『壹』 污水處理中,生物膜法,接觸氧化法和生物轉盤法三者之間有何區別謝謝!
生物膜法是指用天然材料(如卵石)、合成材料(如纖維)為載體,在其表面形成一種特殊的生物膜,生物膜表面積大,可為微生物提供較大的附著表面,有利於加強對污染物的降解作用。其反應過程是:①基質向生物膜表面擴散,②在生物膜內部擴散,③微生物分泌的酵素與催化劑發生化學反應,④代謝生成物排出生物膜。
生物膜法主要工藝方法有生物廊道、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法具有較高的處理效率,對於受有機物及氨氮輕度污染水體有明顯的效果。它的有機負荷較高,接觸停留時間短,減少佔地面積,節省投資。此外,運行管理時沒有污泥膨脹和污泥迴流問題,且耐沖擊負荷。日本、韓國等都有對江河大水體修復的工程實例。
生物膜水解酸化—生物膜接觸氧化工藝在穩定性、抗沖擊性、生物菌種耐溫性等方面均能滿足實際需要,並且處理裝置易維護,技術可靠。
一、技術原理
生物接觸氧化工藝(Biological Contact Oxidation)又稱「淹沒式生物濾池」、「接觸曝氣法」、「固著式活性污泥法」,是一種於20世紀70年代初開創的污水處理技術,其技術實質是在生物反應池內充填填料,已經充氧的污水浸沒全部填料,並以一定的流速流經填料。在填料上布滿生物膜,污水與生物膜廣泛接觸,在生物膜上微生物的新陳代謝的作用下,污水中有機污染物得到去除,污水得到凈化。
生物接觸氧化法兼有活性污泥法及生物膜法的特點,池內的生物固體濃度(5~10g/l)高於活性污泥法和生物濾池,具有較高的容積負荷(可達2.0~3.0kgBOD5/m3.d),另外接觸氧化工藝不需要污泥迴流,無污泥膨脹問題,運行管理較活性污泥法簡單,對水量水質的波動有較強的適應能力。
三、工藝特點
容積負荷高,佔地相對較小
抗沖擊負荷,可間歇運行
生物種類多,活性生物量大
無污泥膨脹問題
流程較為復雜
布水、曝氣不易均勻,易出現死區
需定期反洗,產水率低
生物接觸氧化法是一種介於活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法工藝,其特點是在池內設置填料,池底曝氣對污水進行充氧,並使池體內污水處於流動狀態,以保證污水同浸沒在污水中的填料充分接觸,避免生物接觸氧化池中存在污水與填料接觸不均的缺陷。
生物接觸氧化法中微生物所需的氧常通過鼓風曝氣供給,生物膜生長至一定厚度後,近填料壁的微生物由於缺氧而進行厭氧代謝,產生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會造成生物膜的脫落,並促進新生物膜的生長,形成生物膜的新陳代謝,脫落的生物膜將隨出水流出池外。
生物接觸氧化法具有以下特點:
1、由於填料比表面積大,池內充氧條件良好,池內單位容積的生物固體量較高,因此,生物接觸氧化池具有較高的容積負荷;
2、由於生物接觸氧化池內生物固體量多,水流完全混合,故對水質水量的驟變有較強的適應能力;
3、剩餘污泥量少,不存在污泥膨脹問題,運行管理簡便。
生物轉盤(又名轉盤式生物濾池)是一種生物膜法處理設備。它具有很多優點,在印染、造紙、皮革和石油化工等行業的工業廢水處理中得到應用,效果較好。
生物轉盤去除廢水中有機污染物的機理,與生物濾池基本相同。
生物轉盤工藝是生物膜法污水生物處理技術的一種,是污水灌溉和土地處理的人工強化,這種處理法使細菌和菌類的微生物、原生動物一類的微型動物在生物轉盤填料載體上生長繁育,形成膜狀生物性污泥---生物膜。污水經沉澱池初級處現後與生物膜接觸,生物膜上的微生物攝取污水中的有機污染物作為營養,使污水得到凈化。在氣動生物轉盤中,微生物代謝所需的溶解氧通過設在生物轉盤下側的曝氣管供給。轉金錶面覆有空氣罩,從曝氣管中釋放出的壓縮空氣驅動空氣罩使轉金轉動,當轉金離開污水時,轉金錶面上形成一層薄薄的水層,水層也從空氣中吸收溶解氧。
『貳』 生物膜法污水處理工藝有哪些類型和特點
生物膜法污水處理工藝有哪些類型和特點
生物膜法是微生物在填料表面掛膜生長,膜厚0.2-2mm,效果較好.
由於膜的脫落時間較長,所以有一些菌齡較長的微生物如硝化菌可以含量較多.
另外,一些高等一些的昆蟲類,橈足類動物會生長,譬如濾池,還會生長濾池蠅.
生物膜法一般不需要二沉池,不需要污泥迴流,不會發生污泥膨脹等.易於管理和操作.
常見的工藝有接觸氧化、生物濾池、生物轉盤、BAF等.
『叄』 污水處理中生物法有哪幾種
1. 活性污泥法
是當前應用最為廣泛的一種生物處理技術。活性污泥是一種回由無數細菌答和其他微生物組成的絮凝體,其表面有一多糖類粘質層。活性污泥法就是利用這種活性污泥的吸附、氧化作用,去除廢水澡的有機污染物。
2.生物膜法
污水連續流經固體填料(碎石、塑料填料等),在填料上就會生成污泥狀的生物膜,生物膜中繁殖著大量的微生物,起到與活性污泥同樣的凈化污水的作用。
3.自然生物處理法
利用在自然條件下生長、繁殖的微生物(不加以人工強化或略加強化)處理廢水的技術。其主要特徵是工藝簡單,建設與運行費用都較低,但受自然條件的制約。主要的處理技術是穩定塘和土地處理法。
4. 氧生物處理法
厭氧生物處理是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌在無氧條件下降解有機污染物的處理技術。有機污泥、某些高濃度有機污染物理的工業廢水,如屠宰場、酒精廠廢水等適宜於用厭氧生物處理法處理。用於厭氧處理的構築物最普通的是消化池,最近一、二十年來這個領域有很大發展,開創了一系列新型、高效的厭氧處理構築物,如厭氧濾池、上流式厭氧污泥床、厭氧轉盤、擋板式厭氧反應器以及復合厭氧反應器等。
『肆』 誰能給我幾本關於污水處理的書給我作為畢業論文的參考文獻!
