制革廢水中的化學(xué)物質(zhì)對(duì)厭氧微生物的毒性研究.pdf

1、制革廢水是一類污染負(fù)荷很高的工業(yè)廢水，其特點(diǎn)是堿性大，色度深，臭味重，懸浮物多，耗氧量高，并含有較多的硫化物、鉻和氨氮等有毒物質(zhì)。目前我國(guó)制革工業(yè)向環(huán)境排放大量的廢水，年排廢水量達(dá)到1.5億噸左右，年排放COD總量達(dá)到12萬噸左右，使行業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間的矛盾日益突出。能否有效地解決制革廢水的污染問題，已成為制革工業(yè)能否繼續(xù)生存和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。對(duì)于制革廢水的處理，大多采用物化加好氧的處理技術(shù)，其中較為成熟的是氧化溝工藝。

2、 厭氧生物處理技術(shù)是處理有機(jī)廢水的有效手段。具有投資省、能耗低、可回收利用沼氣能源、負(fù)荷高、產(chǎn)泥少、耐沖擊負(fù)荷、設(shè)施占地面積小、可以處理季節(jié)性排放的廢水、工藝穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和分離鑒定技術(shù)水平的提高，以及UASB、EGSB、SMPA、ABR、ASBR等新技術(shù)的出現(xiàn)，使得原來限制厭氧生物處理技術(shù)發(fā)展的瓶頸被打破。特別是隨著能源危機(jī)，水質(zhì)污染日趨復(fù)雜，節(jié)能、高效的厭氧處理新技術(shù)又成為新一輪的研究熱點(diǎn)。如何利用高效的厭氧反應(yīng)

3、器處理高負(fù)荷，富含毒性物質(zhì)的制革廢水，就成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域。 論文針對(duì)制革廢水特點(diǎn)，以厭氧技術(shù)應(yīng)用于制革廢水處理的關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)為切入點(diǎn)，系統(tǒng)地研究了厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)和馴化；影響厭氧消化的主要因素；制革廢水中的毒性物質(zhì)對(duì)厭氧消化的毒性，確定了毒性物質(zhì)的毒性類型和50％抑制濃度；模擬制革廢水的可厭氧降解性能和UASB反應(yīng)器處理模擬制革廢水的中溫啟動(dòng)。研究結(jié)果為制革廢水的厭氧處理提供了理論上的依據(jù)和指導(dǎo)，解決了富含毒性物質(zhì)的廢水

4、如何進(jìn)行厭氧處理的問題。 論文利用一般城市污水處理廠的好氧污泥作為接種污泥，以富含毒性物質(zhì)的制革廢水直接培養(yǎng)的方法培養(yǎng)出了厭氧顆粒污泥。并以多媒體顯微鏡觀察了顆粒污泥的形成過程，分析了顆粒污泥的形成機(jī)理，提出厭氧顆粒污泥的形成模式。試驗(yàn)結(jié)果表明，在一周左右好氧污泥開始向厭氧絮狀污泥轉(zhuǎn)化。在培養(yǎng)到15天時(shí)，污泥中出現(xiàn)典型的甲烷八疊球菌和鬃毛甲烷菌，菌膠團(tuán)顏色變成黑色，凝聚性明顯增強(qiáng)。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，鬃毛甲烷菌逐步增多，并且和

5、EPS相互粘結(jié)和交織，最終形成絮凝體。大約一個(gè)月后，出現(xiàn)細(xì)小的顆粒污泥，并相互融合逐漸長(zhǎng)大，3個(gè)月后形成較大的顆粒污泥，5個(gè)月后顆粒污泥完全成熟，體積較大，呈黑色橢圓形。 論文采用厭氧顆粒污泥處理含乙酸鹽的廢水，對(duì)溫度、pH、機(jī)械作用、COD負(fù)荷和污泥濃度等主要影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著溫度的提高產(chǎn)氣量明顯加大，厭氧消化反應(yīng)效率更高，化學(xué)需氧量的去除率也不斷提高，中溫厭氧消化反應(yīng)在37℃附近達(dá)到最大去除效果。溫度上升或

6、者下降會(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷菌的活性產(chǎn)生嚴(yán)重影響；本實(shí)驗(yàn)條件下得出厭氧消化反應(yīng)適宜的pH值在7.0～7.2之間。體系的pH值過高(＞8.0)或者過低(＞6.0)，系統(tǒng)中微生物的生長(zhǎng)代謝和繁殖就會(huì)受到抑制，并且進(jìn)而對(duì)整個(gè)厭氧消化過程產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響，pH偏離適宜的pH值太大，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰；較強(qiáng)的攪拌作用，可以使厭氧體系內(nèi)的微生物與其要降解的基質(zhì)充分混合，更好地接觸，從而有利于微生物更高效地消化基質(zhì)，產(chǎn)氣速率也更高；厭氧消化反應(yīng)對(duì)于降解乙酸鹽這

7、樣的簡(jiǎn)單物質(zhì)有著很高的效率，基本都在94％以上。即使COD高達(dá)6000mg/L，去除率仍能高達(dá)97.9％。在實(shí)際的工程啟動(dòng)中，只要不對(duì)甲烷菌活性產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制，應(yīng)該盡可能地提高COD負(fù)荷，從而提高厭氧生物處理的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性；污泥裝載量越高，反應(yīng)器內(nèi)含有的微生物也就越多，各種細(xì)菌之間的協(xié)同作用也就更加顯著，厭氧消化的效率也就更高，產(chǎn)甲烷速率也就更大。 論文用甲烷氣體的產(chǎn)氣速率來衡量厭氧顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性，以厭氧顆粒污泥處理含

