浅析硫酸盐生物还原法处理镀锌废水

刘尖清 柯志军 赵迎迎

摘要：锌是一种在地球上储备较为丰富的重金属资源，广泛应用于现代工业生产如冶炼、制药及食品行业之中。而随着电镀技术在现代科技、经济上的运用正发挥着愈来愈大的作用，电镀产业已成为我国制造业中不可或缺的一部分。纯净的镀锌层在常温干燥空气中较稳定，在潮湿的空气中或含有二氧化碳和氧的水中，表面会生成一层碱式碳酸锌组成的薄膜[3Zn(OH)2·ZnCO3]，具有一定的防护能力，因此，镀锌在电镀技术中占有相当的地位。随着市场的成长，我国镀锌技术从不同层面都得到了长足的进步，但这个行业目前存在企业小而多，技术更新慢，管理水平低，污染大等问题，对含锌废水的治理要求也越来越严格，而含锌废水处理达到回用标准的成本极高，因此在废水处理中运用具有运行稳定、处理成本较低手微生物技术有极为广阔的发展空间。

关键词：含锌废水 微生物治理

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含锌废水的排放对人体健康和工农业活动具有严重危害[1-4]，其具有持久性、毒性大、污染严重等。一但进入环境后不能被生物降解，大多数参与食物链循环，并最终在生物体内积累，破坏生物体正常生理代谢，危害人类及其它生物体的健康。目前国内外处理含锌废水的研究可分为物化法和生物法。物化法包括离子交换法[5]、化学法、膜法[6-7]及高级电化学法[8-10]。90年代开始，世界各国致力于研究微生物[11]法处理含锌废水，有些已得到了较好的运用。通过生物有机体或其代谢产物与金属离子之间的相互作用，达到净化废水的目的，具有低成本，环境友好等优点。一般分为两类：生物吸附法和生物沉淀法。本文通过统计大量的试验数据，分析硫酸盐生物还原法处理含锌废水的主要影响因素和处理效率。

1电镀废水处理现状

1.1电镀废水的危害：

电镀废水就其总量来说，比如造纸、印染、化工、等行业的水量小，污染面窄，但由于电镀厂点分布广，废水中所含高毒物质的种类多，其危害性是很大的。未经处理达标的电镀废水排入河道、池塘，渗入地下，不但会危害环境，而且会污染饮用水和工业用水。电镀废水中含有铬锌、铜、镉，铅、镍等重金属离子以及酸、碱氰化物等具有很大毒性的杂物。有的还属于致癌和致畸变的剧毒物质．因此必须认真地加以处理．以免对人们造成危害。

1.2废水主要来源及有害物质

1.3电镀废水处理工艺对比

目前电镀废水的处理工艺主要为离子交换法、化学法、膜法、BM菌法、CHA生化法和高级电化学法，各种工艺优缺点详见表3。

随着市场的成长，我国镀锌技术从不同层面都得到了长足的进步，但这个行业目前存在企业小而多，技术更新慢，管理水平低，污染大等问题，对含锌废水的治理要求也越来越严格，而含锌废水处理达到回用标准的成本极高，由表3可知，生物法处理[11]电镀废水的成本比较低、处理效果好、设备数量少、故障率低及维修简便。因此在废水处理中运用具有运行稳定、处理成本较低手废的微生物技术有极为广阔的发展空间。

2硫酸盐生物还原法处理含锌废水

硫酸盐生物还原法处理含锌废水其原理是利用硫酸盐还原菌SRB在厌氧条件下产生硫化氢，硫化氢和废水中的重金属反应，生成金属硫化物沉淀以去除重金属离子。

2.1废水处理工艺流程及简述

废水处理工艺流程图见图1。

利用微生物方法处理重金属废水时，由于废水中常缺乏微生物生长所需的营养物质，包括有机物、氮、磷等，因此，在废水中需加入所缺的营养物质。

生物反应器是一个厌氧反应系统，微生物在厌氧条件下分解有机物，还原硫酸盐生成硫化氢，硫化氢与废水中的锌离子反应生成不溶性的硫化锌。生物反应器的类型可以是上流式厌氧污泥床、厌氧接触反应器等。

反应生成的硫化锌沉淀同厌氧污泥混在一起，当其浓度达到一定程度以后，为了保证生物反应器的正常运行，就必然排放一部分污泥。由于污泥中锌含量较高，可以回收。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

