1.重金属类 不少工业废水中往往含有各种重金属离子,如汞、镉、铬(六 价)、硒(四价)、铜、锌、锰、铁、铅等,它们进人环境后不会被降解, 而是沉积、吸附于淤泥中或通过食物链被富集,并最终危及人体健 康。如工业废水中含有这些物质时,应对其进行监测,并根据地面 水环境质量标准(GB3838-88)中的要求,选择合适的处理方法达标 后排放。 2.酚、氰石油类、表面活性剂、C、硫酸盐、酸碱类(pH)、发 色物质(色度)等 它们在生活污水和某些工业废水中广泛存在,是对环境影响 较大的一些污染物质,如在废水中存在,我们也应对它进行监测。 3.特征性的污染成分 某些工业废水往往含本身所特有的、并对环境危害特别大的 污染成分。如农药厂的阿特拉津、乙草胺等,它们进入环境后往往 难以被降解,并对生态系统造成极大的危害,是“环境优先污染物 质”。对这类工厂所排废水中的这些成分应予以特别“关照”,监测 它在废水中的浓度及处理后的效果,并作为考察治理装置运行状 况及治理工艺是否合理的重要指标
第三章废水生物处理的原理 3-1微生物的特点与废水的生物处理 微生物是一类形体微小、结构简单、必须偕助显微镜才能看清 它们面目的生物。它既包括细菌、放线菌、立克次氏体、支原体、衣 原体、蓝细菌等原核微生物,也包括酵母菌、霉菌、原生动物微型 藻类等真核微生物,还包括非细胞型的病毒和类病毒。因此,“微 生物”不是分类学上的概念,而是一切微小生物的总称。 微生物具有哪些重要特点,值得我们如此重视它呢?它与废 水的处理有什么关系呢?这就是本章要讨论的问题。 3-1-1种类多、分布广、代谢类型多样 目前已确定的微生物种数还只有10万种左右,其中细菌、放 线茵约1500种。但近些年来,由于分离培养方法的改进,微生物 新种的发现正以很快的速度在增长。苏联微生物学家伊姆舍涅茨 基曾估计,“目前我们所了解的微生物总数,至多也不超过生活在 自然界中的微生物总数的10%”。如果这一估计不错的话,将来 的某一天,微生物的总数可能会超过目前动植物的种数之和。 在地球上,徽生物的分布可说是无微不至,无孔不入,无远不 达。微生物只怕“火”,地球上除了火山的中心区域外,从生物圈、 土壤、水圈直至大气圈岩石圈,到处都有微生物的足迹。例如,在 70年代,美国科学家发现了东太平洋深达1000m的海底温泉中 有一个不依赖太阳能的独特生态系统,支持这一生态系统的生产 者是一类硫细菌。它们以地壳中逸出的硫化氢气体为能源,以 CO2为碳源,在100℃高温、1140个大气压和厌氧条件下进行自养 生活。每毫升海水这类硫细菌的数量达100万-100亿个。大量 27
的硫细菌供养了海底特殊的蠕虫、蛤、贝和蟹等无脊椎动物 微生物的代谢类型极其多样,其“食谱”之广是任何生物都不 能相比的。凡自然界存在的有机物,都能被微生物利用、分解。例 如,假单胞菌属的某些种,甚至能分解90种以上的有机物,可利用 其中的任何一种作为唯一的碳源和能源进行代谢。有些微生物还 可利用有毒物质如酚、氰(腈)化物等作为营养。再如,汞是一种人 所共知的环境毒物,有一类微生物能使汞甲基化,进一步加大汞的 毒性和危害;又有另一类抗汞微生物,可使甲基汞变为元素汞,从 而可利用于回收汞,去除汞害。在废水处理中,我们能很容易找到 用于处理各种污染物质的微生物菌种。 3-1-2繁殖快 在生物界中,微生物具有最高的繁殖速度。尤其是以二分裂 方式繁殖的细菌,其速度更是惊人。例如,大肠杆菌和梭状芽孢杆 菌在最合适的条件下,20分钟可繁殖一代。