書名:環境科學與工程進展叢書--SBR及其變法污水處理與回用技術 出版社:化學工業出版社 定價:60 條形碼:9787502543594 ISBN:ISBN 7-5025-4359-7 作者:張統 印刷日期:2003-3-1 出版日期:2003-3-1 精裝平裝_開本_頁數:平裝16開,394頁 中圖法: 中圖法一級分類: 中圖法二級分類: 書號: 簡介:本書為《環境科學與工程進展》系列叢書之一,對近年來國內間歇式活性污泥法污水工藝處理的研究和應用進行了介紹,基本上包括了國內的最新研究成果。主要有五個方面的內容:SBR工藝在不同廢水中的應用研究;SBR脫氮除磷研究;CASS工藝研究及應用;各種SBR的變形工藝應用研究;污水處理與回用及其他技術與工藝。 本書大多數文章均為作者最新的研究成果和工程應用經驗,均為寶貴的第一手資料,具有較高的學術價值和工程指導意義。本書適用於污水處理技術研究人員,污水處理工程的規劃、設計、施工、管理等人員參閱;也對給水排水、環境工程專業的大專院校師生有一定參考價值。 目錄:第一章 SBR工藝原理及應用 一、間歇式活性污泥工藝的發展與應用 二、SBR的工藝發展和應用適用性問題的討論 三、SBR工藝的分類和特點 四、SBR法與活性污泥膨脹 …… 二十三、UASBAF-SBR工藝處理屠宰廢水 二十四、鐵屑過濾-SBR工藝處理棉紡印染廢水的研究 二十五、開發厭氧/好氧序批式一體化反應器的構想 二十六、豬場廢水厭氧消化液SBR處理技術研究及工程應用 第二章 SBR工藝用於污水脫氮除磷 一、供氧方式對SBR法硝化反應控制參數的影響 二、間歇式生物膜法除磷工藝特性研究 三、間歇式生物膜法除磷機理研究 四、間歇式生物膜法的脫氮特徵及機理研究 …… 十二、應用SBR工藝強化生物除磷系統的研究 十三、SBR法處理城市污水的脫氮除磷功效 十四、活性污泥外循環SBR系統的生物除磷能力 十五、SBR工藝用於生活污水除磷脫氮的試驗研究 第三章 CASS工藝原理及應用 一、建築小區污水處理技術及設計實例 二、CASSL+膜過濾工藝處理中小城市污水與水回用 …… 十四、循環式活性污泥法(CAST)工藝及設計 十五、CASS工藝在處理低溫生活污水中的應用研究 第四章 SBR其他變形原理及應用 一、MSBR系統的特點及其除磷脫氮的機理分析 二、MSBR工藝的運行機理 …… 九、SBR法DAT-IAT技術在大型城市污水處理廠的應用 十、UNITANK工藝處理城市污水工程實踐 第五章 污水處理與回用其他技術進展 一、我國城市污水回收和再用的實例分析 二、我國污水處理事業現狀及今後發展的趁勢 三、生態衛生(排水)系統國內外發展比較 四、關於天津市城市污水污泥處理與處置的技術研究與探索 …… 二十一、集成電路廢水處理系統設計 二十二、新型氣浮器及其處理造紙廢水的工程設計 二十三、航天發射場推進劑廢水對地下水影響程度分析與研究 二十四、集中供暖主管道腐蝕查定及防腐方法 閱讀地址: http://www.buildbook.com.cn/book/B10011346.shtml
『伍』 誰能給我幾本關於污水處理的書給我作為畢業論文的參考文獻!
書名:環境科學與工程進展叢書--SBR及其變法污水處理與回用技術
出版社:化學工業出版社
定價:60
條形碼:9787502543594
ISBN:ISBN 7-5025-4359-7
作者:張統
印刷日期:2003-3-1
出版日期:2003-3-1
精裝平裝_開本_頁數:平裝16開,394頁
中圖法:
中圖法一級分類:
中圖法二級分類:
書號:
簡介:本書為《環境科學與工程進展》系列叢書之一,對近年來國內間歇式活性污泥法污水工藝處理的研究和應用進行了介紹,基本上包括了國內的最新研究成果。主要有五個方面的內容:SBR工藝在不同廢水中的應用研究;SBR脫氮除磷研究;CASS工藝研究及應用;各種SBR的變形工藝應用研究;污水處理與回用及其他技術與工藝。
本書大多數文章均為作者最新的研究成果和工程應用經驗,均為寶貴的第一手資料,具有較高的學術價值和工程指導意義。本書適用於污水處理技術研究人員,污水處理工程的規劃、設計、施工、管理等人員參閱;也對給水排水、環境工程專業的大專院校師生有一定參考價值。
目錄:第一章 SBR工藝原理及應用
一、間歇式活性污泥工藝的發展與應用
二、SBR的工藝發展和應用適用性問題的討論
三、SBR工藝的分類和特點
四、SBR法與活性污泥膨脹
……
二十三、UASBAF-SBR工藝處理屠宰廢水
二十四、鐵屑過濾-SBR工藝處理棉紡印染廢水的研究
二十五、開發厭氧/好氧序批式一體化反應器的構想
二十六、豬場廢水厭氧消化液SBR處理技術研究及工程應用
第二章 SBR工藝用於污水脫氮除磷
一、供氧方式對SBR法硝化反應控制參數的影響
二、間歇式生物膜法除磷工藝特性研究
三、間歇式生物膜法除磷機理研究
四、間歇式生物膜法的脫氮特徵及機理研究
……
十二、應用SBR工藝強化生物除磷系統的研究
十三、SBR法處理城市污水的脫氮除磷功效
十四、活性污泥外循環SBR系統的生物除磷能力
十五、SBR工藝用於生活污水除磷脫氮的試驗研究
第三章 CASS工藝原理及應用
一、建築小區污水處理技術及設計實例
二、CASSL+膜過濾工藝處理中小城市污水與水回用
……
十四、循環式活性污泥法(CAST)工藝及設計
十五、CASS工藝在處理低溫生活污水中的應用研究
第四章 SBR其他變形原理及應用
一、MSBR系統的特點及其除磷脫氮的機理分析
二、MSBR工藝的運行機理
……
九、SBR法DAT-IAT技術在大型城市污水處理廠的應用
十、UNITANK工藝處理城市污水工程實踐
第五章 污水處理與回用其他技術進展
一、我國城市污水回收和再用的實例分析
二、我國污水處理事業現狀及今後發展的趁勢
三、生態衛生(排水)系統國內外發展比較
四、關於天津市城市污水污泥處理與處置的技術研究與探索
……
二十一、集成電路廢水處理系統設計
二十二、新型氣浮器及其處理造紙廢水的工程設計
二十三、航天發射場推進劑廢水對地下水影響程度分析與研究
二十四、集中供暖主管道腐蝕查定及防腐方法
閱讀地址: http://www.buildbook.com.cn/book/B10011346.shtml
『陸』 誰有有關污水排放及處理再利用的論文
目前,常用於我國城市污水處理的方式為集中污水處理系統和傳統的三格式化糞池。其它的處理構築物也都是大同小異的,主要的流程不外乎如此: 污水收集設施[包括污水管道、雨水管道、工廠排放水管道等]-->污水提升泵站-->格柵攔截-->沉砂池-->初沉池-->曝氣池、厭氧池等核心處理工藝流程-->二次沉澱池-->排水管道或渠排入水體[①] 其中核心處理流程可分為一級處理和二級及以上的深度處理。深度處理流程主要有好氧處理流程、厭氧處理流程及兩者相結合的處理方法。 目前,好氧處理方法有SBR工藝、UASB工藝、氧化溝、氧化塘等工藝,在曝氣池裡充入空氣或氧氣,讓好氧細菌除去污水中的有機物雜質;厭氧處理流程主要有厭氧流化床、兩相厭氧發酵、厭氧濾池等利用厭氧菌進行厭氧發酵的方法除去污水中的有機物的;另外常用的還有像A20及其變種的工藝流程都是好氧處理和厭氧處理相結合的處理流程,其處理效果往往比單一的處理方式好得多。 深度處理構築物不外乎以下幾種:曝氣池、厭氧池、氧化塘、厭氧反應器及特殊的除磷脫氮設備,或者是它們的變種工藝,但是處理原理都是大同小異的。 隨著人們對環境污染越來越嚴重這一狀況的認識和對加強環境保護意識的加強,現在大多數城市都紛紛建設了污水處理廠,處理流程也由簡單的一級處理升級為二級或更深度的處理。但是對於大中型城市來說,普啟遍還是採用集中處理的方式。