論文作者：劉恢 柴立元 閔小波 王云燕 于霞

摘要：分別從不同類型活性污泥，活性處理不同重金屬兩個側面論述了活性污泥處理重金屬廢水的污泥效果，分析了活性污泥處理重金屬廢水過程的處理作用機制，并提出了幾種增強活性污泥處理能力的重金可能途徑，從而為提高和完善活性污泥處理重金屬廢水的屬廢水研究提供了一些參考。 

關鍵詞：活性污泥 厭氧污泥 重金屬污水處理 微生物 

Study and Development of Activated-Sludge Treatment of Heavy Metal-Containing Wastewater 

　　Abstract：The effects of activated-sludge treatment of heavy metal-containing wastewater are discussed in respect of different types of activated sludge and treatment of different heavy metals．The mechanisms of activated-sludge treatment of heavy metal-containing wastewater are analyzed，研究with possible ways put forward to improve the treatment capability of activated sludge，進展which provide some references for the improvement and perfection of the study of activated-sludge treatment of heavy metal-containing wastewater．

　　Key words：activated sludge; anaerobic sludge; treatment of heavy metal-containing wastewater; microorganism

　　傳統上處理重金屬廢水的活性方法主要是物理化學法，如吸附法、污泥離子交換法、處理化學沉淀法、重金膜分離法、屬廢水氧化還原法等，研究但這些方法都具有二次污染嚴重，進展處理成本高等問題。活性近年來人們開始為重金屬廢水的處理尋找新的方法。過去人們普遍認為活性污泥法不宜用來處理重金屬廢水，因為重金屬廢水中有機物質較少，而且重金屬對污泥中的微生物有很強的毒害作用。但近年的研究結果表明，通過改造現行的活性污泥法可以處理重金屬廢水[1-2]。活性污泥法處理重金屬廢水主要是利用活性污泥中的細菌、原生動物等微生物與懸浮物質、膠體物質混雜形成的具有很強吸附分解能力的污泥顆粒來完成的。目前研究主要集中在活性污泥對重金屬吸附能力以及活性污泥處理重金屬廢水的機理等方面。本文旨在通過對活性污泥處理重金屬廢水的工藝現狀及其機理的分析，提出一些能提高活性污泥處理能力的切實可行的途徑，為該方法的進一步研究和推廣應用提供參考。
1 活性污泥對重金屬廢水的處理
　　不同的活性污泥體系對重金屬的去除效果和機理都不盡相同，選擇一個適應范圍廣、抵抗重金屬能力強的污泥體系是當前研究的重點之一。
1.1 不同類型活性污泥的處理效果
　　活性污泥可分為厭氧污泥和好氧污泥。好氧污泥主要利用生物絮凝和細菌分泌的胞外聚合物吸附—螯合重金屬，因為好氧污泥含有的胞外聚合物和所帶負電荷均高于厭氧污泥，所以好氧污泥比厭氧污泥更易形成絮凝體，去除水中的重金屬。厭氧污泥主要利用細菌分解產物沉淀重金屬。本人對好氧污泥和厭氧污泥處理含鉻廢水進行了比較，通過兩個月對污泥的馴化，厭氧污泥可以處理Cr(Ⅵ)的質量濃度為600mg／L的廢水，而好氧污泥只能達到100mg／L左右，這主要是因為厭氧條件下，Cr(Ⅵ)被細菌產生的強還原性物質硫化氫還原成Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅲ)以氫氧化物的形式從水中沉淀去除，而在好氧條件下，污泥中的氧化還原電位高，Cr(Ⅵ)不易被還原。
　　此外，不同類型的污泥吸附重金屬的效果也不盡相同。E．Bux等[3]，對剩余活性污泥和消化污泥吸附鋅作了對比研究。當處理鋅的質量濃度為1 200mg／L的廢水時，剩余活性污泥與消化污泥各自的最大吸附量為22.65和16.8mg／g，剩余污泥吸附鋅的能力要強于消化污泥，同時隨著鋅濃度的提高剩余污泥的吸附總量也提高了，這是因為剩余污泥比消化污泥具有更高電負性。
1.2 活性污泥對不同重金屬的去除效果
　　不同重金屬對活性污泥的毒害機制是不同的，這就決定了活性污泥對其去除效果的差異性。
