硫酸盐还原菌在废水处理中的应用原理

硫酸盐还原菌在废水处理中的应用原理根据SRB生化代谢特性可见其在废水处理中有极大的潜力和广阔的前景。近些年来SRB法被广泛应用在处理酸性矿山废水、重金属离子废水及高浓度硫酸盐废水等方面的研究，取得了一定效果，已成为废水处理领域的前沿课题。1利用硫酸盐还原菌处理重金属离子废水工业生产中排放的含有重金属离子的废水对环境危害巨大。重金属离子一旦进入天然水体内，便不能自行去除。水生动植物一旦摄取这些离子，就会沉积在体内，严重影响其生长发育。而重金属离子最终会通过食物链的作用在人体内累积，其有很强的致病性，严重威胁着人体健康。对重金属离子污染的治理一直是人们关注的课题。近些年来，利用SRB处理重金属离子废水的研究取得了一定的效果。1994-1998年间，由美国环保总署(EPA)提供资金，利用SRB对利利-奥芬博依矿的酸性矿山废水进行处理和控制，半工业试验结果表明金属去除率为:Zn99%，Al99%，Mn96%，Cd98%，Cu96%。SmithWL等以乳酸盐为电子供体，利用SRB生物膜对某制革厂含Cr废水进行处理。结果浓度为500μmol/L的含Cr(Ⅵ)废水在经过48h处理后去除率达到88%，绝大部分可溶性有毒Cr(Ⅵ)被还原成为了不溶的Cr(Ⅲ)，同时发现由于Cr(Ⅵ)得毒性作用，废水处理过程中仅有10%的SRB保持着生物学活性。田小光等采用化学还原法并结合SRB吸附法研究了从电镀厂的含铬废水中去除铬。当废水中Cr(Ⅵ)的质量浓度为30~40mg/L时，Cr(Ⅵ)的去除率可达99.67%~99.97%。冯易君等在研究共存离子对SRB处理含铬废水的影响中发现，经过SRB处理后，废水中的铬离子质量浓度从处理前的98mg/L下降到8.1mg/L，其它离子也得到去除。如铅的质量浓度从0.27mg/L降到0.02mg/L，锡的质量浓度从1.75mg/L降到0.3mg/L。江苏大学缪应祺对用SRB处理钛白粉生产废水的研究结果表明，对模拟废水，42h内SO42-的去除率达到92.1%;对实际废水，42h内，SO42-的去除率可达到83.5%;COD/SO42-值对SO42-离子的去除有较大影响，比值在2~3时效果最佳。2利用硫酸盐还原菌处理含硫酸盐的有机废水现代工业中的食品、制药、造纸等工业生产中会排放大量的高浓度硫酸盐的有机废水。此类废水排放至水体中，会使水体发臭影响其水质指标。特别是在厌氧条件下硫酸盐经过生化反应产生刺激性气味的H2S，危害水生生态环境以及人体健康。对于高浓度硫酸盐有机废水，采用SRB生物脱硫法具有投资少、成本少、低能耗、去除率高及无二次污染等特点。Boshoff等以制革厂废水为碳源，采用UASB和SRB两种反应器进行了SO42-还原效果研究。实验中控制二反应器进水SO42-浓度均在1800mg/L，结果前者SO42-还原效率和COD去除速度分别为600mg/(d?L)、600~700mg/(d?L)，后者SO42-还原效率和COD去除速度分别为250mg/(d?L、200~600mg/(d?L)。河北科技大学杨景亮教授对SRB处理青霉素生产过程中排放的高浓度SO42-废水进行了研究，试验结果表明，COD/SO42-、SO42-负荷是影响SO42-还原效果的主要因素。当SO42-负荷为5kg/(m3?d)，进水COD/SO42-为2.5~2.8时，SO42-去除率为68%~78%;进水COD/SO42-大于3时SO42-去除率大于90%。当进水SO42-为0.8~2.0g/L，反应器SO42-负荷分别为5、7.5、9、10kg/(m3?d)时，SO42-去除率分别达到93.2%、86%、82%和76%。SilvaAJ等开发了一个厌氧固定化床反应器，对某生产有机氧化物工厂排放的含高浓度SO42-(12000~35000mg/L)废水进行了研究。