难降解有机物的处理

难降解有机物的处理及处理原理摘要难降解有机物严重污染和威胁人类身体健康,因此难降解有机物的治理技术研究是目前水污染防治研究的热点与难点。近年来,难降解有机物的生物处理技术研究取得了广泛的成果。目前运用生物技术处理难降解有机物的主要技术路线,包括共代谢技术、缺氧反硝化技术、高效菌种技术、细胞固定化技术、厌氧水解酸化预处理技术。关键词：难降解有机污染物生物技术共代谢技术1.前言难降解有机物通常指在自然条件难于被生物作用发生递降分解的有机化学物质。有机物被微生物降解，转化为无机物，又由于无机物经过生命活动合成各种有机物，这是自然界生物地球化学的基本循环。合成洗涤剂、有机氯农药、多氯联苯等化合物在水中较难被生物降解，无氮有机物中的脂肪和油类也是难降解物质，它们往往通过食物链逐步被浓缩而造成危害；在生产、使用过程中以及使用后，会通过各种途径进入水体造成污染。难降解物质在环境中的持久性，以及广域的分散性，对环境与生态造成影响较大。因此，一直是环境污染、生态环境恶性循环的重要环节。难降解有机物被微生物分解时速度很慢,分解不彻底的有机物(也包括某些有机物的代谢产物)，这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水体的潜在污染源。这类污染物包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机氰化物、有机磷农药、表面活性剂、有机染料等有毒难降解有机污染物。这些物质的共同特点是毒性大，成份复杂，化学耗氧量高，一般微生物对其几乎没有降解效果，如果这些物质不加治理地向环境排放，势必严重地污染环境和威胁人类的身体健康。随着工农业的迅速发展，人们合成了越来越多的有机物,其中难降解有机物占了很大比例，因此难降解有机物的治理研究已引起国内外有关专家的高度重视,是目前水污染防治研究的热点与难点。2.难降解有机物的处理方式2.1难降解有机物的分类难降解(难生物降解)有机物是指微生物在任何条件下不能以足够快的速度降解的有机物。形成有机物难于生物降解的原因除了在处理时的外部环境条件(如温度、pH值等)没有达到生物处理的最佳条件外，还有两个重要的原因，一是由于化合物本身的化学组成和结构，在微生物群落中，没有针对要处理的化合物的酶,使其具有抗降解性；二是在废水中含有对微生物有毒或者能抑制微生物生长的物质(有机物或无机物)，从而使得有机物不能快速的降解[1]。这些难降解的有机物种类繁多，来源于各行各业如化工、印染、农药等，且有潜在的危险。表1列出了主要的难降解有机物的种类及危害。2.2难降解有机物的主要处理方法及原理目前国内外针对难降解有机物的主要处理方法主要有：生物法、物化学、氧化法及联合处理法等。2.2.1氧化技术1化学氧化法：常用于生物处理的前处理，一般是在催化剂的作用下，用化学氧化剂处理有机废水可提高废水可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。常用的氧化剂有O3、H2O2、KMnO4等。现代工业的发展使含有高浓度难生化降解有机物的工业废水日益增多,对于这类废水的处理，常用氧化剂表现出氧化能力不强,存在选择性氧化等缺点,难以达到实际的要求。2湿式氧化法：湿式氧化法是在高温高压条件下，利用空气或氧气将有机物氧化为CO2和水，不受废水浓度的限制，处理效果较好，但对设备要求高。3催化氧化法：催化氧化法可分为光催化氧化、均相催化氧化、多相催化氧化、超临界水氧化法等。2.2.2物化法物化法处理难降解有机污染物主要有吸附法、萃取法、各种膜处理技术等。2.2.3生物法表1难降解有机污染物的种类及危害难降解有机物危害多环芳烃类化合物性质稳定，致癌性强杂环类化合物性质稳定，生物富集，具有致突变、致癌作用有机氰化合物剧毒物质合成洗涤剂发泡，影响生物处理效果且对多环芳烃具有增溶效果多氯联苯通过食物链进入人体，对人体产生急性中毒和致癌作用增塑剂稳定性强，对人体中枢神经具有抑制作用合成农药对人体具有毒性及致癌作用合成染料色度高，有毒性且致癌1生物强化技术生物强化技术主要是指通过接种能够降解难降解有机物的微生物来改善原有生物处理体系对难降解有机物的去除效能，如提高含难降解有机物废水中难降解有机物的去除率，用于土壤的生物修复，去除其中难降解有机污染物等。