摘要：含砷廢水的傳統(tǒng)處理方法，如物理法和化學(xué)法的不足之處在于費(fèi)用高，二次污染大，工程化程度小。微生物法在含砷廢水處理方面的研究取 得了顯著進(jìn)展，研究成果已投入工程應(yīng)用。我認(rèn)為活性污泥法對含砷廢水的處理有著廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：砷；重金屬；廢水；微生物法；活性污泥法

1. 概述

隨著冶金和化工等行業(yè)發(fā)展以及貧礦的開發(fā)，砷伴隨主要元素被開發(fā)出來，進(jìn)入廢水中的砷數(shù)量相當(dāng)大[1]。據(jù)1995年中國環(huán)境狀況公報(bào)報(bào)道，95年砷排放量達(dá)到1084噸，比94年增長4.4%，1996年中國環(huán)境狀況公報(bào)報(bào)道，96年砷排放量達(dá)到1132噸，比95年增長4.2%。含砷廢水有酸性和堿性，當(dāng)中一般也含有其它重金屬離子。砷與鉛等共同作用會使廢水的毒性更大，國內(nèi)外都曾發(fā)現(xiàn)廢水中砷的中毒事件[2]。

含砷廢水中砷的存在形態(tài)受pH的影響很大，在中性條件下，可溶砷的數(shù)量達(dá)到最大，隨著pH的升高或降低其溶解的數(shù)量都將降低。pH為5.0時(shí)，溶液中砷主要以無機(jī)砷的形態(tài)存在，當(dāng)pH為6.5時(shí)，有機(jī)砷為其主要存在形態(tài)[3]。但由于含砷廢水的來源并不單一，其成分也是復(fù)雜多變的。

含砷廢水的處理在六十年代就已得到世人的關(guān)注。如能回收利用則不僅可解決了砷對環(huán)境的污染問題，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著，節(jié)約資源。目前，比較系統(tǒng)的處理方法有化學(xué)沉淀法、物理法以及新興的、最具發(fā)展前途的微生物法。

2. 化學(xué)法處理含砷廢水

處理含砷廢水，目前主要有中和沉淀法、絮凝沉淀法、鐵氧體法、硫化物沉淀法等，適用于高濃度含砷廢水，但是生成的污泥易造成二次污染。在化學(xué)法方面的研究已經(jīng)比較成熟，很多科研前輩曾在這方面做了深入的研究。

中和沉淀法作為工程上應(yīng)用較廣的一種方法，很多人在這方面作了深入的研究，它的主要的目的是讓廢水中的各形態(tài)的砷生成亞砷酸鈣、砷酸鈣和氟化鈣沉淀。這種方法能除去大部分砷，且方法簡單，但泥渣沉淀緩慢，難以將廢水凈化到符合排放標(biāo)準(zhǔn)[4]?；瘜W(xué)沉淀法作為含砷廢水的一種主要處理方法，工程化比較普遍，但并不是采用單一的處理方式，而是幾種處理方式的綜合處理，如鈣鹽與鐵鹽相結(jié)合，鐵鹽與鋁鹽相結(jié)合等等。這種綜合處理能提高砷的去除率。但由于化學(xué)法普遍要加入大量的化學(xué)藥劑，并成為沉淀物的形式沉淀出來。這就決定了化學(xué)法處理后會存在大量的二次污染，如大量廢渣的產(chǎn)生，而這些廢渣的處理目前尚無較好的處理處置方法，所以對其在工程上的應(yīng)用和以后的可持續(xù)發(fā)展都存在巨大的負(fù)面作用。

3. 物化法處理含砷廢水

物化法一般都是采用物理方法，如：離子交換 、吸附、萃取、反滲透等方法。物化法大都是些近年來發(fā)展起來的較新方法，實(shí)用的尚不多見，但是之前也有眾多科研人員在這方面做了深入的研究，并取得了顯著的成果。另外，還有不少人作了用鋼渣、選礦尾渣、高爐冶煉礦渣等廢渣處理含砷廢水的研究，取得了不錯的成果。但由于物化法只能處理濃度較低，處理量不大，組成單純且有較高回收價(jià)值的廢水，而工業(yè)廢水的成分較復(fù)雜，所以物化法的工程化程度較低，沒有太大的可行性。