该反应器容积为94.2L，内部填充油1cm3的聚氨酯泡沫块，反应初期以不连续条件运行。结果表明，向反应器中添加乙醇会刺激SRB生长，SO42-还原效率和COD去除率受到COD/SO42-值影响，在COD/SO42-较高情况下，SRB仍然比MPB占有优势;在半不连续和连续条件下运行时，SO42-去除率最高可达97%。3利用硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水酸性矿山废水的污染甚为严重。由于其酸度较高，pH值一般为3.0~3.5，排入水体会导致水体酸化。其中含有大量SO42-离子，同时富含多种重金属离子(铜、铁、铬、铅、锌、锰、镍、砷等)会破坏土壤中物质结构，毒害水生生物、污染水源，威胁人类健康，并且随酸度的提高重金属离子的毒性会增大。目前常用的处理方法有石灰石(或石灰)中和法和湿地法。但都有一定缺点。中和法会产生大量的硫酸钙引起二次污染，并对水中的重金属离子不能去除;而湿地法对于产生的H2S处理不彻底，挥发至空气中也会造成污染。此外湿地法成本占用面积大，易受环境条件影响。而利用SRB法生物还原SO42-同时还能有效去除重金属离子、降解有机物，可达到以废治废的效果。对SRB在处理酸性矿山废水方面已有国内外的许多研究报道。Kaksonen利用SRB微生物同步去除锌、铁的实验表明，当废水含有170mg/L~230mg/L的锌和58mg/L的铁时，在FBR和UASB中锌的回收速率分别为250mg/(L?d)和350mg/(L?d)，水力停留时间(HRT)为16h时，铁的沉降速率为80mg/(L?d)。Maree等对金矿排水进行了依据SRB生物还原法去除SO42-的中试规模研究，实验中的SRB连续式系统分为初级厌氧、好氧和两级厌氧消化3个阶段。实验结果表明有机碳中所含的难于生物降解的有机成分以及重金属含量经过SRB处理后可被大量去除。含硫酸盐废水经过生物处理后，单质S和碱度是最终产物，单质S可用于工业，生成的碱度可循环到最初工艺。Ueki研究了利用家畜粪便作为电子供体、利用SRB厌氧消化污泥去除酸性矿山废水中重金属离子的可能性，实验结果表明，废水中的重金属离子可得到有效去除。当污泥加入量为混合物的1.0%~5.0%时，废水中的铁离子去除率高于88%。Jong等在25℃时利用实验室规模的上流厌氧填充床接种SRB处理酸性矿山废水，铜、锌和镍的去除率大于97.5%，砷的去除率大于77.5%。李亚新、苏冰琴用生活垃圾酸性发酵产物作为碳源，研究了在初级厌氧阶段SRB处理酸性矿山废水的性能和工艺特点，结果表明在温度在35℃，回流比为50：1，HRT=12h，CODCr/SO42-值约为1.12条件下，废水经过SRB厌氧生物处理后，SO42-的还原率为86.73%，CODCr降解率达到85.69%，在有出水回流、废水的pH值为3.5时，仍有84%的SO42-还原率。马晓航等研究表明，当进水COD为1500mg/L，锌离子为500mg/L、水力停留时间为9h，其脱锌装置的锌离子去除速率可达1329mg/(L?d)。肖利萍、刘文颖、褚玉芬2008年利用被动处理技术SAPS对酸性矿山废水进行处理，利用锯屑与鸡粪混合物的发酵产物作为SRB的碳源。试验结果表明，酸性矿山废水在实验装置内停留一定时间后，由于SRB对SO42-的还原作用，废水获得了充足的碱度，Fe2和Cu2的去除率均大于90%，SO42-也得到有效去除。由于酸性矿山废水的酸性较强，偏离SRB生长代谢所适应的pH范围，所以在目前的工程应用上出现了限制性问题。对于酸性较强的矿山废水，可以在SRB微生物对其处理前进行酸度中和的预处理(避免用生石灰中和，因其产生硫酸钙沉淀附着在污泥表明而影响微生物活性)，或对纯种SRB微生物进行驯化，培养出能在酸性条件下进行生物法还原反应的优势SRB菌种。如何高效提高SRB处理酸性矿山废水的能力是一个前沿性的学术课题。