硫酸盐还原菌_SRB_处理废水的研究进展与现状

硫酸盐还原菌( SRB)处理废水的研究进展与现状 朱振兴 � 吴少林 � 张 � 婷 (南昌航空大学环境与化学工程学院, 江西 南昌 330063) 摘要: 硫酸盐还原菌( SRB)是一类利用硫酸盐或者其他氧化态硫化物作为电子受体来 异化有机物质的严格厌氧菌。介绍了 SRB 的生理特性, 在阐明 SRB降解水中污染物原理 的基础上, 充分探讨了 SRB在处理重金属废水、矿山酸性废水、无机和有机废水中的应用 现状及研究进展。 关键词: 硫酸盐还原菌 � 铜矿酸性废水 � 废水处理 1 � 引言 社会不断进步和人们生活水平的提高, 使得各种 废(污)水的产生量随之增多 , 由此带来的环境污染问 题受到了人们极大的关注。废水处理法中的生物法由 于成本低、效果好而倍受青睐, 以硫酸盐还原菌( Sulfate Reducing Bacteria , SRB)为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的生物沉淀法作为一项 新的实用技术应用前景广阔。近年来, 人们对硫酸盐 还原菌的研究越来越深入, 国内外学者对硫酸盐还原 菌研究做了大量的工作,包括 SRB 的生态特性、毒理学 研究及其污染与防治 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 、分离及筛选、处理工艺及反 应器等[1- 5]。从使用单一 SRB 菌种发展到使用 SRB 复 合功能菌群及 SRB 污泥体系, 从分批沉淀发展到厌氧 污泥床、流化床工艺[ 6- 9] , 建立了硫酸盐还原过程中 SRB的限制性生态因子的神经网络模型, 定量描述反 应器状态空间中多生态因子对硫酸盐去除过程的控制 与影响[ 10]。本文针对近年来硫酸盐还原菌的发展状况 进行了综述,介绍了 SRB 处理废水的机理与特点, 以及 各种废水中的研究现状与发展前景, 指出 SRB 处理废 水作为一项新的实用技术极具潜力[ 11- 15]。 2 � SRB 处理法的原理及特点 2. 1 原理 2. 1. 1 SRB 代谢原理 SRB代谢利用硫酸盐, 使环境中的硫酸盐减少或 耗尽。由于 S2- , HS- 与氢结合生成反应的终产物 H2S, 使体系的氧化还原电位下降。SRB 的合成代谢甚少, 但对其分解代谢已有人作了不少研究[ 16] ,可以简单地 将SRB 的代谢过程分为 3 个阶段: 分解代谢、电子传 递、氧化, 如图 1所示。 图 1 � SRB 的分解代谢过程 � � 从图 1 这一过程可以看出, SRB 利用 SO42- 作为最 终电子受体, 将有机物作为细胞合成的碳源和电子供 体, 同时将SO42- 还原为硫化物[ 17]。SRB 的不同菌属生 长所利用的碳源是不同的, 最普遍的是利用 C3、C4 脂肪 酸(乳酸盐、丙酮酸、苹果酸) ,国外也有许多研究者曾 利用乙酸、丙酸、丁酸和一些长链脂肪酸以及初沉池污 泥、剩余活性污泥、糖蜜、经过气提的奶酪乳清和橡胶 废水等作为碳源进行过研究[18, 19]。钱泽澎等人[ 20]研 究表明, SRB 利用丙酸盐、丁酸盐、乳酸盐、乙酸盐的硫 酸盐还原强度依次降低。 2. 1. 2 SRB处理原理 利用 SRB在厌氧条件下, 通过称之为异化的硫酸 盐还原作用, 将硫酸盐还原为 H2S, H2S 与废水中的重 金属离子反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而去 除重金属离子[ 21- 27] , 主要通过以下三种方式改善废水 质量: 产生的硫化氢与溶解的金属离子反应, 生成不可 溶的金属硫化物从溶液中除去; 硫酸盐还原一方面消 耗水合氢离子, 使得溶液 pH 值升高, 金属离子以氢氧 化物形式沉淀; 另一方面,硫酸盐还原反应降低了溶液 中硫酸根浓度; 硫酸盐还原反应以有机营养物氧化产 生的重碳酸盐形式造成碱性, 使水质得到改善。 2. 2 特点 2. 2. 1 处理费用低 培养 SRB的营养物质可以来自于其它有机废水, 反应所需的 SO42- 在大多数重金属废水中都大量存在, 因而可以以废治废, 处理费用低。 18 江 � 西 � 化 � 工 2008年第 1 期 � 2. 2. 2 处理废水和重金属种类较多 SRB可以处理工业废水、生活污水和矿山废水等 多种废水,而且由于大多数重金属硫化物的溶解度很 小,可以用来处理多数常见的重金属离子, 重金属离子 的去除率很高。 3 � SRB 处理废水的研究 3. 1 处理含重金属离子工业废水 现代社会每年都会产生大量含重金属离子废水并 排放人环境。由于重金属离子在环境中无法被生物分 解,一旦进入环境后就会在环境中不断积累而难以去 除,造成环境的长期污染。因而寻找一种效率高、费用 低的废水处理方法很有意义。目前重金属废水的处理 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, 这些方法的处理成本都较惯。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 水进行了大量研究,并取得了较好的进展。 