8、不同濃度毒性物質(zhì)的廢水，通過毒性試驗(yàn)和產(chǎn)甲烷活性恢復(fù)試驗(yàn)來確定毒性物質(zhì)的毒性類型和50％抑制濃度。研究結(jié)果表明，低濃度的硫酸鈉對(duì)產(chǎn)甲烷氣有促進(jìn)作用，高濃度的硫酸鈉對(duì)厭氧消化的毒性屬于代謝毒素，在本實(shí)驗(yàn)條件下，硫酸鈉的50％抑制濃度約為19.5g/L。硫酸鹽還原菌能利用氫氣和乙酸等產(chǎn)甲烷的前體物將硫酸鹽還原為硫化物，會(huì)引起與產(chǎn)甲烷菌對(duì)基質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)，使產(chǎn)甲烷量減少，同時(shí)生成硫化物，對(duì)產(chǎn)甲烷菌的活性產(chǎn)生抑制作用；極少量的硫化鈉對(duì)于產(chǎn)甲烷有促進(jìn)作

9、用，不管是否調(diào)節(jié)pH值，硫化鈉對(duì)厭氧消化的毒性都屬于生理毒素。在本實(shí)驗(yàn)條件下硫化鈉的50％抑制濃度約為0.35g/L(調(diào)pH值)和0.43g/L(不調(diào)pH值)?？梢哉J(rèn)為硫化物對(duì)于產(chǎn)甲烷菌的毒性豐要是由于產(chǎn)生的硫化氫造成的，它能引起細(xì)胞參與代謝的組織損傷或改變酶的性質(zhì)，從而對(duì)細(xì)胞的活性產(chǎn)生抑制，但它們不直接殺死細(xì)胞。氯化鈉對(duì)于厭氧微生物來說，是一種代謝毒素。在本次實(shí)驗(yàn)條件下，氯化鈉的50％抑制濃度約為20g/L。高濃度氯化鈉的存在能使細(xì)菌

10、產(chǎn)生脫水，所以氯化鈉存在并不一定會(huì)殺菌，但是會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)；鉻鞣劑的存在會(huì)對(duì)厭氧微生物的活性產(chǎn)生一定的抑制作用。在不調(diào)節(jié)pH值和調(diào)節(jié)pH值時(shí)鉻鞣劑對(duì)于厭氧消化反應(yīng)的毒性作用都屬于代謝毒素。本實(shí)驗(yàn)條件下，不調(diào)節(jié)pH值時(shí)鉻鞣劑的50％抑制濃度約為3g/L，調(diào)節(jié)pH值時(shí)鉻鞣劑的50％抑制濃度約為3.5g/L。在厭氧消化反應(yīng)的環(huán)境中，絕大部分的Cr3+被沉淀下來，所以Cr3+對(duì)厭氧微生物顯示的毒性很小；氯化銨的存在能夠提供厭氧微生物生長(zhǎng)所必

11、須的營(yíng)養(yǎng)元素氮，但是大量的氯化銨能能夠引起微生物的脫水，同時(shí)能引起環(huán)境pH的變化。本實(shí)驗(yàn)條件下，氯化銨的50％抑制濃度約為14.5g/L左右。高濃度的氯化銨對(duì)厭氧消化反應(yīng)表現(xiàn)為殺菌毒素；較低濃度的氯化鈣對(duì)厭氧微生物的后期產(chǎn)甲烷能力還有一定的激活作用，高濃度的氯化鈣則表現(xiàn)為殺菌性毒素。本實(shí)驗(yàn)條件下，氯化鈣對(duì)厭氧微生物的50％抑制濃度約為9.6g/L左右。對(duì)比三種氯化物，毒性的大小順序?yàn)槁然}＞氯化銨＞氯化鈉；栲膠是一種天然的植物多酚類大分

12、子物質(zhì)，在一定條件下可以使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，使酶失活，對(duì)整個(gè)厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生抑制作用。本實(shí)驗(yàn)條件下，楊梅栲膠的50％抑制濃度為1.4g/L。荊樹皮栲膠的50％抑制濃度為1.3g/L。高濃度的栲膠對(duì)厭氧消化反應(yīng)表現(xiàn)為殺菌毒素。 論文利用厭氧顆粒污泥和模擬制革廢水，研究了制革廢水的厭氧生物降解性。試驗(yàn)結(jié)果表明，制革廢水COD(化學(xué)需氧量)負(fù)荷小于9000mg/L時(shí)，制革廢水中能被有效的厭氧降解。制革廢水COD負(fù)荷達(dá)到12000mg/L時(shí)

13、，對(duì)厭氧微生物有很強(qiáng)的抑制作用，厭氧降解難以進(jìn)行。在適宜的COD負(fù)荷下，制革廢水具有比較好的厭氧生物降解性能。 論文研究了試驗(yàn)性UASB反應(yīng)器中溫厭氧處理制革廢水的啟動(dòng)過程。研究結(jié)果表明，采用中溫厭氧污泥作為接種污泥，在適宜的控制條件下，反應(yīng)器能在50天內(nèi)成功地啟動(dòng)，采用厭氧技術(shù)處理制革廢水是有效的途徑之一。廢水中的大分子有機(jī)物在UASB反應(yīng)器底部被產(chǎn)酸微生物降解為小分子有機(jī)酸，其中最多的是乙酸，其次是丙酸、異丁酸和異戊酸。小