含毒有機(jī)廢水生物處理前的預(yù)處理 5400字

含毒有機(jī)廢水生物處理前的預(yù)處理5400字大量的資料說明，我國目前及今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)的環(huán)境問題主要是水環(huán)境問題，水環(huán)境問題又主要是有機(jī)廢水的污染問題。因此，有機(jī)廢水的治理是環(huán)保工作中極其重要的一面。

有機(jī)廢水無害化處理的首選辦法是生物處理。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(yùn)行費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)決定的。

根據(jù)有機(jī)廢水處理方面的特性可以將其劃分為下列3類：①廢水中的有機(jī)物易于生物降解，同時(shí)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(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水等；②廢水中的有機(jī)物易于生物降解，同時(shí)廢水中的毒物含量較多。這類廢水主要來自印染、制革廢水等；③廢水中所含的有機(jī)物難于生物降解〔生物降解速度極其遲緩〕，同時(shí)，廢水中毒物可能較多、亦可能較少。這類廢水主要來自造紙、制藥廢水等。

第①類廢水可直接進(jìn)行生物處理。第③類廢水較為復(fù)雜，此處不作討論。本文主要對第②類廢水中的毒物作用機(jī)制及應(yīng)對措施加以討論。

1、毒物及其作用機(jī)制

廢水中但凡能延緩或完全抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)，統(tǒng)稱為有毒有害物質(zhì)，簡稱毒物。這些毒物，從化學(xué)性質(zhì)上來分可劃分為有機(jī)物和無機(jī)物兩大類。從處理的角度又可劃分為能被生物處理段清除、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)〔如H2S、苯酚等，或稱非穩(wěn)定性毒物〕和不能被生物處理段清除、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)〔如NaCl、汞、銅等，或稱穩(wěn)定性毒物〕兩大類。

毒物對微生物的作用機(jī)制主要有如下方式：

〔1〕損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分和細(xì)胞外膜。如：70%濃度的乙醇能使蛋白凝固到達(dá)殺菌作用；酚、甲酚、外表活性劑作用于細(xì)胞外膜，破壞細(xì)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(jī)化合物能與酶的-SH基結(jié)合，并改變這些蛋白質(zhì)的三級和四級結(jié)構(gòu)。

〔3〕競爭性抑制作用。當(dāng)廢水中存在一種化學(xué)結(jié)構(gòu)與代謝物質(zhì)相類似的有機(jī)物時(shí)便會發(fā)生。因?yàn)槎叨寄茉诿傅幕钚灾行呐c酶相結(jié)合，它們的競爭將抑制中間產(chǎn)物的形成，使酶的催化反饋速率降低。

〔4〕對細(xì)胞成分合成過程的抑制作用。當(dāng)某些化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞成分的結(jié)構(gòu)時(shí)，它們便會被細(xì)胞吸收并同化，結(jié)果是合成無功能的輔酶或?qū)е律L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(zhì)合成，如鏈霉素會抑制氨基酸正確結(jié)合于多肽上。

〔6〕抗生素對核酸的抑制作用。如絲裂霉系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(xì)胞壁合成的抑制作用。如青霉素便是通過干擾細(xì)胞壁的合成從而到達(dá)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

需表明的是，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為能源?；瘜W(xué)物質(zhì)對微生物的抑制作用與其濃度有直接關(guān)系，并隨微生物的馴化而發(fā)生變化，經(jīng)過馴化的微生物對有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力將逐步加強(qiáng)。微生物這種巨大的適應(yīng)性〔變異性〕是由它們的小體積決定的。如一個(gè)微球細(xì)胞僅具有約100000個(gè)蛋白質(zhì)分子所能容納的空間，如此小的體積決定了那些近期用不著的酶是不能儲藏的，許多分解代謝酶類只有當(dāng)存在適宜的基質(zhì)時(shí)才會產(chǎn)生。在某些條件下這類可誘導(dǎo)的酶可占蛋白質(zhì)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(jī)廢水成為可能。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的〔此時(shí)的濃度叫極限允許濃度〕，正是這種極限又要求含毒物有機(jī)廢水在生物處理前需要一定的預(yù)處理。

