廢水生物處理方法有:
1,生物化學(xué)法
生物化學(xué)法指通過(guò)微生物處理含重金屬?gòu)U水,將可溶性離子轉(zhuǎn)化為不溶性化合物而去除。水質(zhì)檢測(cè)儀硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學(xué)法。該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過(guò)異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,廢水中的重金屬離子可以和所產(chǎn)生的H2S反應(yīng)生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時(shí)H2SO4的還原作用可將SO42-轉(zhuǎn)化為S2-而使廢水的pH值升高。因許多重金屬離子氫氧化物的離子積很小而沉淀。有關(guān)研究表明,生物化學(xué)法處理含Cr 6+濃度為30—40mg/L的廢水去除率可達(dá)99.67%—99.97%[11]。有人還利用家畜糞便厭氧消化污泥進(jìn)行礦山酸性廢水重金屬離子的處理,結(jié)果表明該方法能有效去除廢水中的重金屬。趙曉紅等人[12]用脫硫腸桿菌(SRV)去除電鍍廢水中的銅離子,在銅質(zhì)量濃度為246.8 mg/L的溶液,當(dāng)pH為4.0時(shí),去除率達(dá)99.12%。
2,生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法。水質(zhì)檢測(cè)儀微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生并分泌到細(xì)胞外,具有絮凝活性的代謝物。一般由多糖、蛋白質(zhì)、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質(zhì)構(gòu)成,分子中含有多種官能團(tuán),能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉淀。至目前為止,對(duì)重金屬有絮凝作用的約有十幾個(gè)品種,生物絮凝劑中的氨基和羥基可與Cu2+、 Hg2+、Ag+、Au2+等重金屬離子形成穩(wěn)定的鰲合物而沉淀下來(lái)。應(yīng)用微生物絮凝法處理廢水安全方便無(wú)毒、不產(chǎn)生二次污染、絮凝效果好,且生長(zhǎng)快、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等特點(diǎn)。此外,微生物可以通過(guò)遺傳工程、馴化或構(gòu)造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有廣闊的應(yīng)用前景。
3,生物吸附法
生物吸附法是利用生物體本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分特性來(lái)吸附溶于水中的金屬離子,再通過(guò)固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法。利用胞外聚合物分離金屬離子,有些細(xì)菌在生長(zhǎng)過(guò)程中釋放的蛋白質(zhì),能使溶液中可溶性的重金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀物而去除。生物吸附劑具有來(lái)源廣、價(jià)格低、吸附能力強(qiáng)、易于分離回收重金屬等特點(diǎn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用水質(zhì)檢測(cè)儀。
4,需氧生物處理法
利用需氧微生物在有氧條件下將廢水中復(fù)雜的有機(jī)物分解的方法。 生活污水中的典型有機(jī)物是碳水化合物、合成洗滌劑、脂肪、蛋白質(zhì)及其分解產(chǎn)物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。這些有機(jī)物可按生物體系中所含元素量的多寡順序表示為 COHNS。在廢水需氧生物處理中全部反應(yīng)可用以下兩式表示:
微生物細(xì)胞+COHNS+O2─→ 較多的細(xì)胞+CO2+H2O+NH3
