关于生物法处理电镀废水技术的探讨
来源：本站时间：2018/11/28 10:56:39
1.引言
工业废水处理一直是热门的研究课题，尤其是在生产过程中，电镀行业不断往江河排入的废水含有大量的污染物，如铬、铜、镍等重金属离子、氰化物等剧毒物质以及大量的有机污染物，严重破坏环境。随着化学法和物理法处理电镀废水研究的不断开展，不足之处也是日益明显，对机械化程度的依赖性越来越高，工艺流程相对复杂，并且需要消耗大量原料，造成废渣量大。然而，采用生物法来处理电镀废水的研究相对较少。此外，生物法也是一种21世纪高新技术，相对化学法所具有相当多的优势，如污泥含量少等，因此，生物法的发展空间非常大，在不久的将来将会取代化学法和物理法。
从生物法处理电镀废水的机理进行分类，可分为四类：（1）生物吸附法；（2）植物处理法；（3）生物絮凝法。由此可知，本文将按上述方法进行分类，同时，结合绿色化学的基本原则和要求，介绍了生物法处理电镀废水的研究进展。
2. 生物法处理电镀废水
2.1 生物吸附法
生物吸附法是通过生物体本身的化学结构，以及自身成分的特性来吸附与水中相溶的金属离子，如铜离子，再采用固液两相法分离和去除水溶液中的金属离子。通过胞外聚合物分离金属离子，在生长过程中部分细菌释放出蛋白质，能使溶于水中的重金属离子变为沉淀物，从而达到去除的目的。生物吸附剂具有许多优点，例如取材方便、物美价廉、吸附能力强、容易回收贵重金属等，已被广泛应用于许多领域。曾经有报道，腐植酸钠是价格比较低的吸附剂，可以把腐植酸做成腐植酸树脂，进一步处理含Cr、含Ni的电镀废水。据相关研究的表明，对于重金属离子，壳聚糖类物质是一种良好吸附剂。当壳聚糖树脂交联后，它可多次使用，次数达到10次以上，而它的吸附容量也没有明显降低。2001年，北京化工大学的一个课题组曾经采用壳聚糖制备生物吸附剂，来处理电镀废水，取得非常好的效果，并可以实际应用在多个地方。该研究成果已经获得北京市科学技术发明一等奖。
不仅如此，一方面根据细胞依赖新陈代谢的程度，生物吸附机理也可以分成两类，第一类是不依赖新陈代谢，第二类是依赖新陈代谢。
不依赖新陈代谢就是死细胞吸附金属，而死的生物细胞以络合、鳌合、协同、离子交换、物理吸附、沉淀等方法去除废水中的金属。生物吸附金属是属于物理化学现象，吸附速度相当快，而且能可逆进行，其与活性炭或离子交换树脂的化学吸附性质相类似，能应用到工业领域。另一方面，生物吸附在废水中脱除金属的方式也不同，由此可以分成：细胞内富集、细胞外富集/沉淀以及细胞表面吸附/沉淀等三类。经研究表明，对于真菌和海藻吸附等生物吸附，离子交换占主导地位，因为它能提供了很多活性基团，例如硫酸盐、梭基、胺盐、磷酸盐，从而产生离子交换。在此过程中，它可能存在以上一种作用方式或者几种机理同时作用。
依赖新陈代谢只能发生在生物的活细胞，当生物吸附金属时，通过穿透细胞膜发生新陈代谢，从而进入细胞内富集，它对金属同时具有絮凝作用，由此以沉淀的方式使金属从废水中去除。
生物吸附法处理电镀废水，包含两个重要环节，第一，对重金属的吸附；第二，生物吸附剂吸附重金属离子后，能与水相发生分离。因而，用于处理电镀废水的微生物不仅具有吸附性能，而且能高效地进行固液分离。
由于废啤酒酵母有非常好的沉淀性能，其表面也有一定的疏水性。2008年，东北大学魏德州课题组以废啤酒酵母及水洗预处理的废啤酒酵母为吸附剂，利用它们把电镀废水中少量的重金属离子富集在颗粒状基质上，并在不添加化学药品的条件下进行浮选分离，通过生物吸附法去除废水中的重金属离子，同时回收铜、锌、镉等多种金属。
图1 生物吸附法处理电渡废水回收重金属的工艺流程图
2.2 植物处理法
