微生物对有机废水的处理研究论文

1、污水除油的必要性随着经济发展和人们生活水平的提高，城市污水的水质也在发生着变化，污水中动植物油及矿物油等油类物质逐渐增多。据有关资料报道，到2000年，我国已建成并投入运行的城市污水处理厂约180座，设计处理能力达到1050×104ｍ3 /ｄ，其中二级生化处理能力约750×10 4ｍ3 /ｄ，这些污水处理厂大多存在着油类物质的污染问题[1]；尤其是一些中小城镇的污水处理厂，由于其水量较小，水质波动较大，在用水高峰期，大量餐饮污水进入处理厂，对污水处理厂的正常运行产生严重影响。以西南科技大学污水处理厂为例，该厂占地20亩，日处理能力1×104m3/d，服务人口30000人左右，采用改进型三沟式氧化沟工艺。该污水处理厂在设计过程中没有考虑进水中的油类物质，但自2003年5月运行以来，发现进水中油类物质逐渐增多，尤其是学校教师公寓和两个学生食堂完工以后，其状况更加严重。在过去的三年间，每到冬季，油类物质覆盖整个氧化沟表面，严重影响了氧化沟的充氧效率和出水水质状况，对进水中油类物质的测定发现其含量在86mg/L～420mg/L之间，其中夏季进水中油的平均含量为120mg/L，冬季为210mg/L。2 污水的除油方法分析目前，国内外对含油污水治理的研究方法主要有以下三类：化学处理法、物理处理法和生化处理法。化学处理法主要包括化学混凝法、化学沉淀法、催化氧化法及各种方法的结合运用；物理处理法包括离心分离法、过滤和超过滤法、澄清法和气浮法；生化法包括生物接触氧化法、生物转盘法、活性污泥法等[2]。 化学处理法化学处理法主要指投加一定的化学物质，使其与水中的油类物质发生絮凝、沉淀或催化氧化等反应，达到将油类物质从水中去除的目的。目前，在污水的除油过程中，化学法的研究主要集中在新型的絮凝剂的开发方面[3~8]。絮凝剂主要包括无机和有机絮凝剂，在无机絮凝剂方面，大庆石化总厂炼油厂曾对铁盐在炼油污水处理中的应用进行了研究[3]，认为在浮选投加复合聚合铝铁，在浮选除油的同时还具有除硫作用。有机絮凝剂主要包括非离子、阴离子、阳离子、两性离子有机聚合物等类型，由于分子量大，吸附悬浮物及胶质能力强，形成的絮体尺寸大，沉降快，用量少，且产生的污泥量少，易脱水，对处理水不产生负面影响，近年来备受青睐。在其应用方面，已经批量生产的主要是聚丙烯酰胺（PAM）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）和曼尼期反应的阳离子聚丙烯酰胺。在对有机絮凝剂的研究方面，唐善法等人利用丙稀酰胺与二甲基二烯丙基氯化铵、烷基二甲基烯丙基氯化铵进行多元共聚对聚丙烯酰胺进行阳离子化和疏水改性而合成的JH系列絮凝剂具有良好的絮凝除浊、破乳除油和去除有机物的能力[4]；段宏伟等人利用改性环乙环丙阳离子聚醚等合成的RD－1反相破乳剂对污水中油类的去除具有较好的效果[5]；除此之外，还有对二硫代氨基甲酸盐等絮凝剂的研究[6~8]。近几年，污水除油方法在能量化学领域也有研究[9~12]，如磁化学技术的研究[9~11]，废水中的浮油或分散油可使用被服油膜磁粉法和油层悬浮磁粉过滤法来处理。前者是用一些化学物质对磁性颗粒进行表面处理，使其表面被服一层亲油和疏水性物质的薄膜，磁种吸附油后，用磁场回收磁种即可除油；后者是利用吸附油膜的磁粉，或吸附油的磁种层来过滤油，通过磁场来固定滤层，为增加滤层与污水中油珠的碰撞，可使用交变磁场。另外，在电化学方面[11,12]，可运用直接电解、间接电解、电化学吸附与脱附等方法对污水进行除油。 物理处理法物理处理法是污水除油系统中应用最多的一类方法，其核心思想是采用物理的方法达到油水的分离。在污水的除油过程中，物理法的研究主要集中在油水分离器的研究开发，其中包括浮选技术及浮选器、旋流技术及旋流器、膜技术及膜器等方面。 浮选技术浮选净化技术是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理新技术[13~15]。浮选除油就是在水中通入空气或其它气体产生微细气泡，使水中的一些细小悬浮油珠及固体颗粒附着在气泡上，随气泡一起上浮到水面形成浮渣，从而完成固、液分离的一种新的除油方法。根据在于水中形成气泡的方式和气泡大小的差异，浮选处理法大体上可分为四大类，即溶气浮选法、诱导浮选法、电解浮选法和化学浮选法，其详细分类及每种方法的优缺点如表1所示。表1浮选处理方法的分类方法名称具体方法浮选成因主要优点主要缺点溶气浮选法加压溶气浮选法 真空浮选法在加压下，使气体溶解于污水，又在常压下释放出气体，产生微小气泡。在减压下，使溶解于水中的气体释放出来，产生微小气泡。气泡的尺寸小、均匀、操作稳定、设备简单、管理维修方便、除油率高上浮稳定、絮凝体破坏可能性小、能耗小流程较复杂、停留时间长、设备庞大、操作麻烦 溶气量小、操作及结构复杂诱导浮选法机械鼓气浮选法叶轮浮选法 射流浮选法让气体通过无数个微小的孔隙或缝隙，产生微小气泡。叶轮转动产生负压吸入气体，并依靠其剪切力使吸入气体变成小气泡。依靠水射器的作用使污水中产生微小气泡能耗小、浮选室结构简单。 