生物體系中這些反應(yīng)有賴于生物體系中的酶來(lái)加速。酶按其催化反應(yīng)分為:氧化還原酶:在細(xì)胞內(nèi)催化有機(jī)物的氧化還原反應(yīng),促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移,使其與氧化合或脫氫。可分為氧化酶和還原酶。氧化酶可活化分子氧,作為受氫體而形成水或過(guò)氧化氫。還原酶包括各種脫氫揮發(fā)性有機(jī)物酶,可活化基質(zhì)上的氫,并由輔酶將氫傳給被還原的物質(zhì),使基質(zhì)氧化,受氫體還原。水解酶:對(duì)有機(jī)物的加水分解反應(yīng)起催化作用。水解反應(yīng)是在細(xì)胞外產(chǎn)生的最基本的反應(yīng),能將復(fù)雜的高分子有機(jī)物分解為小分子,使之易于透過(guò)細(xì)胞壁。如將蛋白質(zhì)分解為氨基酸,將脂肪分解為脂肪酸和甘油,將復(fù)雜的多糖分解為單糖等。此外還有脫氨基、脫羧基、磷酸化和脫磷酸等酶。 許多酶只有在一些稱為輔酶和活化劑的特殊物質(zhì)存在時(shí)才能進(jìn)行催化反應(yīng),鉀、鈣、鎂、鋅、鈷、錳、氯化物、磷酸鹽離子在許多種酶的催化反應(yīng)中是不可缺少的輔酶或活化劑。 在需氧生物處理過(guò)程中,污水中的有機(jī)物在微生物酶的催化作用下被氧化降解,分三個(gè)階段:第一階段,大的有機(jī)物分子降解為構(gòu)成單元──單糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第二階段中,第一階段的產(chǎn)物部分地被氧化為下列物質(zhì)中的一種或幾種:二氧化碳、水、乙酰基輔酶A、α-酮戊二酸(或稱 α-氧化戊二酸)或草醋酸(又稱草酰乙酸)。第三階段(即三羧酸循環(huán),是有機(jī)物氧化的最終階段)是乙酰基輔酶A、α-酮戊二酸和草醋酸被氧化為二氧化碳和水。有機(jī)物在氧化降解的各個(gè)階段,都釋放出一定的能量。 在有機(jī)物降解的同時(shí),還發(fā)生微生物原生質(zhì)的合成反應(yīng)。在第一階段中由被作用物分解成的構(gòu)成單元可以合成碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪,再進(jìn)一步合成細(xì)胞原生質(zhì)。合成能量是微生物在有機(jī)物的氧化過(guò)程中獲得的。
5,厭氧生物處理法
主要用于處理污水中的沉淀污泥,因而又稱〖HTK〗污泥消化〖HT〗,也用于處理高濃度的有機(jī)廢水。這種方法是在厭氧細(xì)菌或兼性細(xì)菌的作用下將污泥中的有機(jī)物分解,最后產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等氣體,這些氣體是有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的能源。中國(guó)大量建設(shè)的沼氣池就是具體應(yīng)用這種方法的典型實(shí)例。消化后的污泥比原生污泥容易脫水,所含致病菌大大減少,臭味顯著減弱,肥分變成速效的,體積縮小,易于處置。 城市污水沉淀污泥和高濃度有機(jī)廢水的完全厭氧消化過(guò)程可分為三個(gè)階段(見(jiàn)圖)。在第一階段,污泥中的固態(tài)有機(jī)化合物借助于從厭氧菌分泌出的細(xì)胞外水解酶得到溶解,并通過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞中進(jìn)行代謝的生化反應(yīng)。在水解酶的催化下,將復(fù)雜的多糖類水解為單糖類,將蛋白質(zhì)水解為縮氨酸和氨基酸,并將脂肪水解為甘油和脂肪酸。第二階段是在產(chǎn)酸菌的作用下將第一階段的產(chǎn)物進(jìn)一步降解為比較簡(jiǎn)單的揮發(fā)性有機(jī)酸等,如乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性有機(jī)酸,以及醇類、醛類等;同時(shí)生成二氧化碳和新的微生物細(xì)胞。
反應(yīng)原理
第一、二階段又稱為液化過(guò)程。第三階段是在甲烷菌的作用下將第二階段產(chǎn)生的揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳,因此又稱為氣化過(guò)程,其反應(yīng)可用下式表示:
一些有機(jī)酸或醇的氣化過(guò)程舉例如下: 乙酸:
CH3COOH─→CO2+CH4
丙酸:
4CH3CH2COOH+2H2O─→5CO2+7CH4
甲醇:
4CH3OH─→CO2+3CH4+2H2O
乙醇:
2CH3CH2OH+CO2─→2CH3COOH+CH4
為了使厭氧消化過(guò)程正常進(jìn)行,必須將溫度、pH值、氧化還原電勢(shì)等保持在一定的范圍內(nèi),以維持甲烷菌的正常活動(dòng),保證及時(shí)地和完全地將第二階段產(chǎn)生的揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化成甲烷。
生物化學(xué)反應(yīng)的速度直接受溫度的影響。進(jìn)行厭氧消化的微生物有兩類:中溫消化菌和高溫消化菌。前者的適應(yīng)溫度范圍為17~43℃,最佳溫度為32~35℃;后者則在50~55℃具有最佳反應(yīng)速度。
近年來(lái),厭氧消化處理法發(fā)展到應(yīng)用于處理高濃度有機(jī)廢水,如屠宰場(chǎng)廢水、肉類加工廢水、制糖工業(yè)廢水、酒精工業(yè)廢水、罐頭工業(yè)廢水、亞硫酸鹽制漿廢水等,比采用需氧生物處理法節(jié)省費(fèi)用。
利用生物法處理廢水的具體方法有〖HTK〗活性污泥法〖HT〗、〖HTK〗生物膜法〖HT〗、〖HTK〗氧化塘法〖HT〗、〖HTK〗土地處理系統(tǒng)〖HT〗和污泥消化等。〖HT〗。
