有機(jī)污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化處理
抖化學(xué) / 2022-12-08
有機(jī)污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化處理：水體中存在著大量的各種微生物，它們對水中的有機(jī)物具有很大的氧化分解能力，可利用它來凈化廢水。
根據(jù)微生物對氧氣的好惡，生物處理法可分為好氣性和厭氣性兩大類。好氣性生物法處理廢水時，必須保證廢水中有足夠的氧，因為用來凈化廢水的微生物在游離氧充足的條件下，它氧化分解有機(jī)物的能力最大，從而凈化廢水的效率最高。屬于好氣生物處理的主要有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤和活性污泥法等。厭氣生物法則相反，在處理廢水時要求水中的溶解氧盡量地少。在此條件下厭氣微生物很活躍，它能通過發(fā)酵作用將有機(jī)物逐級分解成CO2和甲烷等。厭氣法主要用于處理污泥，近年來，也用于高濃度有機(jī)廢水處理。
為了有效地進(jìn)行生物處理，必須創(chuàng)造微生物能夠生存繁殖的條件。因此，除開廢水中要含有足夠的氧量和作為微生物食料的有機(jī)物，還必須控制水的pH值(一般在6~9之間)和水溫(20~40℃為適宜)，并提供一些微生物生存所必需的無機(jī)元素，特別是氮和磷。對于好氣生物處理， 下列數(shù)字可以參考:
BOD5 : N : P=100：5: 1
式中N表示總氮，P表示以PO4³-計的磷，BOD5為五天生化耗氧量，它間接表示碳量。如果廢水中氮、磷含量小于這個比例，可通達(dá)投加生活污水或相應(yīng)的化合物(如硫銨、NaH2PO4等) 來補(bǔ)充。
下面我們就常用的幾種方法作一簡介。
(一)生物濾池
這是一種通用高效而可靠的方法之一。在一個裝有濾料(常用礫石、碎石、礦渣、碎瓷環(huán)等)的過濾池中，經(jīng)過沉淀處理的廢水通過布水器，均勻分布至濾池表面。水從表面覆蓋著生物粘膜的濾料中滲濾，最后進(jìn)入池底的集水溝，由排水溝流出池外。生物粘膜層的厚度約為0.1~20mm,它由好氣分層和厭氣分層組成(當(dāng)生物膜較厚時，在靠近濾料處由于氧氣不足生成一薄層厭氣層)如圖3-5所示。在好氣分層中發(fā)生生物好氣過程，即生物膜上的好氣微生物在氧的參與下，以廢水中的有機(jī)物為食料并通過自身的生命活動，將部分有機(jī)物氧化分解為無機(jī)物(CO2及H2O等)，微生物生長活動需要的能量由氧化過程中釋放的能量來補(bǔ)充。另一部分有機(jī)物則用來合成新的粘膜物質(zhì)。圖3-6為有機(jī)物好氣分解示意圖。
厭氣分層中通過厭氣微生物的活動，將部分有機(jī)物分解為有機(jī)酸、甲烷、硫化氫等。這些產(chǎn)物有的不穩(wěn)定，有的有臭味，將影響出水水質(zhì)。當(dāng)生物膜越厚、廢水中有機(jī)物濃度較高時，供給的氧很快被好氣層消耗，厭氣層將愈厚，厭氣產(chǎn)物也愈多，凈化效果也就降低。
生物濾池中，由于微生物的死亡，老化及其它一些因素，生物膜會從濾料表面上剝離下來并隨廢水流出池外。因此，在整工作過程中，生物膜并非不變，而是在不斷更新。也由于這個原因，在生物濾池后要經(jīng)過沉淀池來保證出水水質(zhì)，一般生物濾池凈化水的流程為:
用生物濾池凈化的工業(yè)廢水，主要有粘膠纖維廢水、含酚廢來，煤氣廢水、食品廢水等。
常用的生物濾池的形式為池床式。形狀可為方形、矩形或圓形，池內(nèi)所填裝的濾料對濾池的工作影響很大，因為起主要作用的微生物就被覆蓋在濾料的表面。例如濾料顆粒較小,其表面積較大，對微生物的繁殖有利，但會減小濾料顆粒間的空隙，影響通風(fēng)，抑制生物膜的生長。長期以來，都用碎石、爐渣等作濾料。
近年來開始改用波紋形塑料板粘合在一起，或用多孔篩狀板作濾料，其優(yōu)點(diǎn)可使濾料的表面積和空隙都得到改善，從而提高濾池的處理能力。由于塑料質(zhì)輕，也為改變生物濾池的結(jié)構(gòu)形式創(chuàng)造了條件----把濾池由平地上占地面積大的池床式改成直徑小，高度大的塔式結(jié)構(gòu)。