1.2.1 鋅
　　B．W．Atkinson等[4]研究了剩余活性污泥處理電鍍廢水，該電鍍廢水中主要含有110mg／L鋅，同時還含有少量的Cu2+，Cd2+，Ni2+，Cr3+和Cr6+戶，其研究結果表明活性污泥對鋅的去除率高達96％，其他金屬平均去除率均為80％以上。馬曉航等[5]，研究了用SRB(硫酸鹽還原菌)處理含鋅廢水的活性污泥床工藝及影響運行的主要因素，該工藝可在進水COD和鋅的質量濃度分別為320mg／L與100mg／L時有效運行，有機物和Zn2+的去除率分別達到73.8％和99.63％。在水力滯留時間降至6h時，Zn2+的去除率仍可達94.55％。進水Zn2+的質量濃度低于500mg／L時裝置可以穩定運行，而當質量濃度達到600mg／L時，硫酸鹽還原菌受到Zn2+的明顯毒害，去除效果顯著降低。
1.2.2 鉛
　　王士龍等[6]利用活性污泥對含鉛廢水進行了研究。結果表明，當廢水pH值控制在4-9范圍內，ρ(Pb2+)小于100mg／L，鉛與活性污泥的質量比為1：300時，鉛的去除率均在99％以上，而其它酸度范圍去除率均較低。
1.2.3 鉻
　　王士龍等[7]還利用活性污泥處理含鉻廢水，當Cr(Ⅵ)在20mg／L以內的電鍍廢水，pH值控制在3—10之間時；其去除率達到95％以上。
　　Song等[8]研究了硫酸鹽還原菌處理含鉻廢水的能力。在厭氧條件下，硫酸鹽還原菌可以還原130mg／L Cr(Ⅵ)，同時還可降解廢水中的硫酸鹽。
　　當前的研究情況表明，活性污泥幾乎可以應用到所有重金屬廢水的處理中，其中以培養含有SRB的厭氧活性污泥最具有發展潛力，這與其能同時處理多種重金屬和硫酸根的特點有關。
2 活性污泥法處理重金屬的機理
　　活性污泥處理重金屬廢水機理很復雜，通常認為活性污泥對重金屬的作用包括沉淀，吸附和胞內吸附等。
2.1 重金屬的沉淀機理
　　重金屬的沉淀主要是利用污泥中微生物新陳代謝產物與重金屬離子直接生成難溶性的沉淀，或將重金屬還原后再生成難溶性的沉淀，從而達到從水相去除的目的。用SRB處理重金屬廢水是近年發展很快的方法。其原理是利用SRB在厭氧條件下產生的H2S和廢水中的重金屬反應，生成金屬硫化物沉淀以去除重金屬離子。Van等[9]研究以蔗糖作為有機源，利用SRB還原硫酸根，去除重金屬銅，鉛等重金屬離子，從而提出以下的反應過程：
　　①產酸菌將復雜有機物質分解生成氫和簡單有機酸，如丙酸、乙酸等。
　　②SRB利用氫作為電子供體將硫酸根還原成負二價硫。
　　③負二價硫與重金屬離子生成難溶于水的金屬硫化物。
　　當前對利用氫作為電子供體的SRB的研究比較多，但對其它類型SRB的研究則相對較少。加上影響SRB對硫酸根作用的因素眾多，這就使對SBR處理重金屬機制的研究變得復雜和艱難。目前研究還僅限于對單一菌種，多種細菌共存的體系還未見報道。研究多種細菌共存對處理效果影響以及其作用機制將是下一步研究的重點。
2.2 重金屬的吸附機理
　　重金屬的吸附是通過利用微生物本身結構或其分泌物和代謝產物來實現的，如動膠菌、藍細菌等能夠產生胞外聚合物(ECP)，如多糖、糖蛋白、脂多糖等。革蘭氏陰性細菌分泌的胞外聚合物是由脂多糖、莢膜多聚糖和其他的蛋白質等組成。這些分泌物在細胞表面上易于脫落。革蘭氏陽性細菌所分泌的則是由脂磷壁酸、多聚糖和游離蛋白質組成。這些胞外聚合物含有大量的陰離子基團，如羧基、磷酰基、硫酸根等易與金屬離子結合。天然多聚糖上陽離子能與水辮液中二價重金屬離子進行離子交換，如藻酸鹽中K+，N a+,Ca2+,Mg2+就能夠與相應的陽離子如Co2+,Cu2+,Cd2+和Zn2+進行交換，從而達到生物吸附重金屬的目的。Aksu等[10]還通過實驗證明了C.Vulgari和Z.Ramigera是通過細胞壁的多聚糖上氨基和羧基與金屬之間韻吸附和配位作用來吸附銅的。但生物吸附機理仍不是十分清楚，當前對其比較有影響的解釋是巴斯韋爾，麥金尼等所提出的粘液學說和含能說。
2.3 重金屬的胞內積累機理
　　一般金屬離子要進入細胞體必須經過胞外結合與運輸到胞內兩個步驟[11]，前者迅遺且不需能量，后者緩慢并依賴能量及代謝系統調空。由于大部分的重金屬對微生物都有害，所以很難研究高濃度下重金屬的吸附機理。通常認為重金屬進入細胞膜的傳送機制與代謝作用必須的離子鉀、鎂、鈉的相類似。但當有時相同電荷和離子半徑近似的重金屬離子共存時，這種傳送系統就可能會將這幾種共存金屬同時傳人到細胞體內，使細胞新陳代謝功能出現障礙。如Cr(VI)在pH=7-9范圍內主要以CrO42-的形式存在。而CrO42-，硫酸鹽和磷酸鹽結構相似，較易經過一般陰離子的傳輸渠道穿過細胞膜。在有還原性質物質存在的條件下，Cr(Ⅵ)作為電子受體，在酶的作用下，進行細胞內還原。