一個污水處理廠處理的污水面積都很大,這就需要用提升泵站將遠處的污水提升到污水處理廠進行集中處理,這些污水提升泵站不僅要保障所有污水都要提升到污水處理廠,還要適應污水量變化的要求,一般其流量都是很大的,輸送的路程也很遠,再者污水管道一般都埋設較深,泵站需要有很高揚程,電耗十分可觀。 電費是污水提升泵站的主根能耗,輸送路程越遠,電價越高,像武漢的龍王嘴污水處理廠就設有五個污水提升泵站,將附近很大面積的污水匯集起來,其流量還是不大,目前正在擴建的工程處理流量也才15萬噸 城市污水處理出水的再生利用在我國,花費大量投資建設了城市污水處理廠,但經過處理後的再生水並沒有得到充分利用,在城市污水處理決策中應充分考慮污水的再生利用。發展再生水在農業灌溉、綠地澆灌、城市雜用、生態恢復和工業冷卻等方面的利用。 城市污水再生利用,應根據用戶需求和用途,合理確定用水的水量和水質。污水再生利用,可選用混凝、過濾、消毒或自然凈化等深度處理技術。因此,缺水城市和水環境污染嚴重的地區,在規劃建設遠距離調水之前應積極實施城市污水再生利用工程,同時做好非投資性或低投資性的節水減污工作。 城市污水再生利用規劃建設要依照客觀需要和實際可能的原則,按照遠期規劃確定最終規模,以現狀水量及用水需求為主要依據確定實施規模。城市污水再生利用技術選擇與工程實施要考慮國情、實際條件和用戶需求,城市污水再生利用規模、處理程度、處理流程、輸水方式、再生水質、使用用途的選擇上,既要滿足要求,又要經濟合理。目前城市污水再生利用應著重於農業灌溉、市政雜用、景觀水體、生活雜用、工業冷卻、生態環境和補充地表水。 但是,城市污水再生過程和再生水的使用應確保公眾和操作人員的健康安全,以及周邊的環境安全,尤其要有效地控制病原菌的污染和傳播。再生水使用應滿足國家和地方有關污水再生利用的水質標准和規定,處理工藝的選擇,尤其是工藝的可靠性和安全性的保障,應經過嚴格的專家論證、評估和主管部門的批准。 在污水處理流程中,各個污水處理構築物的節能途徑很多,下面就污水處理流程中各個構築物的節能方法。 污水提升泵站節能途徑。將現有的集中式污水處理改成分散式處理,並充分利用一級處理後的中水,可以減小城市污水處理廠的壓力,更可以大大減少深度處理所需的費用。同時污水提升泵站的水量也會適當減少,甚至可以取消,全部採用分散處理模式。污水處理廠只負責處理工廠附近、污水量大的用戶排放的污水。 格柵的節能途徑。盡量將污水處理設備安裝在地勢較低的地方,可以減小提升泵的功率。污水經過格柵的時候可以憑借其較快的流速通過柵條,必要時再用提升泵將污水提升至沉澱池。 曝氣設施的節能途徑[③]。不管是好氧處理還是厭氧處理設施,其能耗都是非常大的。因為我們必須要用電力設備將空氣充入到污水中,但是我們可以採用多層好氧過濾的方式減小這一能耗開支。好氧過濾的各個濾層的厚度的材料都是不相同的,實現的過濾效果也大相徑庭。 好氧過濾具體的方法是:污水經過格柵攔截之後,即可以直接進入第一層好氧過濾層,第一層好氧過濾層的孔隙是很大的,一般用粗大的砂石鋪墊,主要去除污水中大的懸浮物並通過水流在砂石中紊動的流動將空氣中的氧氣混入污水中。然後污水進入第二層好氧過濾層,這一層的砂石粒徑相對較小,污水在這一層的停留時間相對較長,主要是好氧微生物對有機物的氧化過程,在這一好氧濾層里,很容易生成生物膜,類似於生物膜的處理。如果污水的有機物的含量不是很高的話,處理水已經基本達到了排放的標准了,也可以將處理後的水收集起來作中水使用。如果污水的有機物含量很高的話,可以讓污水繼續進行下一層的好氧過濾,濾層的孔隙也將更小,處理時間更長,效果也更好。在這一層中,由於污水的停留時間較長,對污水中的N和P也有較好的去除效果。 進行好氧過濾處理的排放水已經可以達到排放的要求,沒有必要設置二次沉澱池進行泥水分離。這種處理流程適用於建設在河湖的旁邊,有利用處理水的就近排放,而且可以不用清水管道或管渠即可。
『柒』 生物膜法污水處理工藝的優勢有哪些
污水處理生物膜法也是城市污水二級生物處理的一種常用方法,具有以下優版點:
一是權生物膜對污水水質、水量的變化有較強的適應性,管理方便,不會發生污泥膨脹。
二是微生物固著在載體表面、世代時間較長的微生物也能增殖,生物相對更為豐富、穩定,產生的剩餘污泥少。三是能夠處理低濃度的污水。
污水處理生物膜法的不足之處在於生物膜載體增加了系統的投資;載體材料的比表面積小,反應裝置容積有限、空間效率低,在處理城市污水時處理效率比活性污泥法低;附著於固體表面的微生物量較難控制,操作伸縮性差;靠自然通風供氧,不如活性污泥供氧充足,容易產生厭氧。
『捌』 什麼是生物膜法污水處理工藝
生物膜法污水處理工藝:是屬於好養生物處理的方法,它是將廢水通過回好氧微生物和原生動答物,後生動物等在載體填料上生長繁殖形成的生物膜,吸附和降解有機物,使廢水得到凈化的方法。根據裝置的不同,生物膜法可分為生物濾池、生物轉盤、接觸氧化法和生物流化床等四類。
『玖』 生活中污水處理論文
淺談生活污水處理技術
【摘要】在城市污水管網尚未鋪就或不可能到達,或尚未建成城市污水處理廠的城市的住宅小區,生活污水處理一直都是很難解決的問題。過去常用的化糞池沉澱和厭氧發酵,雖然對懸浮物質和寄生蟲卵有一定的去除作用,但BOD5去除率很低,且不具備脫氮除磷功能,已不能滿足水污染防治和水環境保護的需要。近年來,適用於住宅小區的小型污水處理站和污水處理設備的技術開發發展迅速。本文擬就這方面的成果進行論述,並對存在的問題提出看法。
【關鍵詞】生活污水處理;技術開發;問題探討
【Abstract】Haven't spread at the city soil pipe net or impossible arrive, or haven't built up city wastewater treatment the residence small area of city of the factory, life the wastewater treatment have been the problem that can hardly solve.Past the in common use septic tank precipitate with be disgusted with oxygen to ferment, although clean a function towards suspending material and parasite egg to have certainly of, the BOD5 clean a rate very low, and don't have nitrogen of take off in addition to Lin function, already can't satisfy water pollution prevention and cure and water environmental protection of demand.In recent years be applicable to the small scaled wastewater treatment station of the residence small area and the technique of the wastewater treatment equipments development development quick.This text has drafted the result of this aspect to carry on discuss, and to existence of the problem put forward viewpoint.