4. 微生物法處理含砷廢水

與傳統(tǒng)物理化學(xué)方法相比，用微生物法處理含砷廢水具有經(jīng)濟(jì)、高效且無害化等優(yōu)點(diǎn)，已成為公認(rèn)最具發(fā)展前途的方法。我在這里介紹一下我所了解的活性污泥法。

高科技術(shù)領(lǐng)域諸多研究表明，活性污泥ECP（胞外多聚物）能大量吸附溶液中的金屬離子，尤其是重金屬離子，他們與ECP的絡(luò)合更為穩(wěn)定。關(guān)于吸附機(jī)制，在ECP的復(fù)雜成分中吸附重金屬離子的似乎是糖類。Brown和Lester（1979）指出ECP中的中性糖和陰離子多糖有著吸附不同金屬離子的結(jié)合點(diǎn)位，不同價(jià)態(tài)或不同電荷的金屬離子可以在不同的點(diǎn)位與 ECP結(jié)合，如中性糖的羥基、陰離子多聚物的羥基都可能是金屬的結(jié)合位[5]。Modak和Natarajam等認(rèn)為：活性污泥對重金屬離子的吸附有兩種機(jī)制即表面吸附和胞內(nèi)吸收；表面吸附是指活性污泥微生物的胞外多聚物（甲殼素、殼聚糖等）含有配位基團(tuán)—OH，—COOH，—NH2，PO43-和—HS等，他們與金屬離子進(jìn)行沉淀、絡(luò)合、離子交換和吸附，其特點(diǎn)是快速、可逆和不需要外加能量，與代謝無關(guān)；胞外吸收通過金屬離子和胞內(nèi)的透膜酶、水解酶相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)，速度較慢需要能量，而且與代謝有關(guān)[6]。此外，Ralinske指出：好氧生物能大量富集各種重金屬離子，這些離子積累于細(xì)胞外多聚物中，并在厭氧條件下釋放回液相中[7]。這就有利于我們在二沉池中分離和沉降重金屬離子。

在活性污泥法處理含砷廢水的實(shí)驗(yàn)中，存在眾多的影響因素，主要影響因素如下：

4.1 砷的濃度及價(jià)態(tài)

不同價(jià)態(tài)的砷對活性污泥的毒性不同。實(shí)驗(yàn)可以表明，As3+對脫氫酶的毒性比As5+平均大53倍。As3+對蛋白酶活性的毒性約為As5+的75倍。還有，As3+對活性污泥脲酶活性的毒害作用是As5+的35倍[8]。所以處理含砷廢水時(shí)有必要將As3+氧化成As5+。實(shí)驗(yàn)還表明，活性污泥對低濃度砷的去除率高于對高濃度砷的去除率，這是由于污泥的吸附能力有限所造成的。此外，重金屬離子濃度小于5mg·L-1時(shí)，活性污泥法對污水中有機(jī)物的處理效果不受重金屬影響，當(dāng)重金屬離子濃度大于30mg·L-1時(shí)，活性污泥法污水中有機(jī)物的處理效果則大大受到影響。