如果它始终处在最适 宜的条件下,则一昼夜可由一个细菌产生47×10个后代,经48h 后可产生22×10个后代。假如一个细菌重量为10-12g,那么, 这里的总重量将达到22×103t。这个重量相当于4000个地球之 重。当然,由于种种限制,这种几何级数增殖速度最多也只能维持 几个小时。一般进行细菌的液体培养时,每毫升培养液内的细菌 浓度通常不超过103~103个。即使如此,微生物繁殖速度之快,也 可由此而见一斑。废水处理中我们能很快地将适合于处理废水中 污染物质的微生物加以繁殖(培菌),使之达到所需的数量。 3-1-3代谢强度大 由于微生物形体微小,表面积大,有利于细胞吸收营养物质和 加强新陈代谢。我们可用表面积和体积之比来表示生物的代谢活 跃程度。例如 乳酸杆菌 表面积/体积约为120000 28
鸡蛋 表面积/体积约为1.5 体重200磅的人表面积/体积约为03 有人计算,乳酸杆菌一小时内生成的乳酸约为其体重的1000 ~1000倍,但一个人如要产生相当于其体重1000倍的代谢物则 需40多年。利用这一特性,我们可使废水中的污染物质迅速地降 解 3-1-4数量多 由于微生物的营养谱极广,生长繁殖速度快,代谢强度大,因 此,凡有微生物生存的地方,它们通常都拥有巨大的数量。以下 些数字可说明环境中微生物数量之多 (1)土壤是微生物的“大本营”,其中细菌数量达数亿个/g,放 线菌孢子达数千万个/g,霉菌孢子达数百万个/g,酵母菌达数十万 个/g (2)全世界海洋中微生物的总重量约280亿te (3)人体肠道内菌体总数达100万亿个左右。 (4)新鲜叶子表面微生物数量达100多万个/g (5)人们使用的钞票,平均每张纸币上的细菌数多达90万 个,大肠杆菌检出率达879%。 (6)人的一个喷嚏约含菌4500~150000个,感冒患者的一个 喷嚏含细菌多达8500万个。 系列的调查数据表明,我们是生活在一个被大量微生物包 围着的环境中,只是因为肉眼不可见而常常“身在菌中不知菌”。 3-1-5易变异 微生物的个体一般呈单细胞或接近于单细胞,它们通常都是 单倍体,加之它们繁殖快、数量多,并与外界环境直接接触,因此, 微生物具有易变异的特点,即使变异频率十分低(如 10--10),也可在短时间内出现大量变异的后代。当环境变 29
化时,微生物会大批死亡,但存活下来的微生物往往会发生结构和 生理特性等的变异以适应变化了的环境。 近50年来,由于工业化的发展出现了大量人工合成的有机化 合物,如杀虫剂、除草剂、洗涤剂、增塑剂、塑料等。这些有机物对 地球来讲是新参加进来的成员。开始,微生物很难降解它们,但由 于微生物具有很强的变异性,近些年来,许多难降解的化合物已陆 陆续续地找到了能分解它们的微生物种类。微生物易变异的特点 固然会引起菌种的退化,会使致病菌对抗生素等产生抗药性,而给 人类带来许多不利;但人类也可利用微生物易变异的特点,在环境 保护中的废水生物处理时进行活性污泥驯化。此外,选育特定的 微生物,以分解难降解有机物等工作,也是这一特点的实际应用。 3-2天然污染水体的自净现象 如果一条河流有个污染物的排放点,当大量污染物由此流入 河流并顺流而下时,可看到:当河水流经一段距离后,有机污染物 逐渐得到降解,并恢复到原先洁净的状态。这一过程被称为天然 污染水体的自净现象。图3-1反映了受污染河流在自净过程中发 生的变化 污水进口 溶解氧 藻类 细菌 有机物 水流方向 原生动物 图31河流自净过程中水体中所起的变化