【Key words】Life wastewater treatment;Technique development;Problem study
1. 技術開發 住宅小區生活污水處理技術的沿革,經歷了從單一工藝到組合工藝的過程。從是否需氧的角度考察,則沿著「厭氧→好氧→厭氧+好氧→厭氧+缺氧」 的軌跡發展。從去除對象來看,早期技術僅能去除SS物質,而現在的工藝還具備脫氮除磷功能。下面介紹幾種目前常用的處理技術和設備。
1.1生物接觸氧化法。生物接觸氧化法,是一種介於活性污泥法和生物膜法的污水生物處理技術,兼備兩者的優點。其主要構築物為生物接觸氧化池,池內充填填料。已經充氧的污水以一定的流速流經被其浸沒的填料,在填料上形成生物膜。污水與生物膜廣泛接觸,在生物膜上微生物的作用下,有機污染物得到去除,污水得到凈化。由於池內具備適於微生物棲息增殖的良好環境條件,因此,生物膜上生物相豐富、食物鏈長、微生物濃度高、活性強,不產生污泥膨脹,污泥生成量少,且易於沉澱。生物接觸氧化法具有多種凈化功能,除有效地去除有機物外,如運行得當,還能夠脫氧和除磷。 生物接觸氧化法的關鍵部位是填料。傳統的蜂窩狀塑料管較易堵塞,現在常採用吊掛式軟性填料和懸浮或半懸浮球形填料,能有效地防止堵塞,且面積較大,處理效果好。 生物接觸氧化法是住宅小區生活污水處理較早的採用的技術之一,其主體工藝流程為: 原污水→初沉池→接觸氧化池→二沉池→消毒池→排放 初沉池、二沉池均為豎流式沉澱池,上升流速分別為0.6~0.8mm/s和0.3~0.4mm/s。採用梯形直管填料,池中心廊道式射流曝氣,氣水比為 10:1~12:1,停留時間為2.5~3.3h。設計進水平均BOD5=200mg/L,出水BOD5=20mg/L。
1.2兩段活性污泥法。兩段活性污泥法,簡稱AB法。該法把污水管道、污水處理廠視為一個污水處理系統。其工藝特點是:不設初淀池,A段高負荷,B段低負荷,A、B兩段污泥分別迴流,充分利用污水管道中的微生物,為不同時期生長的優勢微生物種群創造良好的環境條件,讓其充分發揮作用,耐沖擊負荷能力強,處理效果穩定。其主體工藝流程為: 原污水→格柵→頂曝氣調節池→A段曝氣池→A段沉澱池→B段曝氣池→B段沉澱池→排放 該類設備,採用自吸式射流曝氣機、無支架的污泥懸浮型生物填料、側向流坡形斜板沉澱池等先進技術。BOD5去除率為90%,COD去除率為80%。
1.3序批式活性污泥法。序批式活性污泥法,簡稱SBR法。原則上,SBR法的主體工藝設備只有一個間隙反應器,在一個運行周期中,按運行次序,分為進水、反應、沉澱、排水和閑置五個階段。SBR法的關鍵設備潷水器的研製,已取得長足的發展。目前常用的潷水器,有虹吸式、旋轉式和套筒式三種。SBR法工藝簡單、節省費用,理想的推流過程使生化反應推力大、效率高,運行方式靈活,脫氮除磷效果好,沒有污泥膨脹,耐沖擊負荷、處理能力強。其主體工藝流程為: 原污水→調節池→SBR反應池→消毒池→出水 採用該工藝流程的上海某污水處理站設計平均流量750m3/d,進水水質BOD5=200mg /LSS=250mg/L,TN=40mg/L,NH4+=20mg/L,出水水質達到黃浦江上游污水排放標准,即BOD5<30mg /L,SS<30mg/L, NH4+<10 mg/L, TN<20mg/L。
1.4厭氧生物濾池。厭氧生物濾池是一種內部裝有填料作為微生物載體的厭氧生物膜法處理裝置。厭氧微生物附著載體的表面生長,當污水自下而上升式通過載體所構成的固定床層時,在厭氧微生物作用下,污水中的有機物得以厭氧分解,並產生沼氣。厭氧生物濾池有多種變型,填料的發展迅速,其工藝流程為: 進水→沉澱池→厭氧消化池→厭氧生物濾池→拔風管→氧化溝→進氣出水井→排水 污水經沉澱池預處理後進入厭氧消化池進行水解和酸化,可提高污水的可生化性,為後續處理創造條件。在拔風系統作用下,生物濾池處於兼氧狀態,阻止了污水中甲烷細菌的產生,使整個系統仍處於酸性階段,而氧化溝內溶解氧一般可穩定在1.5~2.8mg/L,污水在此進一步好氧處理。該工藝的實質類似於A/O法,但兼性厭氧生物濾池使厭氧段得到強化。拔風系統是處理過程的關鍵。其主要優點是不耗能、造價低、管理簡單、無雜訊、無異味、掛膜快、剩餘污泥量少、出水水質好、運行效果穩定。
2. 問題探討 住宅小區生活污水就其處理技術而言,可以採用目前城市污水處理的成熟技術和工藝,但住宅小區生活污水處理,有其自身的特點,應予考慮。
2.1住宅小區污水流量小,可生化性好,宜優先採用生物膜法處理技術。生物膜法具有生物相豐富、微生物濃度高、食物鏈長、不會發生污泥膨脹、污泥沉降性能好等優點,適用於小量的污水處理。過去擔心的堵塞問題,在採用新型填料後已基本解決。
2.2住宅小區用地緊張,應優先考慮佔地省的污水處理工藝,並在設計中採取一定措施。現在,一般設計成地下式或半地下式,形成地下為污水處理站,地面為綠地或花壇的格局,可以美化環境。但這樣設計時,應注意埋深、提升設備、通風要求和臭氣處理等問題。
2.3由於受小區管理人員人數和專業素質的限制,應優先選用運行維護管理較方便的工藝,並努力提高運行管理自動化程度。
2.4住宅小區建設工程工期要求緊,污水處理設施由構築物向設備的轉化,似是一種必然趨勢。採用裝配式污水處理設備,安裝簡捷,工期短,便於維護。大亞灣核電站引進法國的一種小型污水處理站,主要設備全是散件,現場裝配,其中,暖氣池和沉澱池由10塊小件組成,從土方開挖到開始調試,僅用20天就完工〔2〕。國內小型污水處理設備的生產廠家如雨後春筍,但良莠不齊。多數生產廠家設計、研究、測試化驗力量較弱,很難保證出廠產品的質量,售後服務也比較差〔3〕。國家應加強這方面的監控管理。
2.5隨著對出水水質要求的提高,單一工藝難以滿足需要,組合式污水處理技術和設備得以發展。目前的組合方式,主要有多級好氧處理、厭氧+好氧處理、厭氧+缺氧處理等。從降低能耗、回收生物能方面來看,厭氧生物處理有著廣闊的前景。污水中的有機物質本身都具有一定的潛在能量。厭氧處理時,一方面,勿需嚗氣充氧,可降低能耗;另一方面,其生成物-沼氣,可回收利用,供小區採暖和供熱,形成小區生態平衡系統,這是比較理想的發展趨向。
3. 結語住宅小區生活污水處理站,為防止污染,保護水環境,起到了積極的作用。盡管城市污水處理的發展趨勢,是集中處理取代分散處理,但筆者認為,小型生活污水處理站,在我國的一些中小型城市,還將存在相當長的時期,所以,其技術開發和設備研製應予以高度重視。
參考文獻
〔1〕羅璟,郭靜,張大群,厭氧序批式活性污泥法(ASBR)特性分析.給水排水,1997.4
〔2〕石亮民.介紹一種小型污水處理站.給水排水,1993.8
〔3〕曹瑞鈺,顧國維,黃菊文等.組合式生活污水處理設備的發展與分析. 中國給水排水,1997.4
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微生物在污水處理中的應用
摘要:本文主要闡述了各種微生物在不同種類污水中的應用,以及它們不同的應用機理。
關鍵詞:微生物 生活污水 工業污水 農業污水 重金屬 農葯
1.世界水資源現狀
環境保護是我國的基本國策。世界經濟發展的實踐證明,為實現經濟的持續穩定的發展,必須解決好發展與環境保護的矛盾。
全球水資源狀況迅速惡化,「水危機」日趨嚴重。據水文地理學家的估算,地球上的水資源總量約為13.8億立方公里,其中97.5%是海水(13.45億立方公里)。淡水只佔2.5%,其中絕大部分為極地冰雪冰川和地下水,適宜人類享用的僅為0.01%.