溶气量大、停留时间短、处理速度高于溶气浮选工艺、除油效率高、设备造价低、耐冲击负荷。噪声小、工艺简单、总体能耗低、产生气泡小、除油效率好于叶轮式需投加表面活性剂才能形成微小气泡、使用范围受限、微孔易堵。浮选中必须添加浮选助剂、气泡大小不均匀、可能产生些无效气泡、制造维修麻烦。水射器要求高电解浮选法电解浮选法电絮凝浮选法选用惰性电极，使污水电解产生微小气泡。选用可溶性电极（Fe、Al等）在阳极上产生微小气泡，在阴极上有混凝作用的离子气泡小、除油率高。 气泡小、浮选与絮凝同时进行、除油率高极板损耗大、运行费用高。 同上化学浮选法化学浮选法依靠物质之间的化学反应，产生微小气泡（生成CO2，O2）。设备投资低、气泡量易于控制、尤适用于悬浮物含量高的污水污泥量增加、劳动强度大。 旋流技术水力旋流器是利用油水的密度差，在液流高度旋转时受到不等离心力的作用而实现油水分离的。含油污水切向进入圆筒涡旋段，并沿旋流管轴向螺旋态流动。在同心缩径段，由于圆锥截面的收缩，使流体增速，并促使已形成的螺旋流态向前流动，由于油和水的密度差，使水沿着管壁旋转，而油珠移向中心。流体进入细锥段，截面不断缩小，流速继续增大，小油珠继续移到中心汇成油芯。流体进入平行尾段，由于流体恒速流动，对上段产生一定的回压，使低压油芯向溢流口排出，而水则从净水出口排出。其工作原理见图1。图1 水力旋流器的工作原理示意图国外水力旋流除油研究始于1967年，经过多年的科学研究和工程应用，现已进入重大技术发展阶段。目前，美国 Conoco公司、Krebs公司、Kvanemer公司、Mpe公司、Amoco公司，澳大利亚 BWN Vortoil 公司，瑞典 ALFALAVAL公司都开始生产油水旋流分离器。国内许多研究单位和企业也先后开展了水力旋流器的研制工作，如西安交通大学、西南石油学院、四川大学、大庆石油学院、大连理工大学、江汉石油机械研究所、河南石油勘探局设计院、胜利油田设计院、大港油田设计院、江都环保器材厂、沈阳新阳机器制造厂等单位[16~22]。 膜技术膜处理技术是最近兴起的一项污水除油的新技术[22,23]，其核心思想是利用半透膜作选择障碍层，允许某些组分透过而保留混合物中的其他组分从而达到分离目的的技术总称。它具有设备简单、操作方便、无相变、无化学变化、处理效率高和节能等优点，已作为一种单元操作在污水除油过程中日益受到人们的重视。在膜技术的研究应用方面，天津天膜技术工程公司曾采用中空纤维超滤膜对含油污水进行处理研究[23]，表明中空纤维超滤膜用于处理经过预处理的含油量较低的污水较为理想，而对未经过处理的含油量高的污水除油除浊效果较好；中国计量科学研究院利用一种破乳功能膜处理含油污水，取得较好效果[24]。但在膜技术应用中，都不同程度的存在膜的清洗问题。 生化处理法生化处理是利用水中的微生物处理污水中的有机污染物的一种工艺，现有的污水处理厂的生物处理单元，对污水中的油类物质有部分去除效率，但去除率较低。目前生物技术在污水除油中的应用主要集中在筛选优化、培养和驯化嗜油微生物菌种。新疆环境监测中心通过利用餐饮服务业的含油污水培养筛选出28株具有较强除油能力的菌种进行研究，发现将其回接污水后，平均除油率达68%，其优选菌种回接污水24ｈ后的除油率达90 %，而同批污水自然存放10ｄ后的除油率仅为29%。采用选培优良菌种集中快速处理，可以显著提高此类污水的处理效率[25]。3 除油方案探讨针对西科大污水厂的油类物质，2003年～2005年冬季我们曾采用水力冲刷氧化沟表面和在沉砂池前投加石灰的方法进行实验。水力冲刷虽然可以暂时使氧化沟表面的油类物质吸附在污泥表面沉淀下来，但在下一个运行阶段油类物质会重新布满池面；沉砂池前投加石灰可以减少氧化沟中的油污，但石灰同时会对部分微生物产生抑止，其产生的沉淀物质在沉砂池中很难沉淀下来，带到氧化沟后容易堵塞沟中微孔曝气器，因此投加量受到限制，而其他的絮凝剂有存在价格偏高的问题。为了暂时避免氧化沟的缺氧问题，我们将氧化沟出水堰的挡板去掉，使漂浮的油污随出水进入接触池，在接触池的起端清捞。可以说上述的措施并未达到理想的除油目的。在选择除油方案时，我们也考虑了水力旋流器等物理方法，但由于其细格栅和沉砂池之间的空间限制以及昂贵的能耗费用和分离出来的油类的去向等问题的困扰，故未能采用。由于西科大污水厂的油类的来源较为单一，我们考虑在两个学生食堂外的设置隔油池，分离出来的油污和食堂的潲水一起集中处理；同时在污水厂氧化沟中培养驯化嗜油微生物，通过微生物技术对其余的油类进行处理，从而达到节约费用，提高除油效率的目的。4 结论 污水处理厂除油的方法很多，目前在化学、物理及生化处理方法方面均有研究应用。 中小城镇的污水处理厂由于存在资金困难等因素，在设计过程中往往没有考虑除油设施，而运行中油类的污染又直接影响其处理效果，因此其除油措施的实施必须结合各厂的具体情况。 对于油类物质来源比较单一的城镇污水处理厂，从源头治理会起到简单、经济和实用的效果。 微生物技术作为一种新兴的技术，在污水除油领域的研究应用正在不断深化，筛选优化、培养和驯化嗜油微生物菌种对于中小型污水处理厂的除油具有节能、高效等优点。