从沉淀池中的出水，虽然锌离子的去除率很高，但是出水中还含有比较高的COD和硫化氢，因此必须要进行好氧处理去除COD和硫化氢，使最终出水的指标都达到国家排放标准。

2.2实验步骤及方法

2.2.1菌种来源

（1）生活小区阴沟污泥

（2）某城镇污水厂厌氧硝化污泥

（3）某电镀厂污泥

2.2.2实验用主要培养基

蛋白胨乳酸钠培养基：蛋白胨20g、酵母膏(牛肉膏)10g、乳酸钠4g、KH2PO4 0.5g、NH4Cl 1g、NaSO4 lg、七水硫酸镁2g、L-半胱氨酸0.6g，蒸馏水稀释至1000mL混匀，用20%NaOH溶液调节pH为7.2用灭菌锅在121℃保温25min后，冷却备用。

2.2.3实验仪器

S-SW-CJ净化工作台、YXQ-SG4b-280型手提式压力蒸汽消毒器、PHX-DHS型隔水式电热恒温培养箱、pHS-3C型酸度计、752型紫外光栅分光光度计、3200型原子吸收分光光度计、亚沸蒸馏器、800型离心沉淀器、HP1200型电子天平。

2.2.4实验内容

（1）进水COD浓度对锌离子去除能力的影响，

（2）水力滞留时间对反应器稳定性的影响

（3）废水中锌离子浓度对反应器稳定性的影响

（4）进水硫酸盐浓度对锌离子去除率的影响

2.3结果与讨论

从有关的研究中，分析不同的工艺参数对锌离子去除效果的影响。

（1）进水COD浓度对锌离子去除能力的影响

进水COD浓度对锌离子和COD去除能力的影响结果见表4。

从表4可见，出水COD随进水COD的降低而降低。反应器中的硫化氢浓度随进水COD浓度下降而下降。但硫化氢浓度为80mg/L左右时，进水COD增加不会导致硫化氢的增加。因此，考虑反应器进行的稳定性和出水水质，废水中营养物的加入量应当控制在300mg/L左右。

（2）水力滞留时间对反应器稳定性的影响在进水

COD为320mg/L，锌离子100mg/L的条件下逐渐提高进水速率。水力滞留时间由18h逐渐减少至3h，结果如表5。

由表5可以看出，当水力滞留时间由18h降至9h时，对锌离子的去除率基本无影响，继续降低水力滞留时间锌离子的去除率开始逐渐降低，当水力滞留时间降到4h以后，锌离子的去除率急骤下降。分析装置对锌离子的总去除能力可以发现：随着水力滞留时间的减少，装置单位容积对锌离子的去除效率逐渐提高，当水力滞留时间降到5h后，反应器的离子去除能力最高，为429mg/L·d。如继续降低水力滞留时间去除能力反而降低。当水力滞留时间为3h时，锌離子去除效率仅为246.8mg/L·d。这说明SRB的活性受到了抑制。

（3）废水中锌离子浓度对反应器稳定性的影响

进水中锌离子由初始的100mg/L逐渐增加到600mg/L，结果见表6。从表6可以看出，该方法对500mg/L以下的含锌废水都能有效地处理。随着浓度的提高，装置的单位体积处理效率也跟着提高，最高达1329mg/L·d。但如进一步提高进水锌浓度至600mg/L，则锌离子去除能力反而大大降低，单位体积的去除效率仅为864mg/L·d。说明SRB已经受到锌的毒害作用。尽管如此，该结果也表明，本方法能够耐受较高浓度的锌离子的冲击。

（4）进水硫酸盐浓度对锌离子去除率的影响

试验中为了避免干扰，进水COD浓度提高到640mg/L，结果见表7。由表7表明，该法在所试范围内对锌离子的去除率均为97%以上。分析硫化氢浓度表明，SRB的活性受硫酸盐浓度影响。在硫酸根浓度低于500mg/L时，SRB的活性随着硫酸根浓度的降低而降低。至100mg/L时，出水中已经测不到硫化氢，在该浓度下看来不能长期运行。由于一般的工业废水中硫酸盐的浓度都较高，因而硫酸盐的浓度不会影响本方法的应用。