20世紀50年代以後,全球人口急劇增長,工業發展迅速。一方面,人類對水資源的需求以驚人的速度擴大;另一方面,日益嚴重的水污染蠶食大量可供消費的水資源。本屆世界水論壇提供的聯合國水資源世界評估報告顯示,全世界每天約有200噸垃圾倒進河流、湖泊和小溪,每升廢水會污染8升淡水;所有流經亞洲城市的河流均被污染;美國40%的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染;歐洲55條河流中僅有5條水質差強人意。
20世紀,世界人口增加了兩倍,而人類用水增加了5倍。世界上許多國家正面臨水資源危機:12億人用水短缺,30億人缺乏用水衛生設施,每年有300萬到400萬人死於和水有關的疾病。到2025年,水危機將蔓延到48個國家,35億人為水所困。水資源危機帶來的生態系統惡化和生物多樣性破壞,也將嚴重威脅人類生存。
水資源危機既阻礙世界可持續發展,也威脅著世界和平。過去50年中,由水引發的沖突共507起,其中37起有暴力性質,21起演變為軍事沖突。專家警告說,隨著水資源日益緊缺,水的爭奪戰將愈演愈烈。
2.污水處理方法分類
2.1物理法
利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態的污染物質。主要有沉澱法,過濾法,離心分離法,吸附法等。
2.2化學法
利用化學反應原理及方法來分離,回收廢水中的污染物,或改變污染物的性質,使它從有害變為無害的處理法。主要有化學凝聚法,中和法,氧化還原法,離子交換法。
2.3生物法
主要利用微生物的生命活動過程,對廢水中的污染物質進行轉移和轉化的作用,從而是污水得到凈化的方法。
2.4.微生物簡介
微生物是肉眼看不見或看不清的生物的總稱。包括原核生物(細菌,放線菌和藍細菌),真核生物(真菌和微型藻類),非細胞生物(病毒類)。微生物具有體積小、表面積大、繁殖力驚人等特點,能不斷與周圍環境快速進行物質交換。污水具備微生物生長繁殖的條件,因而微生物能從污水中獲取養分,同時降解和利用有害物質,從而使污水得到凈化。因此微生物可在污水凈化和治理中得到廣泛應用,造福人類。
微生物能降解和轉化污染物主要是因為微生物具有以下幾個特點:個體微小,比表面積大,代謝速率快;種類繁多,分布廣泛,代謝類型多樣;具有多種降解酶;繁殖快,易變異,適應性強;共代謝作用等。
3.原理
利用微生物處理污水實際就是通過微生物的新陳代謝活動,將污水中的有機物分解,從而達到凈化污水的目的.微生物能從污水中攝取糖,蛋白質,脂肪,澱粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.
3.1.好氧凈化
氧存在條件下,許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質礦物化,在把有機物氧化分解成CO2和H2O等過程中,獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理,把微生物置於一定的構築物內通氣培養,高效率凈化污水的方法。
3.2厭氧凈化
微生物在嚴格厭氧條件下,有機物發酵或消化過程中,大部分有機物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據污水經厭氧發酵後既到凈化,又獲得了生物能源CH4的原理。微物細胞能量轉移的電子受體,由好氧條件下分子氧改變為厭氧條件下的有機物。在厭氧件下,不溶於水而難分解的大分子有機污物,被微生物的胞外酶降解為可溶性物質,再由產甲烷厭氧細菌和產氫細菌降解成低分子有酸類和醇類、並放出H2和CO2;有機酸類和類經產甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2,形成CH4。
微生物凈化過程:
Ⅰ.有機污染物的濃度由高變低
Ⅱ.異養細菌迅速氧化分解有機污染物而大量繁殖,然後是以細菌為食料的原生動物出現數量高峰,再後是由於有機物礦化,利於藻類的生長,而出現藻類的生長高峰。
Ⅲ.溶解氧濃度隨著有機物被微生物氧化分解而大量消耗,很快降到最低點,隨後,由於有機物的無機化和藻類的光合作用及其他好氧微生物數量的下降,溶解氧又恢復到原來水平。
這樣,在離開污染源相當的距離之後,水中的微生物數量,有機物,無機物的含量,也都下降到最低點。於是,水體恢復到原來的狀態。
微生物處理優點:微生物具有來源廣,易培養,繁殖快,對環境適應性強,易變異的特徵在生產上較容易的採集菌種進行培養繁殖,並在特定條件下進行馴化,使之適應不同的水質條件,從而通過微生物的新陳代謝使有機物無機化。加之微生物的生存條件溫和,新陳代謝時不需要高溫高壓,它是不需要投加催化劑的.生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運行費用相對較低,所要投入的人力,物力比其他方法要少的多。在污水生物處理的人工生態系統中,物質的遷移轉化效率之高是任何天然的或農業生態系統所不能比擬的。
4.污水處理中重要的微生物種群
4.1 絲狀細菌
絲狀細菌(Filamentous bacteria)能顯著影響絮狀活性污泥的沉降性(污泥膨脹)或引起生物量變化和泡沫形成(污泥發泡),從而嚴重影響活性污泥的處理效率.傳統上,絲狀細菌是通過光學顯微鏡學進行分析鑒定的,如革蘭氏和Neisser染色反應、典型的形態學特徵等.但應用full—cycle rRNA技術發現,傳統形態學鑒定方法不能發現污水廠活性污泥中的許多絲狀細菌 。
