國外化工廢水厭氧生物處理技術的新進展

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北極星水處理網訊:化工廢水中常含有難生物降解的或對微生物有毒害的有機汙 染物 , 對這一 大類的工業廢水如何進行高效的生物處理 , 一直是環境工程界和微生物學者所關注的一個難題 。近 二十 年來 , 厭氧生物處理技術在食品 、發酵等行業的有機廢水處理中得到廣泛的應用 。 由於該技術的長處逐漸被人們所認識 , 故而成為 當今廢水處理技術的研究熱點 。八十年代之後 , 各國研究人員開始探索將該技術應用於石油化工等難生物降解 和有毒廢水的處理 。在義大利波羅尼亞召開 的第五屆國際厭氧消化會議上 , 曾將這一領域 的研究作為 一 個討論專題 , 這 展示 了國外厭氧處理技術在化工廢水處理中應用 的新進展 。本文根 據有關文獻 , 對難生物降解物的厭氧降解 、化工廢水厭氧處理 , 以及化工廢水厭氧處理毒性問題作一綜述 。

一 、 難降解有機汙染物的厭氧降解性

化工廢 水 中的各種 滷代碳氫化合物 , 雜 環 的芳香烴及其衍生物 , 大多屬 於難生 物降 解物 , 其原 因是 由於 本身結構對 降解 有抗性 , 環境 因素 、 , 生 物本身適應性差或遺傳信息 的缺 乏等方面造 成 。 直至七十年代 , 對這些 有機汙染物 降解性 的研究 , 仍集 中在好氧條件下進行 。 盡 管氯代碳氫化查物 的厭氧脫氯作用在 年就 已 發現 , 但並 未 引起人們 的注意 。 近 十幾年的 研究得 到這 樣 的結論 在 產 甲烷條件下 , 厭 氧微生物能進行某些好氧微生物所不能進行 的降解作用 。 至今仍未發現好氧微生物能 代 謝氯仿 、 三氯 乙烷 、 四氯 乙烷 等 滷代烴類化 合物 , 但 已發現厭氧脫氯作用 。 在好氧條件 下 , 氯 代芳香族化合 物趨於 聚合 , 構成對 降 解 的抗性 。 因此 , 去除氯代碳氫化合物是相 當困 難 的 。

目前 , 對 氯代芳香族化合物 的厭氧 降解 已 作 了廣 泛 的研究 , 其結果見表 。

從眾多 的研究結果來看 , 在厭 氧產 甲烷 條件下 , 大多數氯代芳香族或脂肪族化合 物 可發生 降解 , 乏一 、 百的存在使氯酚 、 氯 代 乙烷 、 氯 苯 的還原 性脫氯 受 阻 。 脫氯 的方 式 , 如五 氯酚 , 在經過 馴化 的厭氧汙泥 作用 下 , 首 先是鄰位 、 再對 位 、 最後 是 間 位脫 氯 。 但氯苯 甲酸一般只在 間位進 行脫 氯 。 氯代碳氫化合物還原脫氯後 , 形成 較 易 降解 的 中間體 , 有些 中間體 可在厭氧 條件下 進一步礦 化 或 完 全礦 化 為 、 見 表 , 如 , 一 二氯苯 甲酸 , 脫氯後 形成苯 甲 酸 , 最後 可分解為 。、 。 還 有一 些 中 間體 則不 能進一 步厭氧轉化 , 但可在好氧條 件下迅 速降解 姐 四 氯 乙烯 的脫氯 中間體 。

據此 , 對含不 同化合 物 的化工廢水 , 應採 取 最適宜 的處理工 藝 , 如厭氧 或厭 氧一好氧聯 合 , 來 達到最佳的處理效果 。

具 有單環苯衍生物或化合物 的 同類芳香族化合物的厭氧降解性 的研究 , 大 多集 中於 經基苯和苯 甲酸 等化 合物 。 它 們可 在光 合 型 、 硝 酸鹽還原 型 、 硫酸鹽還 原 型與產 甲烷 型四 種厭氧條件下 被降解 。 由 已 有的研究結果 發現 , 產甲烷條件下 的厭氧降解速率低於 光合 型 、 硝酸鹽還原型 的降解速率 見 表 。

