内聚营养源SRB污泥固定化连续处理含锌废水的研究

摘要

含锌废水来源广泛，具有持久性、毒性大等危害，对环境及人类容易造成严重危害。该类废水治理方法很多，生物法主要是通过生物有机体或其代谢产物与金属离子之间作用而达到净化的目的，具有低成本、环境友好等优点。硫酸盐还原菌(SRB)在处理高硫酸盐有机废水、矿山酸性废水、电镀废水等方面取得了较大进展，具有“以废治废”、处理重金属种类多、处理彻底、处理潜力大等特点。但也存在营养源不能被生物充分利用，导致出水COD偏高，重金属离子对SRB毒害作用影响处理效果等缺陷。
　　 本研究提出内聚营养源SRB污泥固定化技术。将SRB所需碳源固定在小球内部，并构造出SRB生长良好的内部环境，不仅克服了重金属离子对SRB的毒害，而且通过碳源内聚避免了有机物的污染，因此它在重金属废水低廉高效处理方面体现了较大的应用潜力。本论文在热力学理论计算的基础上，采用包埋法，以驯化15d后的活性污泥为包埋对象，系统地考察了进水SO42-浓度、pH、固定化小球与废水质量比及水力滞留时间等因素对含锌废水处理效果的影响，并测定了连续运行系统对各种污染物处理效果以考察其稳定性，同时对SO42-还原动力学、除锌机理以及传质过程进行了理论研究。
　　 (1)根据化学热力学平衡原理，绘制了Zn2＋-S2--H2O系溶解平衡pC-pH关系图，Zn2＋-S2--H2O系热力学平衡研究表明：Zn(OH)2固相在pH值在9.41时，最低溶解度10-5.61mol/L；ZnS固相在pH值为8.36时，最小溶解度为10-7.69mol/L；当S2-＞Zn2＋(mol/L)时，pH在0～14范围内只生成ZnS沉淀，不会产生Zn(OH)2物质。
　　 (2)通过对包埋载体材料的筛选，确定以聚乙烯醇(PVA)为骨架添加少量活性炭、海藻酸钠、SiO2、Fe粉，并采用正交试验和单因素试验选择与优化包埋条件，确定的最佳条件为：PVA用量为12％，海藻酸钠用量为0.1％，SiO2用量为4％，污泥用量25％，交联剂pH值为6.5。在此条件下制得的固定化小球处理效果较为理想，在进水Zn2＋浓度为200mg/L时，其去除率可达92.5％。
　　 (3)连续化处理废水试验表明：进水SO42-浓度4151mg/L，Zn2＋浓度100mg/L，pH为5.9，固定化小球与废水质量比为1∶2，水力滞留时间(HRT)为4h，Zn2＋去除率达98％以上，出水Zn2＋低于2mg/L，COD低于100mg/L，达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)。Zn2＋稳定达标时间为13h；固定化小球经五次再生使用，出水Zn2＋均稳定达标12～14h。通过对沉淀机理分析可知，锌离子去除主要通过生成ZnS沉淀，吸附机理去除次之，过程中不会产生Zn(OH)2沉淀。
　　 (4)利用稳态法得出：SO42-催化还原速率与SO42-浓度的函数关系曲线遵循米氏方程式规律，当CsO42-＜3259mg/L，SO42-还原遵循酶反应动力学一级反应，反应速率与进水SO42-浓度成正比；当CsO42-＞3259mg/L，遵循酶反应动力学零级反应，反应速率为与硫酸根浓度无关。
　　 (5)由固定化小球表面电位测定可知：废水pH在4～7范围时，小球表面电位为正值，小球表面带正电荷，废水中Zn2＋离子被排斥，SO42-通过小球表面进入内部被还原，还原产物S2-离子穿出小球表面与废水中Zn2＋产生ZnS沉淀，Zn2＋去除率达98％以上，经4次再生试验Zn2＋去除率仍保持在98％左右，固定化小球可以重复使用。当废水pH在8～10范围时，固定化小球表面电位为负值，小球表面带负电荷，废水中Zn2＋被吸引进入小球内部，SO42-离子与小球内部多肽结构形成化学键也被吸附，故锌离子也有较好的脱除效果，Zn2＋去除率也可达97％左右，但由于锌离子对SRB的毒害，小球不能重复利用。