系統發生樹部分提供了絲狀菌的系統發生親緣關系,但有些絲狀類型如Eikelboom 1863或Nostocoidalimicola等則是放置在完全無關的類群中.現在利用rRNA目標寡聚核苷酸探針能迅速地鑒定大多數絲狀菌,證明在活性污泥中有些絲狀菌呈現多態性現象.Kanagawa等(2000)從活性污泥中分離出15種絲狀菌,根據形態被分類為Eikelboom 21 N,利用16S rDNA序列分析表明都同變形桿菌亞綱的Thiothrix絲狀菌形成單系群(monophyletic group).Thiothrix絲狀菌在污水中通常表現出生理多能性,在異養、兼性營養和化能自養情況下,它們都能同標記的乙酸鹽或碳酸氫鹽結合。在厭氧狀況下(無論有無硝酸鹽),Thiothrix絲狀菌都很活躍,它通過吸收硫代硫酸鹽和乙酸鹽來形成胞內硫粒。
利用絲狀菌的FISH探針,Mircothrix parvicella被發現有特殊的脂消費,在厭氧情況下專門吸收長鏈脂肪酸(而不是短鏈脂肪酸和葡萄糖),隨後當硝酸鹽或氧可用作電子受體時它們則使用貯存完成生長.不過,在厭氧情況下,M.parvicella不能吸收磷,不適合那些有除磷要求的生物反應器.利用FISH技術對絲狀菌進行系統分類發現,大多數未描述的絲狀菌屬於綠色非硫細菌(Chloroflexi),也可能是污水生物處理系統中豐度最高的絲狀菌。Liao等(2004)發展一種定量FISH,對實驗室和污水廠反應器中的絲狀菌進行了研究,以增加Sphaerotilus natans的方式來刺激污泥膨脹,結果發現是Eikelboom 1851菌叢(而不是試驗的S.natans菌)同活性污泥容積指數(volume index)極度相關,其可延伸的菌絲長度約為6×10。la,m/mL。
4.2 生物除磷的重要細菌
生物除磷可以在EBPR的微生物途徑中由完成,該過程通過循環活性污泥進行交替的厭氧、需氧為特徵。基於微生物的純培養技術,變形桿菌綱г亞綱的不動桿菌屬(Acinetobacter)長期被認為是唯一的PAO(Polyphosphate—accumulating organism).但實際上,雖然不動桿菌能積累多聚磷酸鹽,卻沒有PAO的典型代謝方式.Wanger等(1994)用rRNA目的探針測試後認為,主要的PAO應該為口亞綱中的Rhoclocyclus群,其次為 亞綱中的Planctomycete群及屈撓桿菌屬(Flexibacter)、CFB群(Cytophaga—Flavobacterium—Bacteroides)等.利用螢光抗體染色、呼吸醌檢測和屬特異探針的FISH等非培養方法,證明在EBPR系統中,由於培養偏差顯然高估了不動桿菌的相對豐度,表明其對EBPR系統實際上不是最重要的,而另外一些分離出的細菌才是PAO的候選者。不過,有7個Acinembacter新種從活性污泥中分離到,可望進一步闡釋該屬在脫磷中扮演的角色和意義。
積磷小月菌(Microlunatus phosphovorus)是一個高G+C含量的革蘭氏陽性菌,被認為是專性好氧菌,可以通過EMP途徑發酵葡萄糖為乙酸,而不能夠在厭氧情況下生長.有明顯吸收葡萄糖、分泌乙酸的轉化,導致胞內乙酸積累;產生的乙酸在隨後的好氧階段消耗掉.phosphovorus表現出卓越的吸收和釋放磷的能力,磷釋放率和吸收率可分別高達3.34 mmol g/cell•h和1.56 mmol g/cell•h,比Lampropedia spp.和Acinetobacterspp.要高1個數量級,特異探針證明其在EB—PR工廠里可占總細菌的2.7%。
俊片菌屬(Lampropedia)也擁有聚磷菌的基本代謝特徵,但比EBPR模型預言的吸收乙酸鹽釋放磷酸鹽的比率要低很多.那些被建議名為「Candidatus Ac—cumulibacter phosphates」已被證實顯著存在於EBPR系統中.Saunders等(2003) 在對6個運行污水廠進行了檢測後認為,很可能「無關緊要」的「CandidatusAccumulibacter phosphates」正是重要的PAO.另外還有顯微鏡原位觀察顯示,酵母菌很可能涉及在生物除磷中,許多「聚磷菌」很可能是酵母菌的孢子,但其作用機理顯然還需要進一步探討.
4.3 硝化細菌
氮循環是高度依賴微生物活性和轉化的一個過程.這類微生物在污水處理、農業等領域具有極其重要的作用,因此成為近年來世界研究的熱點,變形桿菌的β亞綱幾乎已經成為微生物生態學的模式系統 .Kindaichi等(2004)對自養硝化生物膜進行了FISH分析表明,膜上有50%屬於硝化細菌,其餘50%為異養細菌,分布為變形桿菌α亞綱23% ,г亞綱13% ,綠色非硫細菌9% ,CFB群2%,未定類群3%.該結果表明,硝化細菌通過可溶性產物的產生支持了異養菌,異養菌也從代謝多樣性等方面確保了生物膜的生態穩定性 .從培養角度來說,硝化細菌生長極慢;由於硝化細菌的分布同pH、溫度等敏感,所以污水廠的硝化作用常有崩潰的情況發生.
4.3.1 氨氧化茵
基於16S rDNA序列分析,已經分離和描述過的氨氧化細菌都分屬於變形桿菌綱的2個單系群中.Ni-trosococcusoceanus和N.halophilus屬於Proteobacteria的β亞綱,包括亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)、亞硝化弧菌屬(Nitrosovibrio)和亞硝化葉菌屬(Nitrosolobus),後3個屬關系密切;而Nitrosococcus mobilis(實際是Nitrosomonas的一個成員)則在β亞綱組成緊密相關的集合.