4.2 有機(jī)負(fù)荷

有機(jī)負(fù)荷對活性污泥去除五價(jià)砷也有較大的影響，有機(jī)負(fù)荷高，去除率也高。主要有兩方面的原因：一是污水中的有機(jī)物本身可和五價(jià)砷相結(jié)合，降低了污水中砷的濃度；二是有機(jī)物濃度高有利微生物生長繁殖，這進(jìn)一步提高活性污泥對五價(jià)砷的去除率[9]。此外，有機(jī)負(fù)荷高還可以防止污泥膨脹。因?yàn)樵诟哂袡C(jī)負(fù)荷環(huán)境中絮狀菌比大多數(shù)絲狀菌有更強(qiáng)的吸附和存貯營養(yǎng)物能力，能夠充分利用高濃度的底物迅速增殖，具有較高的比生長速率，抑制了絲狀菌的生長。在低負(fù)荷下混合液中底物濃度長時(shí)間都低，由于缺少足夠的營養(yǎng)底物，絮狀菌的生長受到抑制，而絲狀菌具有較大的比表面積，當(dāng)環(huán)境不利于微生物的生長時(shí)，絲狀菌會從菌膠團(tuán)中伸展出來以增加其攝取營養(yǎng)物質(zhì)的表面積。一方面，伸出絮體之外的絲狀菌更易吸收底物和營養(yǎng)，其生長速率高于絮狀菌，從而成為活性污泥中的優(yōu)勢菌種；另一方面，絲狀菌越多，其菌絲越長，活性污泥越不易沉降，SVI越高，導(dǎo)致了污泥膨脹[10]。

4.3? pH

pH 對金屬去除影響很大，因?yàn)閜H不僅影響金屬的沉降狀態(tài)，而且影響吸附點(diǎn)的電荷。一般pH 升高有利于污泥對陽離子金屬的吸附。直至產(chǎn)生氫氧化物沉淀，反之則有利于對呈負(fù)電荷狀態(tài)存在的金屬的吸附。但是，過高或過低的pH對微生物生長繁殖不利，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

4.3.1 pH過低（pH=1.5）,引起微生物體表面由帶負(fù)電變?yōu)閹д姡M(jìn)而影響微生物對營養(yǎng)物的吸收。

4.3.2 過高或過低的 pH還可影響培養(yǎng)基中有機(jī)化合物的離子化作用，從而間接影響微生物。

4.3.3 酶只有在最適宜的pH時(shí)才能發(fā)揮其最大活性，極端的pH使酶的活性降低，進(jìn)而影響微生物細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)過程，甚至直接破壞微生物細(xì)胞。④過高或過低的pH均降低微生物對高溫的抵抗能力[11]。

4.4 生物固體停留時(shí)間（Qc）

Qc對陽離子金屬去除有較大影響，因?yàn)榛钚晕勰啾砻娉１浑y溶性或微溶性的多聚物所包圍（如多糖），這些多聚物表面的電荷可使金屬迅速地得以去除。已經(jīng)證實(shí)，細(xì)菌多聚物產(chǎn)生和細(xì)菌生長相有關(guān)，穩(wěn)定相和內(nèi)源呼吸階段多聚物產(chǎn)量最大，而Qc增大，污泥中細(xì)菌處于穩(wěn)定相和內(nèi)源呼吸階段，有利于對金屬的去除。

4.5 污泥濃度? ?污泥濃度高，吸附點(diǎn)也隨著增加，從而有利于金屬的去除。從去除金屬的角度出發(fā)，高有機(jī)負(fù)荷，高污泥濃度的運(yùn)行方式最為理想。 ???? 活性污泥法處理含砷廢水，不論在處理費(fèi)用，還是二次污染，或者工程化方面，都比傳統(tǒng)處理方法具有相當(dāng)突出的優(yōu)勢。雖然在理論研究方面還不是十分完善，但是在處理機(jī)制和影響因素方面都已達(dá)成一定的共識。如果在處理工藝上再進(jìn)行一定的改進(jìn)，如往污泥中投加優(yōu)勢菌種，可以改善污水的處理效果；此外，還可以引進(jìn)生活污水進(jìn)行混合處理并進(jìn)行曝氣，這樣不僅降低了砷的濃度以及砷對污泥的毒害作用，同時(shí)還解決了活性污泥的營養(yǎng)源問題，為活性污泥法處理含砷廢水的工程化應(yīng)用開辟了一片新天地。