(二)生物轉(zhuǎn)盤
生物轉(zhuǎn)盤又稱浸沒式生物濾池，其工作原理與生物濾池相同。它是將一排塑料圓盤平行架設(shè)在一個中心旋轉(zhuǎn)軸上，組成一個轉(zhuǎn)盤直徑約2~3m。轉(zhuǎn)盤裝在充滿廢水的水池中，盤上粘附一層生物膜。圓盤的一部分浸沒在水中，盤上的生物膜從廢水中順附有機(jī)物而獲得營養(yǎng)進(jìn)行生物分解，隨著盤的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)出水面的生物膜則從大氣中吸收所需的氧氣。如此反復(fù)循環(huán)，可使廢水中的有機(jī)物在好氣微生物作用下得到氧化分解(見圖3-8)。運(yùn)行過程中圓盤上的生物膜也會不斷自行脫落，因此在生物轉(zhuǎn)盤也應(yīng)設(shè)一個沉淀池。
生物轉(zhuǎn)盤上的生物膜能周期性地交替運(yùn)動于空氣和廢水之間，微生物能直接從大氣中吸收氧，使生化過程更有利地進(jìn)行轉(zhuǎn)盤上生物膜的表面積大，不會產(chǎn)生因濾料堵塞而造成通風(fēng)不產(chǎn)生厭氣層生物膜。廢水與生物膜接觸時間也較生物濾池長，因而處理容量高，可用于處理高濃度的有機(jī)廢水。目前此法常用水量較少的廢水處理，因為，當(dāng)處理水量很大時，需要很多轉(zhuǎn)盤，使投資及運(yùn)行費(fèi)用也增加。
(三)活性污泥法
生物濾池法雖然出水水質(zhì)好，操作管理也方便，但有處理能力低、占地多、衛(wèi)生條件差等缺點(diǎn)。在增加水中溶解氧來提高處理能力的基礎(chǔ)上發(fā)展出活性污泥法?；钚晕勰喾ㄔ谔幚?a href="http://f670.cn/goods.php?id=271">甲醛廢水電鍍含氰廢水、煉油廢水以及殺蟲劑與殺菌劑生產(chǎn)廢水等方面取得了良好效果，目前被認(rèn)為是最有效的生物氧化處理法。
當(dāng)水中有充足的氧及有機(jī)物時，存在于水中的微生物將大量地繁殖。經(jīng)過一段時間后，就會產(chǎn)生褐色的絮化物(微生物絮凝體)，稱為活性污泥(俗稱泥粒)，它實際上是大量微生物活凝聚的結(jié)果。在活性污泥中除了含有大量好氣微生物，還有一些無機(jī)物和分解中的有機(jī)物(微生物和有機(jī)物占全部活性污泥的70%以上)?；钚晕勰喑誓z狀絮凝體，有很大的表面積，從而有很強(qiáng)的吸附和氧化分解有機(jī)物的能力。活性污泥法就是以活性污泥為主的廢水處理法。用此法處理廢水的簡單流程為:
運(yùn)行時先在曝氣池內(nèi)注入含有適當(dāng)比例的營養(yǎng)物質(zhì)的澄清廢水。經(jīng)過一定時間的曝氣后，水中各種好氣微生物以廢污水中有機(jī)物為食料而增殖。隨著曝氣時的攬拌、混合作用，使微生物和有機(jī)性;無機(jī)性的懸浮顆粒產(chǎn)生凝聚生成活性污泥?；钚晕勰嘈纬珊蠹纯蛇B續(xù)運(yùn)行，將經(jīng)過沉淀池除去某些大懸浮物、符合生物處理要求的廢水不斷引入曝氣池，將曝氣后的活性污泥與廢水的混合物不斷排收到二級沉淀池中，沉淀下來的活性污泥則回流再使用。在正常運(yùn)行條件下，由于微生物不斷地新陳代謝，活性污泥量不斷地增加。在運(yùn)行初期這種積累是必要的。當(dāng)活性污泥達(dá)到一定數(shù)量后，就要排除一部分余的污泥。
活性污泥法的正常運(yùn)行除要培養(yǎng)出高活性的活性污泥外，還必須供應(yīng)充足的氧氣，一般通過鼓風(fēng)曝氣法(引入壓縮空氣)或機(jī)械曝氣法(機(jī)械攪拌)來達(dá)到這一目的。曝氣除供給活性污泥所需的空氣外，還能使活性污泥維持懸浮狀態(tài)，使它能與廢水充分混合，盡量發(fā)揮活性污泥的凈化效能。
鼓風(fēng)曝氣法中(因氧在水中溶解度小)，壓縮空氣主要用來維持幫性污泥于懸浮狀態(tài)，且壓縮空氣的出氣孔易于堵塞。為了節(jié)省費(fèi)用常用機(jī)械曝氣法，它是利用裝在曝氣池中轉(zhuǎn)動的葉輪劇烈地攪動廢水，使空氣中氧溶于水中。如果葉輪裝置在水面上稱“表面曝氣”。采用葉輪曝氣時，常用曝氣與沉淀在一起的氣沉淀池如圖3-10所示。