前已說過，微生物由于其體積的細(xì)小，而具有巨大的適應(yīng)性〔變異〕。因此可以采用人工改變微生物生活環(huán)境的辦法進(jìn)行誘導(dǎo)變異，讓微生物直接適應(yīng)原水中毒物濃度或提高微生物對毒物的清除能力。這種辦法對穩(wěn)定性毒物及非穩(wěn)定性毒物均適用，是處理含毒有機(jī)廢水的一種根本辦法。

在城市生活污水處理廠中，當(dāng)進(jìn)水中酚的濃度忽然增加到50mg/L時(shí)，便會對生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的破壞作用。嚴(yán)重時(shí)，會導(dǎo)致全系統(tǒng)的崩潰?？墒牵辰够瘡S采用適應(yīng)性變異的辦法對菌種進(jìn)行馴化即菌種馴化法，使微生物內(nèi)的酶逐步適應(yīng)了這種毒物的大量存在，便將這種毒物當(dāng)成其底物而加以分解吸收。實(shí)際運(yùn)行說明，進(jìn)水中酚的平均濃度為117.5mg/L時(shí)，酚的清除率高達(dá)99.6%.

含酚廢水處理是應(yīng)對一種不穩(wěn)定性毒物的例子，當(dāng)毒物很穩(wěn)定時(shí)，亦可采用這種馴化辦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規(guī)范或另外采取其它措施加以控制。

3、預(yù)處理辦法

前已說過，馴化是生物處理法中應(yīng)對毒物的一種根本辦法。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(shí)就需要一定的預(yù)處理。目前，預(yù)處理法主要有稀釋法、轉(zhuǎn)化法和別離法。

3.1稀釋法

污水中的毒物之所以成為毒物，是與其濃度有關(guān)的。當(dāng)其濃度超過某一極限允許濃度時(shí)，毒物就成為毒物；在極限允許濃度下列時(shí)，毒物就不表現(xiàn)出毒性甚至成為營養(yǎng)。當(dāng)廢水中毒物濃度超過生物處理的極限允許濃度時(shí)，為保證生物處理的正常進(jìn)行，可采用簡單的稀釋法，將廢水中毒物濃度降低到極限濃度下列。

根據(jù)廢水中毒物的穩(wěn)定或非穩(wěn)定性質(zhì)，結(jié)合實(shí)際情況，可采取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(zhì)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下列，這便是污水稀釋法。它最簡單、最經(jīng)濟(jì)，是首選辦法，不管毒物的性質(zhì)是穩(wěn)定或非穩(wěn)定均適用。少量的工業(yè)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下列。但是，少量的工業(yè)廢水彼此間混合后，毒物濃度仍有可能在極限允許濃度以上，仍需繼續(xù)采取其它措施。

污水稀釋法除了上面所說的不同單位所排廢水之間的大稀釋外，還有同一工廠不同車間所排廢水之間的小稀釋。比方，制革工廠中，脫毛工段所排的灰堿廢水中S2-的濃度高達(dá)1000mg/L以上，但脫毛工段所排的灰堿廢水只占全廠總排水量的5%左右，只要建一較大的調(diào)節(jié)池〔停留時(shí)間HRT一般在12h左右〕，不同工段所排廢水在此攪拌混合后，總出水中S2-的濃度便可降低到100mg/L下列。這對后續(xù)處理非常有利。

〔2〕處理出水稀釋法。這種辦法只適用于廢水中的毒物為非穩(wěn)定這一單一情況。處理出水稀釋法又有兩種：①曝氣池池型采用完全混合式；②處理出水回流稀釋法。出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，辦法①應(yīng)是首選。