可以从这个角度来写，制作饮料时我们需植物的果实，植物细胞细胞壁的成分是纤维素和果胶，能分解纤维素的微生物就能分解果肉细胞的纤维素，从而提高果汁的产量。

废水生物处理法

随着工业的发展，污水成分已愈来愈复杂。某些难降解的有机物质和有毒物质，需要运用微生物的方法进行处理，污水具备微生物生长和繁殖的条件，因而微生物能从污水中获取养分，同时降解和利用有害物质，从而使污水得到净化。废水生物处理是利用微生物的生命活动，对废水中呈溶解态或胶体状态的有机污染物降解作用，从而使废水得到净化的一种处理方法。废水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。

定义

利用微生物的代谢作用除去废水中有机污染物的一种方法，亦称废水生物化学处理法，简称废水生化法。由于传统治理方法有成本高、操作复杂、对于大流量低浓度的有害污染难处理等缺点，经过多年的探索和研究，生物治理技术日益受到人们的重视。随着耐重金属毒性微生物的研究进展，采用生物技术处理电镀重金属废水呈现蓬勃发展势头，根据生物去除重金属离子的机理不同可分为生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法以及植物修复法。

特点

1、用生物方法去除有机物最经济；

2、90%废水处理工艺属于生物处理工艺；

3、水中氨氮用生物处理方法去除最有效；

4、绝大多数工业废水也是以生物处理方法为主

分类

生物化学法

生物化学法指通过微生物处理含重金属废水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法。该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成H2S，废水中的重金属离子可以和所产生的H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除，同时H2SO4的还原作用可将SO42-转化为S2-而使废水的pH值升高。因许多重金属离子氢氧化物的离子积很小而沉淀。有关研究表明，生物化学法处理含Cr6+浓度为30—40mg/L的废水去除率可达—。有人还利用家畜粪便厌氧消化污泥进行矿山酸性废水重金属离子的处理，结果表明该方法能有效去除废水中的重金属。赵晓红等人用脱硫肠杆菌(SRV)去除电镀废水中的铜离子，在铜质量浓度为 mg/L的溶液，当pH为时，去除率达。 [2]

