含毒有機廢水生物處理前預處理

大量的資料表明,我國目前及今後相當長一段時間內的環境問題主要是水環境問題,水環境問題又主要是有機廢水的污染問題。因此,有機廢水的治理是環保工作中極其重要的一面。

有機廢水無害化處理的首選方法是生物處理。這是由生物處理所具有的處理的相對徹底性( 無二次污染或二次污染較小)以及運行費用低廉等優點決定的。

根據有機廢水處理方面的特性可以將其劃分爲以下3類:①廢水中的有機物易於生物降解,同時廢水中的毒物含量很少。這類廢水主要是生活污水和來自以農牧產品爲原料的工業廢水等; ②廢水中的有機物易於生物降解,同時廢水中的毒物含量較多。這類廢水主要來自印染、製革廢水等;③廢水中所含的有機物難於生物降解(生物降解速度極其緩慢),同時,廢水中毒物可能較多、亦可能較少。這類廢水主要來自造紙、製藥廢水等。

第①類廢水可直接進行生物處理。第③類廢水較爲複雜,此處不作討論。本文主要對第② 類廢水中的毒物作用機制及應對措施加以討論。

1、毒物及其作用機制

廢水中凡是能延緩或完全抑制微生物生長的化學物質,統稱爲有毒有害物質,簡稱毒物。這些毒物,從化學性質上來分可劃分爲有機物和無機物兩大類。從處理的角度又可劃分爲能被生物處理段去除、轉化的物質(如H2S、苯酚等,或稱非穩定性毒物)和不能被生物處理段去除、轉化的物質(如NaCl、汞、銅等,或稱穩定性毒物)兩大類。

毒物對微生物的作用機制主要有如下方式:

(1)損傷細胞結構成分和細胞外膜。如:70%濃度的乙醇能使蛋白凝固達到殺菌作用;酚、甲酚、表面活性劑作用於細胞外膜,破壞細胞膜的半透性。

(2)損傷酶和重要代謝過程。一些重金屬(銅、銀、汞等)對酶有潛在的毒害作用,甚至在非常低的濃度下也起作用。這些重金屬的鹽類和有機化合物能與酶的-SH基結合,並改變這些蛋白質的三級和四級結構。

(3)競爭性抑制作用。當廢水中存在一種化學結構與代謝物質相類似的有機物時便會發生。因爲二者都能在酶的活性中心與酶相結合,它們的競爭將抑制中間產物的形成,使酶的催化反應速率降低。

(4)對細胞成分合成過程的抑制作用。當某些化學物質的結構類似於細胞成分的結構時,它們便會被細胞吸收並同化,結果是合成無功能的輔酶或導致生長停止。這種作用最典型的例子便是磺胺酸。

(5)抗生素對核酸的抑制作用。不少抗生素能專一地抑制原核生物的蛋白質合成,如鏈黴素會抑制氨基酸正確結合於多肽上。

(6)抗生素對核酸的抑制作用。如絲裂黴系C會選擇性地阻止DNA的合成,從而抑制微生物的生長。

(7)對細胞壁合成的抑制作用。如青黴素便是通過干擾細胞壁的合成從而達到抑制微生物生長的效果。

2、菌種承受毒物的能力及菌種馴化法

需說明的是,微生物中存在不少能耐受常用代謝毒物的菌株,有的甚至能利用它們作爲能源。化學物質對微生物的抑制作用與其濃度有直接關係,並隨微生物的馴化而發生變化,經過馴化的微生物對有毒物質的適應能力將逐步加強。微生物這種巨大的適應性(變異性)是由它們的小體積決定的。如一個微球細胞僅具有約100 000個蛋白質分子所能容納的空間,如此小的體積決定了那些近期用不着的酶是不能儲備的,許多分解代謝酶類只有當存在合適的基質時纔會產生。在某些條件下這類可誘導的酶可佔蛋白質總含量的10%.正是微生物的這種變異性,才使生物法處理含毒有機廢水成爲可能。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的(此時的濃度叫極限允許濃度),正是這種極限又要求含毒物有機廢水在生物處理前需要一定的預處理。

前已說過,微生物由於其體積的細小,而具有巨大的適應性(變異)。因此可以採用人工改變微生物生活環境的方法進行誘導變異,讓微生物直接適應原水中毒物濃度或提高微生物對毒物的去除能力。這種方法對穩定性毒物及非穩定性毒物均適用,是處理含毒有機廢水的一種基本方法。