實(shí)例：制革廢水中S2-的存在對生物處理具有極大的危害，生物處理的極限允許濃度為30mg/L.制革廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)稀釋后，進(jìn)入曝氣池時(shí)S2-仍然在50mg/L以上。以前，許多設(shè)計(jì)單位主張采用分隔處理，即先把灰堿廢水獨(dú)自進(jìn)行脫S預(yù)處理，把進(jìn)水中的S2-降低到30mg/L下列，再進(jìn)行綜合處理。有經(jīng)驗(yàn)說明，可采用處理出水稀釋法來打消S2-對生物處理的影響，不需要進(jìn)行分隔處理，而直接進(jìn)行綜合處理。東南大學(xué)設(shè)計(jì)的南京制革廠廢水處理站，采用的處理流程為調(diào)節(jié)池→初沉池→生物處理，生物處理采用的是氧化溝，該氧化溝溝寬6m，有效水深3m，溝內(nèi)水流平均流速0.4m/s，做如下兩個(gè)假定：①廢水進(jìn)入氧化溝后經(jīng)過1周的循環(huán)，其中的S2-經(jīng)曝氣氧化后全被清除〔被氧化成單體硫或硫代硫酸鹽〕；②廢水一進(jìn)入氧化溝后，橫向擴(kuò)散很好，橫斷面上各點(diǎn)水質(zhì)完全相同。按S2-的極限允許濃度30mg/L進(jìn)行計(jì)算，理論上可得該氧化溝進(jìn)水S2-的最大允許濃度為7776mg/L.從30mg/L到7776mg/L可以看出稀釋法的巨大作用。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)行中①，②兩條假定不可能完全做到，故實(shí)際進(jìn)水最大允許濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能到達(dá)7776mg/L.根據(jù)該廠長達(dá)12年的穩(wěn)定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)說明，在調(diào)節(jié)池出水S2-不超過100mg/L的情況下，S2-對氧化溝的穩(wěn)定運(yùn)行是完全沒有影響的，而且氧化溝出水S2-始終在排放規(guī)范1mg/L下列。這是稀釋法成功應(yīng)用的一個(gè)例子。

〔3〕清水稀釋法。這種辦法只有在廢水中的毒物為穩(wěn)定性毒物，不能采用處理出水稀釋，工廠內(nèi)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采用別離法或轉(zhuǎn)化法清除時(shí)才能使用。這是由于①這種辦法的不經(jīng)濟(jì)性。采用清水稀釋本身就要花費(fèi)大量的水費(fèi)；原水采用大量的清水稀釋后，處理投資和運(yùn)行費(fèi)都要增加。②隨著環(huán)境管理的加強(qiáng)，已由濃度排放控制過渡到排放總量控制。

實(shí)例：南京某石化公司化工二廠廢水處理站，進(jìn)水COD為6000mg/L，但同時(shí)含有CaCl250000mg/L，如此高的鹽度將會極大地抑制生物處理的正常運(yùn)行，所以在生物處理之前必須對鹽加以適當(dāng)處理?？紤]到生物處理對CaCl2無清除或轉(zhuǎn)化作用，其它的別離或轉(zhuǎn)化辦法又不經(jīng)濟(jì)，該廠地處郊區(qū)，附近無其它工廠或本廠的另類廢水可利用來稀釋，故設(shè)計(jì)單位與甲方商量后采用了清水稀釋法，即將原水加清水稀釋10倍，將CaCl2濃度降為5000mg/L后，再進(jìn)行深井曝氣法處理，取得了稱心的效果。

3.2轉(zhuǎn)化法

化學(xué)物質(zhì)只有在特定的情況下才會表現(xiàn)毒性，比方，硝基苯毒性較大，轉(zhuǎn)化為苯胺后，毒性就大為降低。Cr6+的毒性很大，可是被復(fù)原為Cr3+后，毒性就大為降低。所以，可以通過化學(xué)辦法，將有機(jī)廢水中的毒物轉(zhuǎn)化為無毒或毒性較低的物質(zhì)，以保證生物處理的正常進(jìn)行。這種辦法對穩(wěn)定性毒物或非穩(wěn)定性毒物均適用。采用這種辦法一定要注意兩個(gè)問題：①轉(zhuǎn)化后，穩(wěn)定性毒物的濃度必須在生物處理極限允許濃度下列，非穩(wěn)定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運(yùn)行；②最終出水中，毒物濃度也應(yīng)滿足排放規(guī)范。