生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物。一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。至目前为止，对重金属有絮凝作用的约有十几个品种，生物絮凝剂中的氨基和羟基可与Cu2+、 Hg2+、Ag+、Au2+等重金属离子形成稳定的鳌合物而沉淀下来。应用微生物絮凝法处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，且生长快、易于实现工业化等特点。此外，微生物可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有广阔的应用前景。 [2]

生物吸附法

生物吸附法是利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。利用胞外聚合物分离金属离子，有些细菌在生长过程中释放的蛋白质，能使溶液中可溶性的重金属离子转化为沉淀物而去除。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，已经被广泛应用。 [2]

需氧生物处理法

利用需氧微生物在有氧条件下将废水中复杂的有机物分解的方法。生活污水中的典型有机物是碳水化合物、合成洗涤剂、脂肪、蛋白质及其分解产物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。这些有机物可按生物体系中所含元素量的多寡顺序表示为 COHNS。

生物体系中这些反应有赖于生物体系中的酶来加速。酶按其催化反应分为：氧化还原酶：在细胞内催化有机物的氧化还原反应，促进电子转移，使其与氧化合或脱氢。可分为氧化酶和还原酶。氧化酶可活化分子氧，作为受氢体而形成水或过氧化氢。还原酶包括各种脱氢酶，可活化基质上的氢,并由辅酶将氢传给被还原的物质,使基质氧化，受氢体还原。水解酶：对有机物的加水分解反应起催化作用。水解反应是在细胞外产生的最基本的反应，能将复杂的高分子有机物分解为小分子，使之易于透过细胞壁。如将蛋白质分解为氨基酸，将脂肪分解为脂肪酸和甘油，将复杂的多糖分解为单糖等。此外还有脱氨基、脱羧基、磷酸化和脱磷酸等酶。

许多酶只有在一些称为辅酶和活化剂的特殊物质存在时才能进行催化反应，钾、钙、镁、锌、钴、锰、氯化物、磷酸盐离子在许多种酶的催化反应中是不可缺少的辅酶或活化剂。

在需氧生物处理过程中，污水中的有机物在微生物酶的催化作用下被氧化降解，分三个阶段：第一阶段，大的有机物分子降解为构成单元──单糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第二阶段中，第一阶段的产物部分地被氧化为下列物质中的一种或几种：二氧化碳、水、乙酰基辅酶A、α-酮戊二酸(或称 α-氧化戊二酸)或草醋酸（又称草酰乙酸）。第三阶段（即三羧酸循环，是有机物氧化的最终阶段）是乙酰基辅酶A、α－酮戊二酸和草醋酸被氧化为二氧化碳和水。有机物在氧化降解的各个阶段，都释放出一定的能量。

在有机物降解的同时，还发生微生物原生质的合成反应。在第一阶段中由被作用物分解成的构成单元可以合成碳水化合物、蛋白质和脂肪，再进一步合成细胞原生质。合成能量是微生物在有机物的氧化过程中获得的。

厌氧生物处理法

主要用于处理污水中的沉淀污泥，因而又称污泥消化，也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解，最后产生甲烷和二氧化碳等气体，这些气体是有经济价值的能源。中国大量建设的沼气池就是具体应用这种方法的典型实例。消化后的污泥比原生污泥容易脱水，所含致病菌大大减少，臭味显著减弱，肥分变成速效的，体积缩小，易于处置。城市污水沉淀污泥和高浓度有机废水的完全厌氧消化过程可分为三个阶段（见图）。在第一阶段,污泥中的固态有机化合物借助于从厌氧菌分泌出的细胞外水解酶得到溶解，并通过细胞壁进入细胞中进行代谢的生化反应。在水解酶的催化下，将复杂的多糖类水解为单糖类，将蛋白质水解为缩氨酸和氨基酸，并将脂肪水解为甘油和脂肪酸。第二阶段是在产酸菌的作用下将第一阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等，如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸，以及醇类、醛类等；同时生成二氧化碳和新的微生物细胞。

反应原理

第一、二阶段又称为液化过程。第三阶段是在甲烷菌的作用下将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳，因此又称为气化过程，其反应可用下式表示：