1,生物化學(xué)法
生物化學(xué)法指通過(guò)微生物處理含重金屬?gòu)U水,將可溶性離子轉(zhuǎn)化為不溶性化合物而去除。水質(zhì)檢測(cè)儀硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學(xué)法。該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過(guò)異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,廢水中的重金屬離子可以和所產(chǎn)生的H2S反應(yīng)生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時(shí)H2SO4的還原作用可將SO42-轉(zhuǎn)化為S2-而使廢水的pH值升高。因許多重金屬離子氫氧化物的離子積很小而沉淀。有關(guān)研究表明,生物化學(xué)法處理含Cr 6+濃度為30—40mg/L的廢水去除率可達(dá)99.67%—99.97%[11]。有人還利用家畜糞便厭氧消化污泥進(jìn)行礦山酸性廢水重金屬離子的處理,結(jié)果表明該方法能有效去除廢水中的重金屬。趙曉紅等人[12]用脫硫腸桿菌(SRV)去除電鍍廢水中的銅離子,在銅質(zhì)量濃度為246.8 mg/L的溶液,當(dāng)pH為4.0時(shí),去除率達(dá)99.12%。
2,生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法。水質(zhì)檢測(cè)儀微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生并分泌到細(xì)胞外,具有絮凝活性的代謝物。一般由多糖、蛋白質(zhì)、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質(zhì)構(gòu)成,分子中含有多種官能團(tuán),能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉淀。至目前為止,對(duì)重金屬有絮凝作用的約有十幾個(gè)品種,生物絮凝劑中的氨基和羥基可與Cu2+、 Hg2+、Ag+、Au2+等重金屬離子形成穩(wěn)定的鰲合物而沉淀下來(lái)。應(yīng)用微生物絮凝法處理廢水安全方便無(wú)毒、不產(chǎn)生二次污染、絮凝效果好,且生長(zhǎng)快、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等特點(diǎn)。此外,微生物可以通過(guò)遺傳工程、馴化或構(gòu)造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有廣闊的應(yīng)用前景。
3,生物吸附法
生物吸附法是利用生物體本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分特性來(lái)吸附溶于水中的金屬離子,再通過(guò)固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法。利用胞外聚合物分離金屬離子,有些細(xì)菌在生長(zhǎng)過(guò)程中釋放的蛋白質(zhì),能使溶液中可溶性的重金屬離子轉(zhuǎn)化為沉淀物而去除。生物吸附劑具有來(lái)源廣、價(jià)格低、吸附能力強(qiáng)、易于分離回收重金屬等特點(diǎn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用水質(zhì)檢測(cè)儀。
4,需氧生物處理法
利用需氧微生物在有氧條件下將廢水中復(fù)雜的有機(jī)物分解的方法。 生活污水中的典型有機(jī)物是碳水化合物、合成洗滌劑、脂肪、蛋白質(zhì)及其分解產(chǎn)物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。這些有機(jī)物可按生物體系中所含元素量的多寡順序表示為 COHNS。在廢水需氧生物處理中全部反應(yīng)可用以下兩式表示:
微生物細(xì)胞+COHNS+O2─→ 較多的細(xì)胞+CO2+H2O+NH3
生物體系中這些反應(yīng)有賴于生物體系中的酶來(lái)加速。酶按其催化反應(yīng)分為:氧化還原酶:在細(xì)胞內(nèi)催化有機(jī)物的氧化還原反應(yīng),促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移,使其與氧化合或脫氫。可分為氧化酶和還原酶。氧化酶可活化分子氧,作為受氫體而形成水或過(guò)氧化氫。還原酶包括各種脫氫揮發(fā)性有機(jī)物酶,可活化基質(zhì)上的氫,并由輔酶將氫傳給被還原的物質(zhì),使基質(zhì)氧化,受氫體還原。水解酶:對(duì)有機(jī)物的加水分解反應(yīng)起催化作用。水解反應(yīng)是在細(xì)胞外產(chǎn)生的最基本的反應(yīng),能將復(fù)雜的高分子有機(jī)物分解為小分子,使之易于透過(guò)細(xì)胞壁。