另 外 , 產 甲烷細 菌利用 的基 質譜很狹 , 經化 同類 芳香族化合物不能被它們直接利用 , 其 完 全礦化必 須在混合種群下進 行 , 即有互養 關係存在 , 才可使反應體系趨 向於熱力學 有 利 的水平 △ 。 染料 、 煤氣化與石 油化工廢水 中的雜環 芳香族化合 物 的厭氧降解研 究 , 也 有一 些報 道 。 具 有代表性 的偶氮染料 , 在厭氧條件下可 以使一 一 一鍵還 原斷裂 。 等用 厭氧河 泥來降解濃度為 一 毫克 升 的毗 吮。 此 外也有 叫噪 、 喃吹 、 嘿嶺 、 三嗦 、 吠喃類衍生物的 厭 氧 降解的研究報導 。

總之 , 厭氧消化對某些難生物降解的化 合 物 的預處理可能是極為重 要的一條途徑 。 厭 氧消化在處理這 些難生物降解化工廢水 的 開發應用 , 顯然具 有重 要的價值 。

上述結果表明 , 膨脹床可穩 定地處 理 有毒的化工廢水 , 對廢水 中的各種 酚可 有 效地 去除 。 此 外 , 研究 中心 的 川 和 等認為 , 在處理 含有機毒物 的廢水 時 , 是必 要的 , 它能起吸附作用 , 並使微生 物量增加 , 從 而提 高反應器 的運行性能 。 記 在處理 石油煉製廠 的酸性廢 水 時得到如 下 的 研究結果 在 反應 器 中 , 、 酚的 去除率分別達到 了 、 , 出水 中鄰一 甲 酚與對一 甲酚的含量小於 毫克 升 , 但在無反應器 中 , 去除率僅為。 該研究 中心 的 也 ,曾用 膨 脹 床 連 續運行 天 , 進水 中酚含量 分別為 、 幾 、 、 毫克 升 , 在穩 定狀態 下苯 酚 的去除 率 達 到 。 當 表 面 負 荷 在 一 毫 克 釐米 · 日時 , 酚 的 去除率可 達到 。 從 衡算結果看 出 , 苯酚 的去除 主 要是 依靠生 物降解這 一 途 徑來實現 的。

二 、 國外化工廢水的厭氧處理

1、美國

早在 年 , 『魂 , 等就 開發 了厭 氧 流化床反應器 , 用來處理化工廢水 , 在進 水 克 升 、 容積負荷 一 公 斤 米 「 · 日條件下 , 去除率達到 一 。 近幾 年來 , 伊利諾斯 大學 高級 環境控制 研 究 中心 的 教授所 領導 的 研 究小組 一直 在研究 有毒化工廢水 的厭氧處理技 術 。 他 們用 粒狀 活性炭 厭氧膨脹床處理 煤氣化廢水 、 煉焦廢 水 、 油漆汽提廢 水 、 石 油煉製汽提塔底 的酸性廢水 , 並獲得成功 。 表 是 厭氧膨脹床處 理煤氣化 廢水 的結 果。

2、 聯邦德國

在第五屆 國 際厭氧消化會 議上 , 、 大學 兩位研究 者 習 和 報 導 了石 油化 工廢 水厭氧處理 的研究 工 作。 實 驗 裝 置為 升上 流 式循 環 固 定膜 反 應器 , 內裝多孔 的 粘 土 作載休 , 用來 處理 西德 一 家生 產 乙烯 、 丙烯 的石油煉 制廠廢 水 。 這種廢 水含苯酚 、 脂肪 酸 、 芳香 烴類化合物 。 實驗 時 , 用 已 馴 化 的厭氧汙泥作接 種 物 。 在 水 力停 留 時間 丈 為 天 時 , 去除 率為 , 出水 中苯 酚濃度可達 到 。 當苯酚負荷為 公 斤 米 苯 甲酚負荷為 公 斤 米 「 。 日 時 , 連續運 行 天 , 其去 除率 幾乎 達到 了 飛 。 他們 已 成功地 用厭氧 消化 技 術來處 理 石 油 、 焦炭 等工廠 所排放 的工業廢水 。