一些有机酸或醇的气化过程举例如下：

乙酸：

CH3COOH─→CO2+CH4

丙酸：

4CH3CH2COOH+2H2O─→5CO2+7CH4

甲醇：

4CH3OH─→CO2+3CH4+2H2O

乙醇：

2CH3CH2OH+CO2─→2CH3COOH+CH4

为了使厌氧消化过程正常进行，必须将温度、pH值、氧化还原电势等保持在一定的范围内，以维持甲烷菌的正常活动，保证及时地和完全地将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷。

生物化学反应的速度直接受温度的影响。进行厌氧消化的微生物有两类：中温消化菌和高温消化菌。前者的适应温度范围为17～43℃，最佳温度为32～35℃；后者则在50～55℃具有最佳反应速度。

近年来，厌氧消化处理法发展到应用于处理高浓度有机废水，如屠宰场废水、肉类加工废水、制糖工业废水、酒精工业废水、罐头工业废水、亚硫酸盐制浆废水等，比采用需氧生物处理法节省费用。

利用生物法处理废水的具体方法有活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、土地处理系统和污泥消化等

水生物处理实际是水体自净的强化 ，在去除了污水中的污染物后 ，必须将微生物从水中分离出来 ，这种分离主要是通过微生物本身的絮凝和原生动物、轮虫等的吞食作用完成的。本文主要介绍微生物在生活污水处理中的应用，及几种主要的污水生物处理技术。 生活污水可生化性相对较高，所以采用生化法处理效果比较好。大多数城市污水处理厂的原水主要是生活污水，其中掺杂的工业污水只占相当小的一部分，所以生化法一直是城市污水处理厂的首选工艺。 生活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的无机物和有机物。无机物如氯化物、硫酸盐、磷酸盐和钠、钾、钙、铁等碳酸盐，有机物有纤维素、淀粉、脂肪、蛋白质和尿素等。排放入环境中促使浮游植物生长和大量繁殖，形成赤潮和水华。 利用微生物处理污水实际就是通过微生物的新陈代谢活动,将污水中的有机物分解,从而达到净化污水的目的。微生物能从污水中摄取糖，蛋白质，脂肪，淀粉及其它有机化合物作为微生物的营养物质，经过一系列的酶促反应，这些有机物在微生物体内得到分解利用，有些合成微生物自身的结构和功能物质，有些则为微生物提供所需的能量。微生物新陈代谢类型有需氧型和厌氧型两种,因此,污水生物处理方法分为好氧生物处理和厌氧生物处理. 好氧生物处理是在水中有溶解氧存在的条件下，借好氧和兼性厌氧微生物(其中主要是好氧菌)的作用来进行的。在处理过程中，绝大多数的有机物都能被相应的微生物氧化分解。用好氧法处理污水，基本上没有臭气，处理所需的时间比较短，如果条件适宜，—般可去除BOD九成以上 。 厌氧生物处理是在无氧的条件下，借厌氧和兼性厌氧微生物(其中主要是厌氧菌)的作用来分解污水中有机物的，也称厌氧消化或厌氧发酵。厌氧生物处理主要应用于有机污泥和高浓度有机污水的处理。由于是密闭发酵，所以在处理过程中不影响周围环境；同时隔绝空气又加以高温发酵，可以钉死寄生虫卵和致病菌；并且可以产生生物能源甲烷。因此厌氧消化法近年来渐渐受到重视，但由于所需时间长，对设备要求严格，因而影响其迅速推广。 在污水处理中，通常是以有机物在氧化过程中所消耗的氧量这一综合性指标来表示有机污染物的浓度，如生化需氧量和化学需氧量。生化需氧量是指在特定的温度和时间微生物分解污水中有机物所消耗的氧量，称为生化需氧量。生化需氧量约占生化需氧总量的一大半，故采用生化需氧量来表示污水中可降解有机物的浓度是比较合适的。但污水中有机物并不是都能较快降解的，在工业废水中，可以结合化学需氧量等指标表示有机污染物的浓度。 只有生化需氧量高的废水才适宜采用生物处理，化学需氧量很高但生化需氧量不高的废水不宜采用生物处理。对于有毒的废水，只要毒物能降解，就可用生物法处理，关键是控制毒物浓度和驯化微生物。 污水生物处理方法包含活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法、厌氧生物化学法、固定化微生物法，生物处理法通常配合化学混凝处理效果更好，化学混凝药剂处理法资料至望采纳.

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