高效菌株的培育与来源主要有：从自然界中筛选、构建基因工程菌、水平基因转移等。2共代谢技术共代谢是微生物为了适应复杂的生存环境而长期进化形成的一种特性。在共代谢过程中，微生物利用一种基质的同时还能够分解另外一种基质。微生物利用一种易于摄取的基质作为碳和能量的来源，称为第一基质，同时共代谢基质或者称为第二基质被微生物分解。第二基质包括很多难降解物质，如稠环芳烃、杂环化合物、染料中间体以及农药等。共代谢存在于各种各样的微生物中，包括好氧微生物、厌氧微生物和自养微生物。在微生物共代谢反应中产生的既能代谢转化生长基质又能代谢转化目标污染物的非专一性的酶是微生物共代谢反应发生的关键，这种非专一性的酶被称为关键酶。共代谢的作用机理实际上是非专一性关键酶的产生和作用的机理。目前在污水处理领域报道的关键酶主要有两大类,即单氧酶和双氧酶。这两类酶通常处在反应链的首端或末端,是整个反应的“步伐控制器”，其数量与活性决定整个反应进行的速率和程度。关键酶的一个重要的特点是其诱导性，通常只有在一定浓度的诱导基质存在时细菌才能合成并释放关键酶。所以共代谢只有在诱导基质存在且达到一定浓度时才能够发生。通常对于难降解的工业有机废水，由于缺乏易降解的诱导基质,使有机物的生物降解难以进行。研究表明：通过补充碳源的方式可以促进共代谢的发生，提高难降解有机物的降解性。3缺氧反硝化技术在缺氧条件下,反硝化菌可以利用有机碳源作为反硝化过程的电子供体,而以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮作为电子受体进行厌氧呼吸,因此,反硝化过程可以在脱氮的同时去除有机碳。缺氧反硝化降解难降解有机物就是在缺氧条件下,为反硝化菌提供适当比例的氮源,使反硝化菌对有机物进行降解。在缺氧反硝化过程中投加的氮源是有机物降解的关键和限制因素，C/N比对缺氧反硝化的降解效果有着重要意义。C/N比过大时，有机物降解不完全；C/N比过小时，出水中会含有过量的硝酸盐氮或亚硝酸盐氮；所以，只有在适当的C/N比下，才能保证有机物的完全降解及出水中几乎没有硝酸盐氮或亚硝酸盐氮。4细胞固定化技术细胞固定化技术是通过物理、化学手段使游离细菌固定在载体上，它是生物工程领域中的一项新兴技术。用于污水处理,按照细胞的制备方法可分为载体结合法、交联法和包埋法。固定化载体对细胞起一种保护作用，固定化载体对有机污染物的扩散会产生阻碍作用，使得细胞表面的实际污染物浓度降低,毒性减小。细胞经固定化后,在载体与细胞之间建立了某种物理或化学联系,增加了细胞膜的稳定性。固定化细胞所处的微环境与游离细胞不同,这种微环境的变化可能会引起细胞的形态结构、生理特性及代谢活性的改变。以上固定化细胞特有的性能,使微生物对有毒物质的承受能力及降解能力都有明显提高。细胞固定化技术在难降解有机污染物治理中的应用研究十分广泛。用于处理难降解有机污染物的固定化技术主要有PVA包埋，海藻酸钙包埋及各种载体的吸附等。5厌氧水解酸化预处理技术厌氧水解酸化预处理过程通常要经过水解和酸化阶段。第一阶段为水解阶段，大分子有机物或不溶性有机物质,经过微生物胞外酶的水解催化作用可水解为小分子或可溶性有机物,如葡萄糖、氨基酸和甘油等；第二阶段为酸化阶段,在厌氧或兼性厌氧的条件下，葡萄糖通过EMP途径生成丙酮酸，氨基酸生成乙酸、不饱和脂肪酸、丙酮酸等，甘油生成丙酮酸。厌氧水解酸化技术不必控制严格的好氧或厌氧条件,只要保持厌氧或兼厌氧条件，即可达到很好的效果。厌氧水解酸化预处理技术对于处理含难降解有机物的废水是一种有效的手段。它能将大分子难降解的有机物转化为小分子易降解的有机物,改善废水的可生化性，为后续好氧生化处理创造条件。同时,经水解一酸化预处理，出水水质稳定，减小了原水负荷变化对后续生化处理系统的冲击。2.3结语与展望随着工农业的发展，难降解有污染物的处理面临着巨大的挑战，根据现有处理方法比较，生物处理技术是污染物治理中最完全和清洁的技术,通过微生物代谢实现对污染物的去除,不会造成二次污染。因此应该致力于难降解有机物的生物处理技术研究,将生物技术手段与污染物处理工艺相结合,实现对难降解有机物的有效处理。