3、法國

SGN公 司 已應用 厭氧技術來 處理食品工 業廢水 。 八十 年代 中期該公司開 始轉 向於化 工廢水厭氧處理技術的研究與開發 , 這項研 究 工作曾 得到 法 國 化工 廠 的支持與合 作 。 在 米 中試裝 置 的研究 基礎上 , 投 資 萬法 郎 , 開發 了規 模為 米 「 的工業化下 流式 固 定 膜厭氧裝置 。 以厭氧一 好氧生物聯 合處理 工藝來 處理 化工廠 的工業廢水 。 這種廢水 的成分 以短鏈 脂肪 酸為主 , 高達 一 克 升 , 為 一 。 該 處理系統 日處理量為 米 「 , 厭氧 去 除 。噸 年 , 去除率 , 沼 『 氣產 量 標米 日 。 圖 為 固 定膜 厭 氧處理工藝 。 表 是 , 厭氧一 好 氧 生 物工 藝 的運 行狀況 。

4、義大利

據 的調查表 明 川 , 在義大利 應用 厭氧處理化工廢 水還 不廣 泛 , 研究 資 料不 多 。 和 兩位研究人 員 曾 用 聚烯 烴 、 制 藥 、 聚 丙烯 樹脂 、 染 料 、 色 素 、 石油化工生產過程 中產生 的幾種廢水進 行厭氧處理可行性試驗 。 應用上 流式厭氧濾 器 和厭氧汙泥床反應 器進 行連 續運 行 , 在 一 小 時 , 容積 負荷 。 一 功公萬 米 「 · 日 的條 件下 , 可 有 效地 處 理石油化工 、 聚丙烯樹脂 、 製藥廠 等五種工 業廢 水 , 其 去除率可達到 一 , 產 甲烷量為 一 標米丫公斤 。 對於染料 , 色素工業廢水 的厭氧處理 , 沒有獲得 使人滿意 的研究結果

5、 其它國家

在 國際厭氧 消化會議上 , 捷 克斯 洛伐 克 的 等報導了丙烯 酸 生 產 廢 水 厭 氧處理 的效果。 南斯 拉夫的 等人 提 出了兼 性好氧微生物對 含纖 維素廢 水 , 含 抗生素 、 季胺鹽 的製藥廢水 , 以及含禁磺酸 衍生物 的化工廢 水進行預處理 , 對廢 水 中難 生物 降解 有機汙染物先作解毒及生 物轉化 , 這樣 有利 於進一 步 的厭氧處理 。

