生物特性,前段以酸化为主,后段以甲烷化为主,自然形成两相厌氧的特点。
该工艺结构简单、容积利用率高、运行管理方便。
具有水力条件好、生物固体截留能力强、微生物种群分布好、启动较快及运行稳定等优良性能。
运行中的ABR是一个整体为推流,各隔室为全混的反应器,处理效果稳定。
ABR反应器工艺特点可总结为:(1)结构简单;(2)不需要特殊的三相分离系统;(3)能有效地截留生物体;(4)可长期运行而不需要中断处理污泥;(5)可在高负荷下对废水进行有效的处理。
ABR反应器自问世以来,经过了20年的应用、研究和开发。
国内外专家都做了大量工作[14-18]。
如1985年Bachmann等通过研究表明了该工艺在处理中、低浓度工业废水中的可靠性;1988年Booppathy7・・[1][2][3][4]等成功地将该工艺应用于制酒废水的处理中;沈耀良、雷中方[19]、戴友芝[20]等研究证明厌氧折流板反应器处理高浓度有机废水、含酚废水、含氯苯废水等都有很好的效果,其应用领域也从易生化降解扩展到难生化降解的有毒废水。
大量的应用研究证明,ABR反应器对于处理高浓度有机废水、有毒、有冲击负荷废水都有很好的效果,对难生化降解废水处理表现出较突出的性能。
富含硫酸盐的废水作为一种特殊的有毒废水在很多反应器上人们都对其进行了处理尝试,据报道,ABR反应器处理含硫酸盐废水的中试研究于1999年由Fox等试验成功。
4.2厌氧序批式污泥法(ASBR)ASBR工艺是90年代美国开发的一种新型高效的厌氧反应器[21],与厌氧滤池(AF)、升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧流化床(AFB)等高效反应器一样,能够使污泥在反应器内的停留时间大大延长,增加反应的污泥浓度,并能够进行充分的泥水混合,从而提高了厌氧污泥的处理能力,使处理效果明显增强,水力停留时间大大缩短。
固液分离在反应器内部进行,不需要复杂的三相分离器,有良好的沉降性能,工艺简单、灵活。
ASBR(AnaerobicSequencingBatchReactor)的工作原理是一种以序批式间歇运行为主要特征的处理工艺,它是在普通好氧SBR工艺的基础上发展起来的,该工艺集均化、沉淀、生物降解、二次沉淀等功能于一体,其工艺流程也分为典型的4个阶段,即进水期、反应期、沉淀期和排水期。
4.3限量曝气厌氧生化反应器最新的研究表明,硫酸盐还原菌能够耐受高达4.5mg/L[22-24]的溶解氧(DO),氧化还原电位(Eh)在-100mV以下时生长良好。