如將蛋白質(zhì)分解為氨基酸,將脂肪分解為脂肪酸和甘油,將復(fù)雜的多糖分解為單糖等。此外還有脫氨基、脫羧基、磷酸化和脫磷酸等酶。 許多酶只有在一些稱為輔酶和活化劑的特殊物質(zhì)存在時(shí)才能進(jìn)行催化反應(yīng),鉀、鈣、鎂、鋅、鈷、錳、氯化物、磷酸鹽離子在許多種酶的催化反應(yīng)中是不可缺少的輔酶或活化劑。 在需氧生物處理過(guò)程中,污水中的有機(jī)物在微生物酶的催化作用下被氧化降解,分三個(gè)階段:第一階段,大的有機(jī)物分子降解為構(gòu)成單元──單糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第二階段中,第一階段的產(chǎn)物部分地被氧化為下列物質(zhì)中的一種或幾種:二氧化碳、水、乙酰基輔酶A、α-酮戊二酸(或稱 α-氧化戊二酸)或草醋酸(又稱草酰乙酸)。第三階段(即三羧酸循環(huán),是有機(jī)物氧化的最終階段)是乙酰基輔酶A、α-酮戊二酸和草醋酸被氧化為二氧化碳和水。有機(jī)物在氧化降解的各個(gè)階段,都釋放出一定的能量。 在有機(jī)物降解的同時(shí),還發(fā)生微生物原生質(zhì)的合成反應(yīng)。在第一階段中由被作用物分解成的構(gòu)成單元可以合成碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪,再進(jìn)一步合成細(xì)胞原生質(zhì)。合成能量是微生物在有機(jī)物的氧化過(guò)程中獲得的。
5,厭氧生物處理法
主要用于處理污水中的沉淀污泥,因而又稱〖HTK〗污泥消化〖HT〗,也用于處理高濃度的有機(jī)廢水。這種方法是在厭氧細(xì)菌或兼性細(xì)菌的作用下將污泥中的有機(jī)物分解,最后產(chǎn)生甲烷和二氧化碳等氣體,這些氣體是有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的能源。中國(guó)大量建設(shè)的沼氣池就是具體應(yīng)用這種方法的典型實(shí)例。消化后的污泥比原生污泥容易脫水,所含致病菌大大減少,臭味顯著減弱,肥分變成速效的,體積縮小,易于處置。 城市污水沉淀污泥和高濃度有機(jī)廢水的完全厭氧消化過(guò)程可分為三個(gè)階段(見(jiàn)圖)。在第一階段,污泥中的固態(tài)有機(jī)化合物借助于從厭氧菌分泌出的細(xì)胞外水解酶得到溶解,并通過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞中進(jìn)行代謝的生化反應(yīng)。在水解酶的催化下,將復(fù)雜的多糖類水解為單糖類,將蛋白質(zhì)水解為縮氨酸和氨基酸,并將脂肪水解為甘油和脂肪酸。第二階段是在產(chǎn)酸菌的作用下將第一階段的產(chǎn)物進(jìn)一步降解為比較簡(jiǎn)單的揮發(fā)性有機(jī)酸等,如乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性有機(jī)酸,以及醇類、醛類等;同時(shí)生成二氧化碳和新的微生物細(xì)胞。
反應(yīng)原理
第一、二階段又稱為液化過(guò)程。第三階段是在甲烷菌的作用下將第二階段產(chǎn)生的揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳,因此又稱為氣化過(guò)程,其反應(yīng)可用下式表示:
一些有機(jī)酸或醇的氣化過(guò)程舉例如下: 乙酸:
CH3COOH─→CO2+CH4
丙酸:
4CH3CH2COOH+2H2O─→5CO2+7CH4
甲醇:
4CH3OH─→CO2+3CH4+2H2O
乙醇:
2CH3CH2OH+CO2─→2CH3COOH+CH4
為了使厭氧消化過(guò)程正常進(jìn)行,必須將溫度、pH值、氧化還原電勢(shì)等保持在一定的范圍內(nèi),以維持甲烷菌的正常活動(dòng),保證及時(shí)地和完全地將第二階段產(chǎn)生的揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化成甲烷。
生物化學(xué)反應(yīng)的速度直接受溫度的影響。進(jìn)行厭氧消化的微生物有兩類:中溫消化菌和高溫消化菌。前者的適應(yīng)溫度范圍為17~43℃,最佳溫度為32~35℃;后者則在50~55℃具有最佳反應(yīng)速度。
近年來(lái),厭氧消化處理法發(fā)展到應(yīng)用于處理高濃度有機(jī)廢水,如屠宰場(chǎng)廢水、肉類加工廢水、制糖工業(yè)廢水、酒精工業(yè)廢水、罐頭工業(yè)廢水、亞硫酸鹽制漿廢水等,比采用需氧生物處理法節(jié)省費(fèi)用。
利用生物法處理廢水的具體方法有〖HTK〗活性污泥法〖HT〗、〖HTK〗生物膜法〖HT〗、〖HTK〗氧化塘法〖HT〗、〖HTK〗土地處理系統(tǒng)〖HT〗和污泥消化等。〖HT〗。
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