用硫酸盐还原菌处理重金属废水的研究

#综述#用硫酸盐还原菌处理重金属废水的研究马晓航,贾小明,赵宇华(浙江大学生命科学学院,浙江杭州310029)摘要介绍了用硫酸盐还原菌处理重金属废水的几种主要方法和原理。硫酸盐还原菌处理含重金属废水主要是通过将可溶性的重金属离子转化成不溶性的金属硫化物、氢氧化物、碳酸盐的方式,或直接通过以菌体对重金属离子的吸附完成的。目前研究用硫酸盐还原菌处理重金属废水的主要方法有分批沉淀工艺、吸附处理工艺、化学法和硫酸盐还原菌的混合工艺、全混合处理工艺及硫酸盐还原菌的厌氧上流式污泥床和流化床工艺,并对其主要的工艺指标进行了比较。关键词硫酸盐还原菌;重金属废水中图分类号Q93.9文献标识码A文章编号1005-7021(2003)01-0036-04现代社会每年都产生大量的含重金属废水并排放入环境。目前大量排放的重金属废水主要来源于金属采矿业、冶炼业、化工业及废弃矿山。在这些废水中含有大量的As,Cd,Cr,Cu,Hg,Mo,Ni,Pb,Sb,Se,V,Zn等金属离子。据报道,以上各种金属世界年排放量为113万t左右[1]。由于各种重金属离子不同于有机物,在环境中无法被生物分解,因而一旦进入环境后就会在环境中不断地积累而难以去除,造成环境的长期污染。因而寻找一种效率高费用低的处理这一类废水的方法是很有意义的。目前对重金属废水的处理方法主要有沉淀法(形成氢氧化物、碳酸盐、硫化物等)、离子交换法、电渗析和反渗透等方法。一般来说用这些方法处理成本都较高。为了降低处理成本,提高处理效率,近年来人们对利用微生物处理重金属废水进行了大量的研究工作,提出了一些具有应用前景的处理模式[2]。生物处理方法根据其处理原理的不同可以分为两类:¹吸附法:利用一些微生物对重金属离子的特殊吸附能力去除废水中的重金属;º沉淀法:利用微生物的代谢活动将废水中的重金属盐转化成不可溶的物质而从废水中去除。近年来发展起来的硫酸盐还原法处理工艺即属于沉淀法范畴。1硫酸盐生物还原处理重金属的原理在厌氧条件下硫酸盐还原菌(Sulfatereducingbacteria,SRB)可以通过称之为异化的硫酸盐还原作用,将硫酸盐还原成为H2S。废水中的重金属离子可以和所产生的H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而去除。例如当利用乳酸盐还原硫酸盐去除镉的反应过程可以用下式表示:SRB乳酸+H2SO4vH2S+乙酸+CO2H2S+Cd2+vyCdS+2H+废水中的重金属离子与SRB产生的硫化氢反应生成固体硫化物而得以分离。其次SRB的硫酸盐还原作用的结果可将硫酸根转化为S2-而使被处理废水的pH值升高。因许多重金属离子的氢氧化物的溶解度很小,pH的升高有利于重金属离子形成氢氧化物沉淀而去除。此外SRB代谢过程中分解有机物会生成二氧化碳。部分重金属还可以和碳酸根反应转化成不溶性的碳酸盐而去除。最后,在一些特殊情况下SRB还可通过菌体细胞对金属离子的直接吸附作用去除废水中的重金属。2SRB处理方法的处理特点2.1可处理的重金属种类多多数重金属硫化物的溶解度很小,因而本方法可用于处理多数常见的重金属废水。2.2处理潜力大用于重金属废水处理的物质为SRB的代谢产物,H2S的消耗不会影响SRB的代谢活性。因而只要控制处理的条件就可以使SRB不断产生H2S,用于废水中重金属的处理。2.3处理彻底,工艺稳定重金属硫化物的溶度积一般都很小,因而重金属的去除率很高。2.4可以以废治废,处理费用低用于培养SRB生长的营养物质可以来自于其它有机废水,反应所需的SO42-在多数重金属废水中都大量存在(多数重金属都以硫酸盐的形式存在于废水中)。3SRB用于处理重金属废水研究现状收稿日期:2002-03-29作者简介:马晓航男,副研究员。现从事应用微生物学方面的研究工作。36微生物学杂志2003年1月第23卷第1期JOURNALOFMICROBIOLOGYJan.2003Vol.23No.1SRB处理工艺根据其工艺流程的不同可以分为5类:3.1分批沉淀工艺本方法是将含有SRB的有机废水(或废物)与待处理的重金属废水混合后进行分批培养的处理方法。Ueki等人[3]研究了利用家畜粪便厌氧消化污泥,进行矿山酸性废水中重金属离子处理的可能性。实验中,在待处理废水中加入一定量的消化污泥或上清液,并进行37e培养。结果表明该方法能有效地去除废水中的重金属。当污泥加入量为1.0%~5.0%时对样品中铁离子的去除率高于88%。作者认为重金属通过两种机制被去除:A.消化污泥的加入提高废水中pH,使重金属离子以形成氢氧化物的形式沉淀去除;B.重金属离子和污泥中的SRB所生成的硫化氢反应,生成不可溶硫化物后去除。之后,1991年Ueki研究了处理条件对该工艺效率的影响,发现SRB的活性高低有赖于加入的营养物质的种类,其中H2和丙酸盐都是良好的营