實(shí)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(zhì)。直接對它進(jìn)行生物處理，由于毒物負(fù)荷的限制，使得生化曝氣池的BOD負(fù)荷極低，效率不高。故絕大多數(shù)項(xiàng)目在廢水進(jìn)入曝氣池之前進(jìn)行預(yù)處理，用化學(xué)法〔比方亞鐵復(fù)原〕將硝基苯轉(zhuǎn)化為苯胺，苯胺與硝基苯相比，其毒性大為降低，而且可生化性大幅提高，使曝氣池BOD負(fù)荷大大提高。

3.3別離法

利用別離的伎倆，將廢水中的毒物轉(zhuǎn)移到氣相或固相中去，以保證廢水生物處理的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這便是別離法的原理。此法對穩(wěn)定性或非穩(wěn)定性毒物均適用。采用這種辦法時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：①別離后，廢水中穩(wěn)定性毒物濃度必須在生物處理的極限允許濃度之下，非穩(wěn)定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運(yùn)行；②必須保證最終出水各項(xiàng)指項(xiàng)〔包括毒物〕到達(dá)國家排放規(guī)范；③轉(zhuǎn)移到氣相或固相的毒物必須進(jìn)行妥善處理，不允許出現(xiàn)二次污染。

實(shí)例：制革廢水中S2-是一種毒物，我們可以向廢水中投加Fe2+使之形成FeS沉淀清除，出水可以直接進(jìn)行生物處理而不受S2-的影響，沉淀的FeS可以送去制磚或進(jìn)行填埋處理；亦可以向廢水中加酸，將廢水中的S2-形成H2S吹脫到空氣中去，用NaOH吸收后形成Na2S再回用于制革生產(chǎn)。

4、結(jié)語

為保證生物處理的正常進(jìn)行，可采用的打消毒物影響的措施是很多的，如何從繁多的辦法措施當(dāng)選擇一個(gè)最正確計(jì)劃，是一個(gè)全系統(tǒng)優(yōu)化課題。優(yōu)化的原那么是：①廢水中各項(xiàng)指標(biāo)〔包括毒物〕必須到達(dá)國家排放規(guī)范；②必須保證生物處理的正常運(yùn)行；③在此根底上，應(yīng)努力追求工藝流程簡單、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染以及管理方便。

實(shí)例一：制革工廠中，灰堿廢水中含有大量的S2-.為打消S2-的影響，可采用的措施有如下幾條：①采用分隔處理，向廢水中投加MnSO4，曝氣，將廢水中的S2-氧化成單體硫或硫代硫酸鹽；②采用分隔處理，向廢水中投加Fe2+，使之形成FeS沉淀而清除；③采用分隔處理，向廢水中投加酸，使之形成H2S，再用NaOH吸收；④綜合處理，向廢水中投加MnSO4，曝氣，將廢水中的S2-氧化成單體硫或硫代硫酸鹽；⑤綜合處理，向廢水中投加Fe2+，使之形成FeS沉淀而清除；⑥其它辦法。在這么多的辦法中，東南大學(xué)經(jīng)過多年的探索，最終總結(jié)出一條最正確工藝計(jì)劃：不進(jìn)行分隔處理，直接進(jìn)行綜合處理，調(diào)節(jié)池的HRT延長到12h，攪拌混合后，可將廢水中的S2-降低到100mg/L下列，初沉后，曝氣池采用完全混和型的氧化溝，可直接打消S2-的影響并將其清除。國內(nèi)數(shù)十項(xiàng)此類項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)說明：這套綜合措施是完全可行