高浓度硫酸盐废水的厌氧生物处理

收稿日期:2004-08-28作者简介:冯俊丽(1980-),女,河北唐山市人,硕士研究生。高浓度硫酸盐废水的厌氧生物处理AnaerobicBio-treatmentofHigh-sulfateContainingWastewater冯俊丽马鲁铭(同济大学环境科学与工程学院上海200092)摘要对高浓度硫酸盐在废水的厌氧生物处理过程中的各种影响因素进行了综述,着重论述了硫酸盐还原菌的生态学特性,硫酸盐还原菌对产甲烷菌的抑制作用,以及各种高浓度硫酸盐废水的处理工艺。关键词硫酸盐还原菌(SRB)产甲烷菌(MPB)厌氧生物处理高浓度硫酸盐废水AbstractThispapersummarizesthefactorsofhigh-sulfatecontainingwastewateraffectingthesystemofanaerobicbio-treatment,describestheecologicalcharactersofsulfate-reducing-bacteria(SRB),theinhibitingeffectofSRBtoMPB.Finallysometreatmenttechnologiesabouthigh-sulfatecontainingwastewaterarediscussed.KeywordsSulfate-reducing-bacteria(SRB)Methane-producing-bacteria(MPB)AnaerobicBio-treatmentHigh-sulfateContainingWastewater工业废水的厌氧处理中,高浓度硫酸盐的存在及硫化物的产生给运行带来许多问题,引起了国内外研究者的广泛关注。此类研究的热点主要集中在:(1)硫酸盐还原菌(SRB)与其它菌群的生态学特征和相互关系;(2)在以产甲烷为目的的厌氧处理工艺中,如何量化各种限制性因素的强度,来抑制硫酸盐还原对产甲烷过程的不利影响;(3)对各种处理工艺的研究。本文从机理角度探讨了硫酸盐还原对工业废水厌氧处理的各种影响因素和处理工艺。1SRB的生态学特性1.1SRB的分类硫酸盐还原菌种类很多,迄今为止共发现有15个属40多种,其中参与废水处理的有9个属。它们利用H2、有机物为电子供体,以SO2-4、SO2-3、S等作为电子受体,通过对有机物的异化作用,获得合成细胞物质和维持生存所需的能量。SRB不仅种类繁多,同时也是一类代谢谱较宽的菌群,可作为其生长底物的物质有氢、甲醇、C1-C18的脂肪酸、芳香族化合物等。根据所利用底物的不同,SRB可分为4类〔1〕:(1)氧化氢的硫酸盐还原菌(HSRB)4H2+SO2-4HSRBS2-+4H2O(2)氧化乙酸的硫酸盐还原菌(ASRB)CH3COOH+SO2-4ASRBS2-+2CO2+2H2O(3)氧化较高级脂肪酸的硫酸盐还原菌(FASRB),较高级脂肪酸这里指含3个或3个以上碳原子的脂肪酸。CH3CH2COOH+015SO2-4FASRBCH3COOH+015S2-+CO2CH3CH2COOH+1175SO2-4FASRB1175S2-+3CO2+3H2OFASRB对高级脂肪酸的氧化分为完全氧化和不完全氧化两种,完全氧化产物为CO2、H2O和H2S,不完全氧化主要产物为乙酸。(4)氧化芳香族化合物的硫酸盐还原菌(PSRB)1.2硫酸盐还原菌的代谢机理硫酸盐还原菌的代谢过程分为以下三个阶段〔2〕:—32—高浓度硫酸盐废水的厌氧生物处理冯俊丽©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net(1)分解阶段在厌氧条件下,有机物被分解,并产生少量ATP。(2)电子传递阶段前一阶段产生的高能电子通过SRB具有的电子传递链(如细胞色素C3等)逐级传递,产生较多的ATP。(3)氧化阶段电子传递给氧化态的硫元素,将其还原为硫离子,同时消耗ATP提供能量。图1硫酸盐还原菌的代谢模式2硫酸盐还原菌(SRB)对产甲烷菌(MPB)的竞争性抑制2.1SRB与MPB对H2和乙酸的竞争在厌氧发酵过程中约有30%和70%的COD经由H2和乙酸转化为甲烷,而同时它们又是SRB和MPB共同的良好底物。因此,SRB在利用H2和乙酸时对MPB产生竞争性抑制,导致以产甲烷为目的的厌氧处理效率大幅度降低。微生物对底物的竞争能通过动力学和热力学性质来预测,由表1可以看出,SRB具有较低的Km值,因而在底物亲和力方面更具优势。从热力学方面来考虑,硫酸盐还原作用比产甲烷反应具有更低的ΔG0负值,也即硫酸盐还原反应放出的能量比产甲烷反应高,反应更容易发生。另外,从生长动力学来讲,SRB较MPB有