4.3.2 亞硝酸氧化茵
基於超微特性,已培養出的亞硝酸氧化菌(Nitrite.oxidizing bacteria,NOB)被分為4個已知屬,硝化桿菌屬(Nitrobacter),硝化刺菌屬(Nitrospina),硝化球菌屬(Nitrococcus)和硝化螺菌屬(Nhrospira).16S rDNA序列比較分析表明,硝化桿菌屬及其3個種都屬於變形桿菌的α一亞綱;Nitrospina和Nitrococcus各有一個種,分屬於變形桿菌的δ和г一亞綱;Nitrospira屬包含有moscoviensis和Ⅳ.rrtarin.在傳統上,Nitrobacter一直被認為是最重要的亞硝酸鹽氧化菌.然而,在硝化污水廠內用目的探針的FISH法和定量斑點雜交(Quantitative dot blot)等發現,檢測不到Nitrobacter或者數目很低,因此凸現了非Nitrobacter的NOB在硝化過程中的重要性.Egli等(2003)用不同污泥接種反應器,利用定量FISH和RFLP(Restriction fragment length polymorphism)方法對穩定的硝化作用反應器進行檢測,發現有活性的都屬於Nitrospira屬 J.以Nitrospira序列發展的特定16S rRNA探針,對活性污泥進行FISH查後表明,未培養的類硝化螺菌(Nitrospira—like)以顯著性數目(總菌數的9%)存在,其對亞硝酸鹽氧化的重要性已由反應器富集研究所證實.Nhrospira能固定CO:,也能利用丙酮酸混合營養生長,而不利用乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽。
4.4 反硝化細菌
反硝化細菌(Denitrifying bacteria)的大多數鑒定和計數都是依賴培養法.很多屬的成員,如產鹼桿菌屬(Alcaligenes)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、甲基桿菌屬(Methylobacteriurn),副球菌屬(Paracoccus)和生絲微菌屬(Hyphornicrobiurrt)等,都從污水廠中作為脫氮微生物群分離出來過,但這些細菌屬在污水廠中是否具有原位脫氮的活性卻很少被知道.在一個補充以甲醇作為還原碳化物的脫氮沙濾中,使用特異FISH探針監測到有大量數目的P.spp和H.spp;而在沒有附加甲醇的非脫氮沙濾中,兩屬存在的數目都低於總細胞0.1% ,這間接證明了在脫氮過程中有兩屬的活性參與。
5.水污染物的類型及處理
5.1生活污水
生活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的無機物,有機物。無機物如氯化物,硫酸鹽,磷酸鹽和鈉,鉀,鈣,鐵等碳酸鹽,有機物有纖維素,澱粉,脂肪,蛋白質和尿素等。排放入環境中促使浮游植物生長和大量繁殖,形成赤潮和水華。
生活污水的處理主要是其中有機物的分解,其主要方法有活性污泥法、生物膜法、AB法。
5.1.1活性污泥法
活性污泥法是以活性污泥為主體的廢水生物處理的主要方法。活性污泥法是向廢水中連續通入空氣,經一定時間後因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團為主的微生物群,具有很強的吸附與氧化有機物的能力。
5.1.2生物膜法
生物膜法是利用附著生長於某些固體物表面的微生物(即生物膜)進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統,其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是,生物膜首先吸附附著水層有機物,由好氣層的好氣菌將其分解,再進入厭氣層進行厭氣分解,流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜,如此往復以達到凈化污水的目的。生物膜法具有以下特點:(1)對水量、水質、水溫變動適應性強;(2)處理效果好並具良好硝化功能;(3)污泥量小(約為活性污泥法的3/4)且易於固液分離;(4)動力費用省。
5.1.3AB法
AB法工藝由德國B0HUKE教授首先開發。該工藝將曝氣池分為高低負荷兩段,各有獨立的沉澱和污泥迴流系統。高負荷段A段停留時間約20-40分鍾,以生物絮凝吸附作用為主,同時發生不完會氧化反應,生物主要為短世代的細菌群落,去除BOD達50%以上。B段與常規活性污泥相似,負荷較低,泥齡較長。
5.2工業廢水
工業廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業廢水,食品工業廢水,印刷廢水,化工廢水等。隨著工業化的發展,含有重金屬離子的廢水產生量越來越多。重金屬離子已成為最重要、最常見的污染物之一。由於重金屬在生物體內的富集、吸收與轉化,從而通過食物鏈危害人體健康。如致癌、致畸等,故而處理重金屬污染刻不容緩。
微生物處理技術在生活污水處理中的應用已經非常成熟並且全面普及,但是在工業污水的處理中還存在著一定的技術問題。相對於生活污水來說,工業污水的成份要復雜的多,大多數工業污水的COD值都相當高,可生化性差,這就給微生物處理帶來了相當大的難度,有些工業污水甚至還有很高的氨氮指標,增加了微生物處理的難度。但是微生物技術的許多優勢註定了它將是工業污水治理的一個方面,而且目前已經有很多行業的工業污水開始採用微生物處理技術並且得到了穩定的運行數據。
這里主要講述關於污水中重金屬的處理。目前可用的微生物法有生物吸附法、硫酸鹽還原菌凈化法和利用微生物的轉化作用去除重金屬。
5.2.1生物吸附法
生物吸附是利用生物量(如發酵工業的剩餘菌體)通過物理化學機制,將金屬吸附或通過細胞吸收並濃縮環境中的重金屬離子,由於重金屬具有毒性,如果濃度太高,活的微生物細胞就會被殺死。所以,必須控制控制被處理水的重金屬濃度。
例如陳小霞等人用小球藻富集鉻離子,研究表明小球藻富集鉻離子的機制主要表現是表面吸附和主動運輸。在生長期和穩定期小球藻富集的鉻以有機鉻存在,而在衰亡期,小球藻富集的鉻以無機鉻存在。
利用工業發酵後剩餘的芽孢桿菌菌體或酵母菌吸附重金屬,具體做法是首先用鹼處理菌體,以便增加其吸附重金屬的能力。然後通過化學交聯法固定這些細胞,固定化的芽孢桿菌對重金屬的吸附沒有選擇性(微生物在結合無機污染物上表現出選擇性,多於大多數合成的化學吸附劑,微生物對金屬的吸附和累積主要取決於不同配位體結合部位對對金屬的選擇性)。可以去除廢水中的Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 去除率可達99%。吸附在細胞上的重金屬可以用硫酸洗脫,然後用化學方法回收重金屬,經過鹼處理後的固定化細胞還可以重新用於吸附重金屬。
5.2.2硫酸鹽還原菌凈化法
