毒物及其作用機(jī)制

廢水中任何能延緩或完全抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)統(tǒng)稱為有毒有害物質(zhì)，簡稱有毒物質(zhì)。這些毒物在化學(xué)性質(zhì)上可分為有機(jī)物和無機(jī)物。從處理的角度來看，可分為兩類：生物處理可去除和轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(如硫化氫、苯酚或不穩(wěn)定毒物)和生物處理不能去除和轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(如氯化鈉、汞、銅或穩(wěn)定毒物)。

對微生物的毒性作用機(jī)理如下：

主要結(jié)果如下：(1)損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)和外膜。例如，70%乙醇能使蛋白質(zhì)凝固達(dá)到殺菌效果，苯酚、甲酚、表面活性劑作用于細(xì)胞外膜，破壞細(xì)胞膜的半透性。

(2)損害酶和重要的代謝過程。一些重金屬(銅，銀，汞等)對酶具有潛在的毒性作用，甚至在非常低的濃度下也是如此。這些重金屬的鹽和有機(jī)化合物可以與酶的-SH基團(tuán)結(jié)合并改變這些蛋白質(zhì)的三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。

(3)競爭抑制。當(dāng)廢水中存在一種化學(xué)結(jié)構(gòu)和代謝物質(zhì)相似的有機(jī)物時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。由于它們都能在活性部位與酶結(jié)合，因此它們的競爭會(huì)抑制中間產(chǎn)物的形成，降低酶的催化反應(yīng)速率。

(4)抑制細(xì)胞成分合成。當(dāng)某些化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞組分的結(jié)構(gòu)時(shí)，它們被細(xì)胞吸收和同化，從而導(dǎo)致不活躍輔酶的合成或停止生長。這種效應(yīng)最典型的例子是氨基磺酸。

(5)用抗生素抑制核酸。許多抗生素可以特異性地抑制原核蛋白質(zhì)合成，例如鏈霉素能夠抑制氨基酸對肽的正確結(jié)合。

(6)抗生素對核酸的抑制作用。例如，線粒體C選擇性地阻斷DNA的合成，從而抑制微生物的生長。

(7)抑制細(xì)胞壁合成。例如，青霉素通過干擾細(xì)胞壁合成來抑制微生物的生長。

2、菌株耐毒能力及馴化方法

應(yīng)該指出的是，有許多微生物菌株可以耐受共同的代謝產(chǎn)物，有些甚至可以用作能源。化學(xué)物質(zhì)對微生物的抑制作用與其濃度直接相關(guān)，并隨著微生物的馴化而變化。馴化微生物對有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力將逐漸增強(qiáng)。微生物的這種巨大的適應(yīng)性(變異性)是由它們的小尺寸決定的。如果一個(gè)微球細(xì)胞只有大約10萬個(gè)蛋白質(zhì)分子可以容納，那么如此小的大小使得它不可能儲(chǔ)存在不久的將來不需要的酶，而且只有在適當(dāng)?shù)牡孜锎嬖跁r(shí)才能產(chǎn)生許多分解酶。在一定條件下，這些誘導(dǎo)酶占總蛋白含量的10%。正是這種微生物的變異使得用生物方法處理有毒有機(jī)廢水成為可能。然而，任何微生物的耐毒能力都有一定的限制(其濃度被稱為極限允許濃度)，這就要求含有毒物質(zhì)的有機(jī)廢水在生物處理前進(jìn)行預(yù)處理。

如前所述，由于微生物的小尺寸，微生物具有很大的適應(yīng)性(變異性)。因此，人工改變微生物的生存環(huán)境的方法可以用于誘導(dǎo)變異，并且微生物可以直接適應(yīng)原水中毒物的濃度或增加微生物去除毒物的能力。該方法適用于穩(wěn)定毒物和不穩(wěn)定毒物，是處理有毒有機(jī)廢水的基本方法。

在城市污水處理廠，當(dāng)進(jìn)水中苯酚濃度突然上升到50mg/L時(shí)，會(huì)對生物處理系統(tǒng)造成很大的破壞。在嚴(yán)重的情況下，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。然而，焦化廠采用適應(yīng)性變異的方法馴化細(xì)菌，即細(xì)菌馴化法，使微生物中的酶逐漸適應(yīng)大量這種有毒物質(zhì)，然后分解吸收有毒物質(zhì)作為底物。實(shí)際運(yùn)行表明，進(jìn)水中苯酚平均濃度為117.5 mg/L時(shí)，苯酚去除率高達(dá)99.6%。

