硫酸盐化工废水生物处理的研究进展

环境保护第33卷第1期2008年1月上海化工ShanghaiChemicalIndustry糠醛厂、味精厂、木糖醇厂以及糖蜜酒精厂等排放的化工废水含有高浓度的硫酸盐,硫酸盐本身无害,但是它遇到厌氧环境会在硫酸盐还原菌(SRB)的作用下产生H2S气体,H2S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,危害人体健康。含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受到不同程度的硫酸盐污染。生化处理系统中,这些硫化合物在厌氧生物处理中会直接或间接地影响或抑制甲烷菌的活动,常常导致厌氧反应器处理效果低下,甚至整个处理系统的失败。这些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)硫化物生物抑制机理;(2)硫酸盐还原菌的生态特性以及与其他菌群的相互关系;(3)对各种处理工艺的研究。本文介绍了硫化物抑制微生物活性的机理、硫酸盐还原菌的特性以及硫酸盐还原菌和其他微生物的共生关系,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。1硫化物生物抑制机理1.1H2S抑制理论持该观点的学者通常认为SRB、产甲烷菌(MPB)和乙酸菌在硫酸盐废水中存在竞争与互生关系。在含少量或适量硫酸盐废水厌氧处理中,SRB作为非产甲烷菌降解有机物,并为MPB提供可利用基质,同时还有利于维护环境中适宜的氧化还原电位(ORP)。但当废水中硫酸盐浓度较高时,SRB则以SO42-为最终电子受体,氧化有机物产生H2S。由于SRB对基质的利用能力高于MPB,SRB对基质的利用谱系范围超过MPB,SRB对温度影响的敏感性却低于MPB,即SRB具有较高的生长率和细胞产率及环境适应性,使得厌氧反应器内微生物的正常代谢受到严重影响,降低有机物的降解率及产甲烷率,对厌氧反应影响极大。此外,硫酸盐的还原产物H2S、HS-和S2-等是细菌生长的抑制剂,微生物尤其是MPB,极易受这些还原产物的抑制作用,其中以H2S生物毒性最强。SO42-浓度增高必然引起厌氧处理的负荷增加,效率降低,严重时会破坏厌氧处理的稳定运行。硫酸盐还原产物H2S也极易溶于水中,使出水COD值增加,影响处理效果。1.2细菌表面硫物质的过量积累有研究者认为,影响厌氧生物反应稳定运行的原因不是由于废水中溶解硫化物,也不是非游离态H2S引起,而是存在一些其他因素的影响。LiuY,[1]等同时采用两个上流厌氧污泥床UASB反应器,温度37℃,以苯为唯一碳源,含不同浓度硫酸盐的废水,对两个反应器中取出的三种不同生物颗粒污泥分别进行透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线图像分光仪分析,结果显示:是由于细菌细胞表面过量的硫沉淀包裹而引起了产甲烷及产硫化物的抑制作用。硫沉淀量取决于废水中硫酸盐浓度与处理过程持续时间。X射线图像分光仪检测进一步发现,沉淀物主要为元素硫和Cu、Fe、Ni等金属的硫化物。由此,他们认为,生物颗粒活性的抑制可能是由于微生硫酸盐化工废水生物处理的研究进展胡宗泰王英阁郑州市污水净化有限公司(河南郑州450001)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