植物处理法的定义是采用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用，进一步降低电镀废水中重金属含量，从而达到治理电镀废水、修复江河的目的。植物处理法是一种有效的生态工程治理环境方法，也是一种生物技术处理电镀废水的延伸方法。植物处理电镀废水主要由三部分组成：第一，电镀废水中能被金属积累植物或超积累植物吸取、沉淀或富集；第二，电镀废水被金属积累植物或超积累植物降低有毒金属活性；第三，通过金属积累植物或超积累植物可以将土壤中或水中的重金属重新分离和萃取出来，富集并输送到植物根部和植物地上枝条部分，在收割时可以得到这些重金属。通过这种方法，可以收获或移去已积累和富集重金属植物的枝条，并降低电镀废水中的重金属浓度。这种技术中能利用的植物包括藻类、草本植物、木本植物等。
尽管生物膜法或活性污泥法是最常用和最有效的处理污水方法, 但其费用高昂, 仅仅可以适用于人口密集的城市和工业区，在人口稀疏的地区是无法行得通的，更加亟需寻找廉价而又高效的方法来代替。这些方法有以下三种，如根区法、沼泽塘法、天然生长的植物系统处理污水等。
首先是根区法，其中芦苇床系统的研究是最多, 也是效果最明显。该系统只需要一个主过滤池,并在过滤池的两端各建一个布水槽, 从而辅助进水沟均匀分布和收集出水, 它采用砾石、土壤、砂或者三者的混合物作填料,芦苇作为种植的植物。
1987年，Cooper和Boon提出了RZM系统的设计方案和操作技术体系，基本要点主要包括以下四点：
（1）在芦苇床的修建时应采用封底, 从而防止污水向地下渗漏；
（2）芦苇床的底面需要保持一定的坡度,提供一种自然力，增强污水的流动性；
（3）在芦苇生长的第一季节时, 即从8-1 0月份,使芦苇床内的水位保持较低水平, 有利于根系最大程度地向纵方向延伸；
（4）在系统运行的初期，应保持较低的流速, 随着芦苇的生长和根际系统的成熟，流速逐渐增大和增加负荷, 2-3年后，床内根区系统发育完全后, 才能满足设计要求。
芦苇床面积的计算方法按下列公式:
Ah= 5 * Q d ( ln C0 - lnC1)
Q d ：污水的日处理量( m3 )
c 0：进水的平均B O D 值( mg /1 )
c 1：出水需达到的平均B O D值( mg /1 )
芦苇床的截面面积按下列公式确定：
Qs ：单位时间内的水流量(m3 / s )
K f：充分发育的芦苇床的水力传导度(m/s )
d H / d s ：芦苇床底面的坡度(m/m)
曾在1984年，Greiner 和de Jong认为植物处理法是基于如下一些原理:
（1）电镀废水中的有机污染物在植物根、茎上的微生物和游离微生物下分解；（2）电镀废水中的硝化和反硝化作用；
（3）电镀废水中的磷酸根随着废水流过床体而栽培在填料所固结；
（4）植物根系对电镀废水的营养进行吸收。
图2 植物处理法处理电镀废水的机理
2.3生物絮凝法
生物絮凝法的含义是在微生物或微生物产生的代谢物下，对电镀废水进行絮凝沉淀的一种除污方法。与此同时，微生物絮凝剂是一类由微生物产生，并可以分泌到细胞外，含有絮凝活性的代谢物。其中包括多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质，而且含有多种官能团。另外，它能使电镀废水中胶体悬浮物，发生凝聚和沉淀。迄今为止，它对重金属有絮凝作用，约有十几种， Cu2+、Fe3+、Cd2+、Cr3十等重金属离子可与它的氨基和羟基等亲水性基团，进一步形成稳定的鳌合物，从而沉淀下来。采用微生物絮凝法处理电镀废水，有相当多特点，无毒、方便、安全，不会产生二次污染，絮凝效果特别好，而且生长快、容易实现工业化。
图3 生物絮凝法处理电镀废水工艺
3.结语
生物法处理电镀废水技术作为一种新颖的废水处理技术,以其独特优势独占鳌头，正在不断吸引人们的关注。随着生物工程取得举世瞩目的进步，生物法应用于处理电镀废水也有着相当大的空间和广阔的发展前景。
参考文献：
[1] 叶恒朋, 陆少鸣, 汪晓军. 微生物法处理电镀废水技术概况与展望[J]. 环境技术, 2002, 20(5): 31-34.
[2] 李科德, 胡正嘉. 用水生植物处理污水[J]. 国外农业环境保护, (4): 28-33.
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