苯酚廢水處理是處理不穩(wěn)定毒物的一個(gè)例子。當(dāng)毒物穩(wěn)定時(shí)，這種馴化方法也可用于提高微生物對毒物的耐受性。不過，須注意的是，毒藥的濃度必須符合最終的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，或由其他措施加以管制。

3、預(yù)處理方法

如前所述，馴化是生物處理中處理有毒物質(zhì)的一種基本方法。然而，任何微生物的耐毒能力都有一定的限制，當(dāng)濃度超過極限時(shí)，需要進(jìn)行一定的預(yù)處理。目前，預(yù)處理主要包括稀釋法、轉(zhuǎn)化法和分離法。

3.1 稀釋法

污水中的毒物是有毒的，這與其濃度有關(guān)。當(dāng)濃度超過一定的允許濃度時(shí)，毒藥就會(huì)變成毒藥;當(dāng)它低于極限允許濃度時(shí)，毒物不會(huì)顯示毒性甚至不會(huì)成為營養(yǎng)素。當(dāng)廢水中毒濃度超過生物處理的極限允許濃度時(shí)，為了確保生物處理的正常進(jìn)行，可以使用簡單的稀釋方法將廢水中毒濃度降低到極限濃度以下。

根據(jù)廢水中有毒物質(zhì)的穩(wěn)定或不穩(wěn)定性質(zhì)和實(shí)際情況，可采用三種不同的稀釋方法：污水稀釋法、污水稀釋法和清水稀釋法。

(1)污水稀釋法。不同的污水中含有不同的物質(zhì)，它們混合在一起，相互稀釋，可以將有毒物質(zhì)的濃度降低到極限允許濃度以下，這是污水稀釋的方法。它是最簡單、最經(jīng)濟(jì)、是首選的方法，無論毒藥的性質(zhì)是穩(wěn)定的還是不穩(wěn)定的都適用。少量工業(yè)廢水被混入大量的城市污水中，幾乎所有的有毒濃度都低于允許濃度。然而，在少量工業(yè)廢水相互混合后，毒性濃度仍有可能超過允許濃度上限，其他措施仍需繼續(xù)進(jìn)行。

除了不同單位廢水之間的大量稀釋外，同一工廠不同車間之間的稀釋程度也很小。例如，在制革廠，脫毛段廢水中S2-的濃度高達(dá)1 000 mg/L，而脫毛段的廢水僅占該廠排放總量的5%左右。只要一個(gè)大型調(diào)節(jié)池(停留時(shí)間(HRT)通常在12h左右)，經(jīng)過混合和混合后，總出水中S2-的濃度可降至100 mg/L以下。這對后續(xù)處理非常有利。

(2)廢水稀釋方法的處理。該方法僅適用于廢水中毒物不穩(wěn)定的單一情況。處理出水稀釋方法有兩種：1，曝氣池式采用完全混合; 2處理出水回流稀釋法。出于經(jīng)濟(jì)原因，方法1應(yīng)該是首選。

實(shí)例：制革廢水中S2-的存在對生物處理有很大的危害。生物處理允許濃度限值為30 mg/L，制革廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池稀釋后，進(jìn)入曝氣池時(shí)，S2-仍在50 mg/L以上。以往許多設(shè)計(jì)單位都主張單獨(dú)處理，即灰堿廢水應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行脫硫預(yù)處理，進(jìn)水中的S 2-in應(yīng)在綜合處理前降至30 mg/L以下。經(jīng)驗(yàn)表明，采用處理出水稀釋法可以消除S2-對生物處理的影響，無需分離處理，直接進(jìn)行綜合處理。東南大學(xué)設(shè)計(jì)的南京制革廠污水處理站采用以下兩個(gè)假設(shè)：1。廢水進(jìn)入氧化溝后，經(jīng)過一周的循環(huán)，曝氣后去除S2，去除氧化(2)(寬度3m，有效深度3m，平均流速0.4m/s)。氧化成單體硫或硫代硫酸鹽;2)污水進(jìn)入氧化溝后，橫向擴(kuò)散很好，斷面各點(diǎn)水質(zhì)相同。氧化溝進(jìn)水中s2的最大允許濃度為7776mg/L，稀釋法的效果很大，從30 mg/L到7776mg/L不等，當(dāng)然在實(shí)際運(yùn)行中，這兩個(gè)假設(shè)都不能完全實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際進(jìn)水的最大允許濃度遠(yuǎn)低于7776mg/L。經(jīng)過12年的穩(wěn)定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，表明在調(diào)節(jié)池S2出水不超過100 mg/L的情況下，S2對氧化溝的穩(wěn)定運(yùn)行沒有影響，氧化溝S2出水始終處于1 mg/L的排放標(biāo)準(zhǔn)。這是稀釋法成功應(yīng)用的一個(gè)例子。