5. 投菌活性污泥法

投菌活性污泥法是在活性污泥基礎(chǔ)之上的一種新型的處理方式。

投菌活性污泥法[12]是將具有強(qiáng)活力的細(xì)菌投入到曝氣池里去，使曝氣池混合液內(nèi)的各種細(xì)菌處于最佳活性狀態(tài)，這樣.不僅投入了吸氣池內(nèi)所缺少的細(xì)菌，在流入污水水質(zhì)不變的條件下，微生物氧化作用顯著，而且，當(dāng)污水水質(zhì)改變，環(huán)境變異的情況下，微生物仍能適應(yīng)，保持活性，其氧化代謝過程依然充分，投入菌液后使曝氣池耐沖擊負(fù)荷，提高污水處理廠的處理效果，改善了出水水質(zhì)。

投菌活性污泥法是出之一種新的概念，它是根據(jù)在同一環(huán)境里，最適宜的細(xì)菌能自然繁殖，同樣，污水處理廠曝氣池混合液內(nèi)的細(xì)菌也會自然繁殖到一定數(shù)目，自然界無處不可找到細(xì)茵，然而，在同一環(huán)境里并非可以找到一切細(xì)菌這一原則，作為理論指導(dǎo)，從自然界土壤內(nèi)篩選出污水廠中的有用細(xì)菌制成液態(tài)的或固態(tài)的產(chǎn)品。液態(tài)菌液微生物成活率高；固態(tài)菌使用前需先用水溶成液態(tài)，細(xì)菌的成活率較液態(tài)菌液低，使用時(shí)按一定比例將液態(tài)菌液投入曝氣池內(nèi)或投到需用處，投菌活性污泥法目前在國外已收到良好的應(yīng)用效果。因此，我認(rèn)為我們可望借鑒這類投菌法通過向活性污泥中投加對砷具有高耐受力，對砷具有特殊處理效果的混合菌種，從而達(dá)到對砷的高效處理凈化工業(yè)含砷廢水。

6. 前景展望及自我感想

隨著冶金、化工等產(chǎn)業(yè)的日益發(fā)展，以及含砷制品市場的日益拓大，含砷廢水的排放和污染問題，必將影響到人們的生活水平的提高，影響到人類生存環(huán)境的改善，所以解決含砷廢水的污染問題已迫在眉睫。但是現(xiàn)在傳統(tǒng)的處理方法都存在一定的問題。

如化學(xué)法，雖然在工程上有了一定的應(yīng)用，處理效果也較明顯，但由于化學(xué)藥劑的添加，導(dǎo)致了產(chǎn)生大量的廢渣，而這些廢渣目前尚無較好的處置辦法，會導(dǎo)致土壤，水體等的二次污染。

物理法的處理費(fèi)用較高，處理投資非常大，無法進(jìn)行工程運(yùn)作。并且技術(shù)還不夠完善。而微生物法作為一種最有前途的處理方法，不僅具有高效、無二次污染，而且處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。其中，活性污泥法處理含砷廢水的理論現(xiàn)在在國內(nèi)外還處于熱點(diǎn)研究探索中，又由于活性污泥具有的來源廣泛，很容易培養(yǎng)，處理后二次污染小等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在工程上的應(yīng)用成為可能，以后將成為含砷廢水的主要處理方法。此外，若對單純活性污泥法進(jìn)行工藝上的改進(jìn)，如引進(jìn)優(yōu)勢菌種，或摻入生活污水進(jìn)行混合處理等工藝上的改進(jìn)，都可能為活性污泥法的應(yīng)用創(chuàng)造更為廣闊的前景。

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The progress of research of treating As-containing wastewater

LE Beiqin

No: 0313564 Grade: 2003, Department of Environmental Engineering,

Shanghai Normal University

ABSTRACT：The tradition methods to treat As-containing wastewater , such as physical and chemical ones, have some shortcomings, such as high cost, serious second pollution, hard to be applied. Great progress has been made in the research about the treatment of As-containing wastewater with microbiology, and the result has been put into application. Wild prospect is pointed out in this article about the treatmentof As-containing wastewater with activated sludge.

Key words：Heavy metal; Arsenic; Wastewater; Microbiology; Activated sludge