三 、 化工廢水厭氧處理的毒性問題

對於化 工廢 水 的 厭氧 生 物 處 理 , 除 、 有機負荷會影響 其處 理 性能 外 , 毒 物類 型及含量也會影響運行過程 的穩 定性及 處理效 果 。 有機毒物不 同 , 抑制 的水平 有 高 有低 見表 。 已 有許多研究證實 , 有機毒 物 主要是對 產 甲烷過程 有影 響 。 例如 等觀察到 一 毫克 升 陰 離子 洗滌 劑 十二烷基 苯磺 酸鹽 抑制產 甲烷過程 , 導 致—丙 酸 、 異戊酸 、 異丁 酸 的積 累 『 , 。 等 研究表明 , 經酚化合物只 對產 甲烷階段起抑 製作用 , 而不會 抑制產酸過 程 』 。在分批式血清 瓶 中研究 了氯仿 、 澳 乙烷磺酸 、 三氯 乙 酸 、 甲醛 四 種 有 機毒物對厭氧過程 的影響 。 試驗結 果表明 , 氯仿濃度大 於 毫克 升 、 毫摩 爾 、 。毫克 升時 , 可使產 甲烷 作用 受到 抑 制 甲醛 濃度 高達 毫克 升時 , 有一 些 抑制作用 , 但在 小 時 內產 甲烷作用 即可恢 復 。 對 產 甲烷作用 抑制 的 同時 , 伴 隨著氣相 和液相揮發 性脂 肪酸 積 累 , 為此 提 出了 用 汾壓來 預測厭氧過 程 的 毒害 過程 。 與 上述 幾例相反 的是 , 苯酚 在 濃 度 高 達 毫克 升 時 , 會 抑制苯 酚降 解菌 , 而不 抑制產 甲烷細菌 廠 。

有機毒物 的抑制作用大小還 與微生物存在 的狀態 有關 。 如 等報 褂… 道 , 丙 烯 酸濃度為 克 升 時 , 即可 抑制 懸浮生長 的產 甲烷系統 的 產 甲烷過程 而 當丙烯 酸濃度為 一 克 升 時 , 厭氧 生物 膜反應 器還能正常運行 , 其 去除率 較高 。 等研究 了幾種 有機 毒物在生 物膜厭 氧濾器 與靜態血清瓶 中的 去除率 , 能更清楚地 說明這一問題 見表 。

除 有機毒物外 , 重金屬 的抑制作用也是 不可忽視的 。 這方面 , 已作 了 詳細述評。 從機理上來說 , 有機毒物的抑制作用可 用競爭 性抑 制與 非競 爭 性 抑制 來解釋 。 如 對產 甲烷過程所發生抑制效 應 , 就 是 因 為 是輔酶 的類 同 物 , 可通過 甲基還原酶系統 的競爭抑制 甲 基一 的還 原 , 使 乙酸 、 和 仇形成 的過程不能 完成 。

為 了消除有機毒物對厭氧過程 , 特 別是 產 甲烷過程 的影響 , 採用 如下幾種 方法作為 預 處理措施：

1、微生物的馭化

過去一直認為產 甲烷菌對有機毒物 的敏 感 性遠遠大於 其 它 細菌 , 但在 足夠 的時間 內 , 對很多 有機毒物 , 產 甲烷菌 有佼強 的適 應能力 , 故處理 有機化工廢 水 , 一 般都應用 馴 化 的方法來提 高厭氧微生 物對有機物 的降 解能力及處理效果 。

2、廢水稀釋

稀釋廢 水 時 , 使有機毒物 的濃度低於其 抑制厭氧微生物 的臨界濃度值 , 但 要防止過 度稀釋 而 引起產 甲烷過程 的負效應 。

3、廢水解毒

可採用 化學 的拮抗 、 沉澱 、 不溶 性絡合 物 的形成 、 過濾 、 臭氧氧化 , 以及生物 酸化 等預處理 , 以便提高後 繼厭氧處理 的效率 。

4、應用高效生物膜反應器

由於 反應器 中的生 物膜具 有保 護某 些敏 感細菌能力 , 同時膜 內的各種微生物存在可 為降解有機毒物提供更好 的生物體系 與微環 境 。 綜上所述 , 對於分解難生物 降解 的有機 汙 染物與 高效處理 有關化工廢水來 說 , 厭氧 生物處理技 術是一 項具 有潛在應用 前景的新 技術 。 今後 如果能更 有效地 評 價化工廢水的厭氧降解性 , 積極應用 、 開 發高效 的厭氧生 物膜反應器 , 緩 衝有機毒物 的毒 害作用 , 那 麼 , 厭氧生 物技 術在化工廢水 處理 中的應用 必將 更加 廣泛 。

原標題:國外化工廢水厭氧生物處理技術的新進展

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