1995年华尧熙等人研究了以厌氧污泥床培养 SRB 处理含锌废水的工艺[ 28] ,在该工艺中由于 SRB 以活性 污泥的形式存在于反应器中, SRB 在反应器中浓度大 大提高,因而该反应器工作效率很高, 可处理高浓度含 锌废水。当模拟废水的锌浓度为 500mg/ L 以下时, 反 应器均能正常运行。这是由于反应器中微生物群体的 活性很好,虽然在进水中有较高的锌离子浓度, 但在反 应器中的实际浓度较低。反应器对锌的去除率高于 99% ,其单位容积对重金属的去除率最高可达 1300mg/ L�d。 冯易君等采用 SRB处理某厂的镀铬废水[ 29] , 效果 良好,试验结果表明: 经过 SRB处理后, 铬从 98mg/ L 降 到8. 1mg/ L, 同时其他一些金属离子也有所降低, 铅从 0.27mg/ L 降到 0. 02mg/ L, 镉从 1. 75mg/ L 降到 0. 3mg/ L。 1997年田小光等研究了化学还原法和 SRB 吸附相 结合的工艺处理电镀厂的含铬( � )废水[ 30]。首先用化 学还原剂将铬 ( � )还原成铬( � ) , 之后用 SRB 对形成 的Cr ( OH ) 3 进行吸附而使铬去除。中试研究结果表 明,处理含 Cr( � ) 30~ 40mg/ L 的废水时, Cr( VI)去除率 可达 99. 67% ~ 99. 97% 。 1992年 Dvorak等人研究了利用养殖蘑菇后的废弃 培养基进行 SRB 的培养, 用于处理矿山的酸性含重金 属废水的工艺,该工艺可连续运行。 江苏大学缪应祺教授进行了 SRB处理钛白粉生产 废水试验研究[ 31] , 试验结果表明: 对模拟废水, 42h 内 SO4 2- 的去除率达到 92. 1% , 对钛白粉生产废水, 42h 内 SO4 2- 的去除率达到 92. 1% ; 对钛白粉生产废水, 42h 内 SO42- 的去除率可达到 83. 5% , COD/ SO42- 值对 SO4 2- 离子的去除有较大影响, 比值在 2~ 3 时效果最 佳。 3. 2 处理有机废水 轻工、制药行业排放的生产废水中除含高浓度的 有机物外, 往往还含有高浓度的硫酸盐, 此类废水属高 硫酸盐有机废水。采用厌氧消化进行处理时, 首先利 用 SRB对废水中的硫酸盐进行还原, 以消除硫酸盐还 原作用对产甲烷菌的抑制影响。 河北科技大学杨景亮教授对 SRB 处理青霉素生产 过程中排放的高浓度 SO42- 废水进行了研究[ 32]。研究 内容包括: SRB 反应器的运行效果和硫酸盐还原效果 的影响因素等。试验结果表明: COD/ SO42- 、SO42- 负荷 是影响 SO42- 还原效果的主要因素。当 SO42- 负荷为 5kg/ ( m3�d) , 进水 COD/ SO42- 为 2. 5~ 2. 8 时, SO42- 去 除率为 68% ~ 78% ;进水 COD/ SO42- 大于 3 时 SO42- 去 除率大于 90%。当进水 SO42- 为 0. 8~ 2. 0g/ L, 反应器 SO4 2- 负荷分别为 5、7. 5、9、10kg/ ( m�d)时, SO42- 去除率 分别达到 93. 2% 、86% 、82%和 76% 。 3. 3 处理城市生活废水 随着城市污水排放量增大, SRB 净化城市污水也 引起了人们的关注。有人曾采用 SRB 对哈尔滨城市生 活废水进行处理, 试验结果良好, 各项指标均达到了排 放 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。同时也表明, SRB 不仅可使固体悬浮物凝集沉 淀, 而且可以降低 BOD, 这是其它类型絮凝剂无法比拟 的。 3. 4 处理酸性地浸矿山地下水 目前, 地浸法开采中残余硫酸净化的方法, 是将残 余溶液抽至地表, 将其碱化使有害杂质沉淀, 也有人建 义利用电渗析、反渗透以及薄膜技术或吸附工艺等。 但这些方法的实施经常伴随着环境的再次污染, 并且 其效果欠佳, 成本也很高。 俄罗斯采用地下水的原地微生物净化技术代替化 学或物理方法, 取得了良好的试验效果[33]。试验中使 用的微生物是天然的能还原硫酸盐的微生物群, 即 SRB。试验条件如下; 钻孔深度为 676m, 被处理溶液体 积的直径约 2m, 层内温度 40� ,含水层的渗透系数 l0m �d- 1。试验方法是: 在培养了必需的生物量后, 将其 注入钻孔, 并使之到达过滤器所在部位。净化过程完 成后进行检查, 通过钻探取样, 用电子显微镜对岩芯样 进行了研究, 发现在砂岩中有新生成的矿物; 黄铁矿、 铀石、沥青铀矿、自然硒的结晶、自然金的枝状结晶、石 膏、方解石、层状铝硅酸盐, 地下水的污染情况大大减 轻。 我国地浸采矿技术于 20 世纪 80 年代取得成功, 对 地浸地下水污染的治理虽然进行了多年的研究, 但许 多方法都因费用太高而被搁置, 至今尚未找到经济适 19� 2008年 3 月 硫酸盐还原菌( SRB)处理废水的研究进展与现状 � � � 用的治理方法[34]。随着地浸开采的不断进行, 地浸矿 山酸性地下污染已经越来越严重 , 污染元素主要为重 金属离子、放射性元素和硫酸根离子等。SRB 取代化 学、物理方法处理酸性地浸矿山地下水将成为新的研 究课题,也将使人们看到希望。 