(四)厭氧消化法
這屬于厭氣生物處理法，它是在密閉器室內(nèi)，利用厭氣微物將有機(jī)物氧化分解為二氧化碳、沼氣及其它無毒物，此消化道比好氣生物過程緩慢得多。有機(jī)物的厭氣分解的簡單過程如下
此過程主要分兩個階段: 酸性發(fā)酵階段和甲烷發(fā)酵階段。在酸發(fā)酵階段主要是水解菌起作用，它攝取水中有機(jī)物把它們轉(zhuǎn)化有機(jī)酸、醇、CO2和硫化氫等，由于產(chǎn)生有機(jī)酸使體系pH值下降，因而稱酸性發(fā)酵。第二階段主要是甲烷菌起作用，把第一階段產(chǎn)生的酸和醇轉(zhuǎn)化成CO2和甲烷，此過程速度較慢，它控制著整個厭氣消化法處理的速度。由于處理過程中有硫化氫生成，因而廢水有臭氣，又常有硫化鐵存在，而使廢水呈黑色。厭氣消化法處理的對象主要是生活污水沉淀和糞便，因而又稱污泥消化
法。近年來對于高濃度的有機(jī)廢水，如肉類加工廢水、牛奶制品廢水，造紙廢水等(其五天生化需氧量大于50~100g·L-1,可先用厭氣法處理，再用好氣法處理，這可減輕好氣處理法的負(fù)擔(dān)，從而降低費(fèi)用。圖3-11為厭氣消化法凈化有機(jī)廢水的流程示意圖。
待凈化的有機(jī)廢水先進(jìn)入沉淀池，有時根據(jù)需要對廢水加以預(yù)熱(加速厭氣細(xì)菌的活動)后再送入?yún)挌庀?。消化池?nèi)由消化用產(chǎn)生的CO2、沼氣等氣體排出(一般含CH470~85%，最低50%可用來作燃料)，廢水則進(jìn)入分離池，經(jīng)沉淀除去污泥等懸浮物后印可排放。
影響厭氣消化法效果的因素很多，值得仔細(xì)研究如溫度:據(jù)資料介紹，厭氣消化有兩個最適溫度區(qū):稱為中溫消化的溫度是34~36℃左右， 高溫消化的溫度為50 ~53℃左右,而在40~45℃范圍內(nèi)消化速度反而慢。這一現(xiàn)象說明厭氣消化效應(yīng)并不隨溫度增高而連續(xù)提高。這可能由于甲烷菌并非是同一類細(xì)菌，它們有各自的活動適宜溫度區(qū)。高溫消化的消化期短(5~10d)，較經(jīng)濟(jì)，(對1000m³消化池來說消化量約6~7t·d-1,產(chǎn)氣量3000~4000m³·d-1),對于有余熱可以利用的工廠宜于采用。溫消化的時間長(20~35d)且效率也沒有高溫的高。在處理
過程中溫度變化范圍約土1.5~2℃。當(dāng)有5℃以上變化時對產(chǎn)氣影響很大。
攪拌:與好氣消化法一樣，菌體與污染物充分接觸才能加速消化進(jìn)程，所以消化過程中要經(jīng)常加以充分的攪拌。如一個消化池需要30天才能完成，加上攪拌可使消化期縮短到10~15天。攪拌方法有用葉輪、泵的機(jī)械法及用消化液循環(huán)攪拌法以及借消化
循環(huán)的消化氣攪拌法。
廢水的C/N比(廢水中的碳與氮的含量比):有資料報道，當(dāng)有機(jī)物C/N=10~20:1時，處理效果最好。含氮量太低，細(xì)菌增殖和生活所需要的營養(yǎng)成分不足，影響消化效果;含氮量過多，會使消化液pH值上升(最佳pH值7~7.2)，使第二階段的消化過程減慢而影響產(chǎn)氣。
pH值以堿度來表示，一般保持在2000mg·L-1以上，消化順利進(jìn)行，如pH值太低時，可加入石灰來提高。另外，消化如含有抑制細(xì)菌酶生長的物質(zhì)，如重金屬(銅、鋅、鎳、鎘、鉻等)、及硫酸根等，它們能降低消化速度，稱為消化抑制物質(zhì)。
總之，生物法處理廢水其主要對象是廢水中的有機(jī)物，不過某些微生物也能氧化分解某些有毒無機(jī)物，如氰化物或無機(jī)氧化物。因此，目前國內(nèi)外也在開展這方面的研究和試驗工作。
.jpg "有機(jī)物的好氣分解圖")
.jpg "生物濾池凈化水流程示意圖")
.jpg "生物轉(zhuǎn)盤示意圖")
.jpg "活性污泥法凈水流程示意圖")
.jpg "方形曝氣沉淀池")
.jpg "有機(jī)物")
.jpg "厭氣消化法凈水流程示意圖")
閩ICP備15011996號-4
|
閩公網(wǎng)安備35040002000218號
|