脫硫弧菌屬硫酸鹽還原菌是厭氧化能細菌,它最大的特徵就是在無自由氧的條件下,在有機質存在時通過還原硫酸根變成硫化氫,從中獲得生長能量而大量繁殖;它繁殖的結果是使溶解度很大的硫酸鹽變成了極難溶解的硫化物或硫化氫。這類細菌分布廣泛,海洋、湖泊、河流及陸地上都能存在。在沒有自由氧而有硫酸鹽及有機物存在的地方它就能生長繁殖,其生長溫度為25~35攝氏度,PH值為6.2~7.5.該細菌的作用可將廢水中的硫酸根變成硫化氫,使廢水中濃度較高的重金屬Cu、Pb、Zn等轉變為硫化物而沉澱,從而使廢水中的重金屬離子得以去除。
5.2.3利用微生物的轉化作用去除重金屬
微生物可以通過氧化作用、還原作用、甲基化作用和去烷基化作用對重金屬和重金屬類化合物進行轉化。
細菌胞外的莢膜或粘膜層可產生多種胞外多聚體,胞外多聚體能夠吸附自然條件下或廢水處理設施中的重金屬。其主要成分是多糖、蛋白質和核酸。
真菌的細胞壁內含幾丁質,這和N----乙醯葡糖胺多聚體是一種有效的金屬於放射性核素結合的生物吸附劑。經過氫氧化物處理的各類真菌暴露出來的幾丁質、脫乙醯殼多糖和其他金屬結合的配位體,形成菌絲層,可以有效的去除廢水中的重金屬。
六價鉻具有強烈的毒性,其毒性是三價鉻的100倍,而且能在人體內沉澱。由於六價鉻很容易通過胞膜進入細胞,然後在細胞質、線粒體和細胞核中被還原為三價鉻,三價格在細胞內與蛋白質結合為穩定的物質並且和核酸相作用,而細胞外的三價鉻是不能參透細胞的,細菌利用細胞中的NADH作為還原劑,在厭氧或好氧的狀態下,將六價鉻還原為三價鉻。如陰溝腸桿菌能抗10000µmol/l鉻酸鹽,在厭氧的條件下能使六價鉻還原為三價鉻,三價鉻可以通過沉澱反應與水分離而被去除。
5.3農業廢水
它面廣而量大且分散。農田使用農葯,化學農葯主要是人工合成的生物外源性物質,很多農葯本身對人類及其他生物是有毒的,而且很多類型是不易生物降解的頑固性化合物。農葯殘留很難降解,人們在使用農葯防止病蟲草害的同時,也使糧食、蔬菜、瓜果等農葯殘留超標,污染嚴重,同時給非靶生物帶來傷害,每年造成的農葯中毒事件及職業性中毒病例不斷增加。同時,農葯廠排出的污水和施入農田的農葯等也對環境造成嚴重的污染,破壞了生態平衡,影響了農業的可持續發展,威脅著人類的身心健康。農葯不合理的大量使用給人類及生態環境造成了越來越嚴重的不良後果,農葯的污染問題已成為全球關注的熱點。因此,加強農葯的生物降解研究、解決農葯對環境及食物的污染問題,是人類當前迫切需要解決的課題之一。
5.3.1 農業生產上主要使用的農葯類型
當前農業上使用的主要有機化合物農葯如表1所示。其中,有些已經禁止使用,如六六六、滴滴涕等有機氯農葯,還有一些正在逐步停止使用,如有機磷類中的甲胺磷等。
表1 農業生產中常用農葯種類簡表
類 型 農 葯 品 種
有機磷:敵百蟲、甲胺磷、敵敵畏、乙醯甲胺磷、對硫磷、雙硫磷、樂果等
殺蟲劑 有機氮:西維因、速滅威、巴沙、殺蟲脒等
有機氯:六六六、滴滴涕、毒殺芬等
殺蟎劑 蟎凈、殺蟎特、三氯殺蟎碸、蟎卵酯、氯殺、敵蟎丹等
除草劑 2,4-D、敵稗、滅草靈、阿特拉津、草甘膦、毒草胺等
殺菌劑 甲基硫化砷、福美雙、滅菌丹、敵克松、克瘟散、稻瘟凈、多菌靈、葉枯凈等
生長調節劑 矮壯素、健壯素、增產靈、赤黴素、縮節胺等
人們發現,在自然生態系統中存在著大量的、代謝類型各異的、具有很強適應能力的和能利用各種人工合成有機農葯為碳源、氮源和能源生長的微生物,它們可以通過各種謝途徑把有機農葯完全礦化或降解成無毒的其他成分,為人類去除農葯污染和凈化生態環境提供必要的條件。
5.3.2 降解農葯的微生物類群
土壤中的微生物,包括細菌、真菌、放線菌和藻類等,它們中有一些具有農葯降解功能的種類。細菌由於其生化上的多種適應能力和容易誘發突變菌株,從而在農葯降解中佔有主要地位。一在土壤、污水及高溫堆肥體系中,對農葯分解起主要作用的是細菌類,這與農葯類型、微生物降解農葯的能力和環境條件等有關,如在高溫堆肥體系當中,由於高溫階段體系內部溫度較高(大於50 ℃),存活的主要是耐高溫細菌,而此階段也是農葯降解最快的時期。通過微生物的作用,把環境中的有機污染物轉化為CO2和H2O等無毒無害或毒性較小的其他物質。通過許多科研工作者的努力,已經分離得到了大量的可降解農葯的微生物(見表2)。不同的微生物類群降解農葯的機理、途徑和過程可能不同,下面簡要介紹一下農葯的微生物降解機理。
5.3.3 微生物降解農葯的機理
目前,對於微生物降解農葯的研究主要集中於細菌上,因此對於細菌代謝農葯的機理研究得比較清楚。
表2 常見農葯的降解微生物
農 葯 降 解 微 生 物
甲胺磷 芽孢桿菌、麴黴、青黴、假單胞桿菌、瓶型酵母
阿特拉津(AT) 煙麴黴、焦麴黴、葡枝根霉、串珠鐮刀菌、粉紅色鐮刀菌、尖孢鐮刀菌、斜卧鐮刀菌、微紫青黴、皺褶青黴、平滑青黴、白腐真菌、菌根真菌、假單胞菌、紅球菌、諾卡氏菌
幼脲3號 真菌
敵殺死 產鹼桿菌
2,4-D 假單胞菌、無色桿菌、節桿菌、棒狀桿菌、黃桿菌、生孢食纖維菌屬、鏈黴菌屬、麴黴菌、諾卡氏菌、
DDT 無色桿菌、氣桿菌、芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌、埃希氏菌、假單胞菌、變形桿菌、鏈球菌、無色桿菌、黃單胞菌、歐文氏菌、巴斯德梭菌、根癌土壤桿菌、產氣氣桿菌、鐮孢黴菌、諾卡氏菌、綠色木霉等
丙體六六六 白腐真菌、梭狀芽孢桿菌、埃希氏菌、大腸桿菌、生孢梭菌等
對硫磷 大腸桿菌、芽孢桿菌
七 氯 芽孢桿菌、鐮孢黴菌、小單孢菌、諾卡氏菌、麴黴菌、根黴菌、鏈球菌
敵百蟲 麴黴菌、鐮孢黴菌
敵敵畏 假單胞菌
狄氏劑 芽孢桿菌、假單胞菌
艾氏劑 鐮孢黴菌、青黴菌
樂 果 假單胞菌
2,4,5-T 無色桿菌、枝動桿菌
細菌降解農葯的本質是酶促反應,即化合物通過一定的方式進入細菌體內,然後在各種酶的作用下,經過一系列的生理生化反應,最終將農葯完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小的化合物的過程。如莠去津作為假單胞菌ADP菌株的唯一碳源,有3種酶參與了降解莠去津的前幾步反應。第一種酶是A tzA,催化莠去津水解脫氯的反應,得到無毒的羥基莠去津,此酶是莠去津生物降解的關鍵酶;第二種酶是A tzB,催化羥基莠去津脫氯氨基反應,產生N-異丙基氰尿醯胺;第三種酶是A tzC,催化N-異丙基氰尿醯胺生成氰尿酸和異丙胺。最終莠去津被降解為CO2和NH3。微生物所產生的酶系,有的是組成酶系,如門多薩假單胞菌DR-8對甲單脒農葯的降解代謝,產生的酶主要分布於細胞壁和細胞膜組分;有的是誘導酶系,如王永傑等得到的有機磷農葯廣譜活性降解菌所產生的降解酶等。由於降解酶往往比產生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環境條件,酶的降解效率遠高於微生物本身,特別是對低濃度的農葯,人們想利用降解酶作為凈化農葯污染的有效手段。但是,降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活,難以長時間保持降解活性,而且酶在土壤中的移動性差,這都限制了降解酶在實際中的應用。現在許多試驗已經證明,編碼合成這些酶系的基因多數在質粒上,如2,4-D的生物降解,即由質粒攜帶的基因所控制。通過質粒上的基因與染色體上的基因的共同作用,在微生物體內把農葯降解。因此,利用分子生物學技術,可以人工構建「工程菌」來更好地實現人類利用微生物降解農葯的願望。