(3)清水稀釋法。在該方法中，只有廢水中的毒物是一種穩(wěn)定的毒物，處理后的水不能被稀釋，而且在工廠內(nèi)或附近沒有其他可用于稀釋的廢水。此外，在使用之前，不能通過分離或轉(zhuǎn)換方法去除毒物。這是因?yàn)檫@種方法效率低下。用水稀釋本身就會(huì)耗費(fèi)大量的水成本;使用大量的水稀釋后，處理投資和運(yùn)行成本都會(huì)增加。(2)隨著環(huán)境管理的加強(qiáng)，集中排放控制已轉(zhuǎn)變?yōu)榭偭靠刂啤?/p>

在南京石化公司第二化工廠污水處理廠，進(jìn)水COD為6000 mg/L，CaCl為250 000 mg/L，同時(shí)嚴(yán)重抑制了生物處理的正常運(yùn)行。因此，在進(jìn)行生物處理之前，必須對鹽進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚??？紤]到生物處理沒有去除或轉(zhuǎn)化CaCl 2，而且其他分離或轉(zhuǎn)換方法不經(jīng)濟(jì)，該工廠位于郊區(qū)，附近沒有其他工廠或工廠的廢水可供稀釋，因此，經(jīng)與甲方協(xié)商后，設(shè)計(jì)單位采用了水稀釋法，將原水稀釋10倍，將CaCl 2濃度降至5000 mg/L，然后進(jìn)行深井曝氣處理，取得了滿意的效果。

3.2 轉(zhuǎn)化法

化學(xué)物質(zhì)在某些情況下只能表現(xiàn)出毒性。例如，硝基苯毒性更大，轉(zhuǎn)化為苯胺后其毒性大大降低。 Cr6 +的毒性非常高，但在還原為Cr3 +后，毒性大大降低。因此，有機(jī)廢水中的毒物可通過化學(xué)方法轉(zhuǎn)化為無毒或毒性較小的物質(zhì)，以保證生物處理的正常進(jìn)行。該方法適用于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的毒物。使用此方法時(shí)必須注意兩種方法：1轉(zhuǎn)化后，穩(wěn)定毒物的濃度必須低于生物處理限值的允許濃度，不穩(wěn)定毒物的濃度必須保證生物體的正常運(yùn)行治療; 2最終出水，也應(yīng)符合毒物排放標(biāo)準(zhǔn)的濃度。

例：化工廢水中硝基苯是一種毒性大、生物降解性差的物質(zhì)。由于毒物負(fù)荷的限制，生化曝氣池的BOD負(fù)荷很低，效率不高。因此，大多數(shù)項(xiàng)目在污水進(jìn)入曝氣池前對其進(jìn)行預(yù)處理。硝基苯通過化學(xué)方法(如亞鐵還原)轉(zhuǎn)化為苯胺。與硝基苯相比，苯胺毒性低，生物降解性高，大大增加了曝氣池的BOD負(fù)荷。

3.3 分離法

分離原理是通過分離將廢水中的有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣相或固相，以保證廢水生物處理的正常運(yùn)行。該方法既適用于穩(wěn)定毒物，也適用于不穩(wěn)定毒物。在采用該方法時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)分離后，廢水中穩(wěn)定毒物的濃度必須低于生物處理的允許濃度，不穩(wěn)定毒物的濃度必須保證生物處理的正常運(yùn)行;(2)須確保最終流出物的各項(xiàng)指標(biāo)(包括毒藥)均符合國家排放標(biāo)準(zhǔn);(3)須妥善處理輸送至氣或固相的有毒物質(zhì)，并禁止二次污染。

S2-是制革廢水中的一種毒藥。在廢水中加入Fe2，形成FeS沉淀并去除。出水不受S2-的影響，可直接進(jìn)行生物處理。沉淀后的FeS可送磚或填埋。還可以在廢水中加入酸，將廢水中S_2生成的H_2S吹入空氣中，然后用NaOH吸附形成Na2S，并在皮革生產(chǎn)中進(jìn)行再利用。
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