3. 5 处理酸性矿山废水 酸性矿山废水的污染是一个全球性的问题, 主要 特征表现在:低 pH 值、高浓度硫酸盐和可溶性重金属 离子,如铁、锰、铜、锌等。自 20世纪 40 年代以来, 国外 对酸性矿山废水的成因和防治进行了大量的研究; 从 70 年代开始, 我国也积极采用各种方法对矿山酸性废 水进行治理。目前国内外采用的方法主要有: 石灰石 或石灰作中和剂的中和法, 也有采用湿地法进行处理。 虽然目前中和法处理酸性矿山废水在工程应用上有了 很大改进, 但是中和法产生的巨量固体废弃物(硫酸 钙)难以处置,引起严重的二次污染。湿地法处理酸性 矿山废水是近年来研究的一项新技术, 具有投资少, 运 行费用低,易于管理等优点;但是,湿地法占地面积大, 处理受环境影响很大,而且对 H2S 的处理也不彻底, 残 余H2S 从土壤中逸出进人大气, 污染环境; 另外, 湿地 法还需受一定的自然条件约束。 因此, 湿地法在应用上受到限制。利用 SRB 处理 酸性矿山废水费用低, 适用性强, 无二次污染, 因此受 到环境工作者的广泛关注, 成为酸性矿山废水处理技 术研究的前沿课题。笔者采用 SRB 处理某酸性矿山废 水,处理效果较好, Cu2+ 、Fe3+ 、Zn2+ 、Ni2+ 、Pb2+ 、Cr3+ 的 残余含量分别从 21. 29mg/ L、253. 76 mg/ L、14. 36 mg/ L、 8.103 mg/ L 、9. 071 mg/ L 、1. 395 mg/ L 降低到 0. 0157 mg/ L、9. 76 mg/ L、0. 051 mg/ L、0. 018 mg/ L、0. 00067 mg/ L、0. 0009 mg/ L , 去除率分别为: 99. 58%、80. 77%、98. 22%、98. 89%、99. 96%、99. 68%。残留离子含量非常 小,均达标排放, 处理效果良好。 4 � 结论 随着冶金、化工等产业的日益发展, 人们生活水平 的不断提高,废水的排放必将影响到人类生存环境的 改善,所以解决废水的污染问题已迫在眉睫。然而传 统的处理方法都存在一定的问题。微生物法作为一种 最有前途的处理方法, 具有高效、无二次污染, 处理费 用低等优点。其中, 硫酸盐还原菌处理废水的理论在 国内外处于热点研究探索中 , 又由于硫酸盐还原菌容 易培养等一系列优点,使其在工程上的应用成为可能。 此外,若对硫酸盐还原菌进行工艺上的改进, 如进行固 定化技术, 可以重复利用, 降低成本, 处理废水更具优 势等都可能为它的应用创造更为广阔的前景。 SRB处理废水是很有应用前景的处理方法, 但在 实际应用中还有大量的研究工作需要完成。如 SRB 的 生长规律有待探明, SRB 与生态系中的其他微生物(如 产甲烷菌、产氢产乙酸菌) 之间的相互关系也有待进一 步的研究。 参考文献 [ 1]陈明, 赵永红, 微生物吸附重金属离子的实验研究 [ J] ,南方冶金学院学报, 2001, 22( 3) : 168~ 173 [ 2] K. 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Progress Of The Studies On Disposal Of Wastewater By Sulfate Reducing Bacteria( SRB) ZHU Zhen- xing � WU Shao- lin � ZHANG Ting ( School of Environmental and Chemical Engineering Nanchang Hangkong University , Nanchang , 30063, China) Abstract:Sulfate reducing bacteria ( SRB) is one kind of strict anaerobic bacteria that uses sulfate or other oxidative sulfides as electron - acceptors to catabolize organic materials. Physiological characteristics is introduced in this paper. Application status and research progress of SRB in the treatment of wastewater containing heavy metals, copper acidic wastewater, inorganic and or� ganic compounds are discussed based on the degradation principle of wastes by SRB and the development direction of SRB. Keywopds: sulfate reducing bacteria � copper acidic wastewater � wastewater treatment 21� 2008年 3 月 硫酸盐还原菌( SRB)处理废水的研究进展与现状 � � �