在城市生活污水處理廠中,當進水中酚的濃度突然增加到50 mg/L時,便會對生物處理系統產生巨大的.破壞作用。嚴重時,會導致全系統的崩潰。可是,某焦化廠採用適應性變異的方法對菌種進行馴化即菌種馴化法,使微生物內的酶逐步適應了這種毒物的大量存在,便將這種毒物當成其底物而加以分解吸收。實際運行表明,進水中酚的平均濃度爲117.5 mg/L時,酚的去除率高達99.6%.

含酚廢水處理是應對一種不穩定性毒物的例子,當毒物很穩定時,亦可採用這種馴化方法以提高微生物對毒物的承受能力。但須注意,這種毒物的濃度必須滿足最終出水排放標準或另外採取其它措施加以控制。

3、預處理方法

前已說過,馴化是生物處理法中應對毒物的一種基本方法。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的,毒物濃度超過極限允許濃度時就需要一定的預處理。目前,預處理法主要有稀釋法、轉化法和分離法。含毒有機廢水生物處理前的預處理

3.1 稀釋法

污水中的毒物之所以成爲毒物,是與其濃度有關的。當其濃度超過某一極限允許濃度時,毒物就成爲毒物;在極限允許濃度以下時,毒物就不表現出毒性甚至成爲營養。當廢水中毒物濃度超過生物處理的極限允許濃度時,爲保證生物處理的正常進行,可採用簡單的稀釋法,將廢水中毒物濃度降低到極限濃度以下。

根據廢水中毒物的穩定或非穩定性質,結合實際情況,可採取3種不同的稀釋法:污水稀釋法,處理出水稀釋法,清水稀釋法。

(1)污水稀釋法。不同的污水中所含的物質不同,將它們混合起來,彼此稀釋,可將毒物濃度降低到極限允許濃度以下,這便是污水稀釋法。它最簡單、最經濟,是首選方法,不論毒物的性質是穩定或非穩定均適用。少量的工業廢水混入大量的城市污水中,幾乎所有的毒物濃度都會被降低到極限允許濃度以下。但是,少量的工業廢水彼此間混合後,毒物濃度仍有可能在極限允許濃度以上,仍需繼續採取其它措施。

　　(2)處理出水稀釋法。這種方法只適用於廢水中的毒物爲非穩定這一單一情況。處理出水稀釋法又有兩種:

　　①曝氣池池型採用完全混合式;

　　②處理出水迴流稀釋法。出於經濟方面的考慮,方法①應是首選。

　　(3)清水稀釋法。這種方法只有在廢水中的毒物爲穩定性毒物,不能採用處理出水稀釋,工廠內部及其附近又沒有其它廢水可以用來稀釋它,而且這種毒物又不能採用分離法或轉化法去除時才能使用。這是由於

　　①這種方法的不經濟性。採用清水稀釋本身就要花費大量的水費;原水採用大量的清水稀釋後,處理投資和運行費都要增加。

　　②隨着環境管理的加強,已由濃度排放控制過渡到排放總量控制。 3.2 轉化法

化學物質只有在特定的情況下才會表現毒性,比如,硝基苯毒性較大,轉化爲苯胺後,毒性就大爲降低。Cr6+的毒性很大,可是被還原爲Cr3+後,毒性就大爲降低。所以,可以通過化學方法,將有機廢水中的毒物轉化爲無毒或毒性較低的物質,以保證生物處理的正常進行。這種方法對穩定性毒物或非穩定性毒物均適用。採用這種方法一定要注意兩個問題:

　　①轉化後,穩定性毒物的濃度必須在生物處理極限允許濃度以下,非穩定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運行;

　　②最終出水中,毒物濃度也應滿足排放標準。

實例:化工廢水中的硝基苯是一種毒性較大,可生化性較差的物質。直接對它進行生物處理,由於毒物負荷的限制,使得生化曝氣池的BOD負荷極低,效率不高。故絕大多數工程在廢水進入曝氣池之前進行預處理,用化學法(比如亞鐵還原)將硝基苯轉化爲苯胺,苯胺與硝基苯相比,其毒性大爲降低,而且可生化性大幅提高,使曝氣池B