厌氧微生物对重金属的去除作用是以从污泥床中顶替微生物作为代价的,导致生物活性降低,同时发生污泥钙化现象,严重时可能造成颗粒污泥上浮,或污泥床压缩与沟流导致运行失败。同时,也有许多厌氧反应器处理渗滤液时能够长期高效运行,这与反应器的结构及运行方式有关。
Rumpf和Ferguson研究了UASB反应器中去除重金属离子的情况:溶解性的Cd、Cr、Co、Cu和Pb全部去除,Ca、Fe、Mn和Zn的去除率>94%以上,Mg、P和Ni的去除率分别为36%、79%和68%。由于缺少硫化物与磷化物,沉淀主要以碳酸盐为主,但金属离子优先以硫化物的形式沉淀。
好氧活性污泥通过沉淀、细胞外多聚物的吸附、胞内吸收等途径对废水中金属离子加以去除。通过对活性污泥系统的金属离子分配研究可知,Cd、Ni的去除主要是吸附而不是沉淀。活性污泥对Cd、Cr和Co的去除率较高,而对Ni、Zn的去除率一般都比较低并且变化大,沉淀是一个主要的去除机制。
3.2吸附法去除重金属离子
常用的吸附剂包括:活性炭、焦炭[24]、泥煤以及树脂等。泥煤具有吸附特定的金属离子的能力。Catherine[25]研究了泥煤对渗滤液中Al、B、Ba、Ca、Co、Fe、Mn和Zn等的吸附容量,结果如表5所示。泥煤对Al、B、Zn有很高的去除效率,对Mn的去除效率不高,对Ca、Co、Fe的去除率波动较大。采用吸附法去除重金属时吸附剂的用量很大,渗滤液中的污染物会很快使其饱和失效,运行操作强度也较大。
表5泥煤对重金属离子的吸附容量(mg/kg干泥炭)
3.3混凝沉淀去除技术
Dorthe等[4]对丹麦4个有混凝工艺的渗滤液处理厂进行研究表明,重金属去除效果均不理想:重金属B在混凝前后几乎没有变化;在低pH条件下,有利于Cr、Cu、Ni、Mo和Sn的混凝去除;在高pH条件下,有利于Zn的混凝去除。而在纯重金属溶液中,As、Cd、Ni、Cu、Pb、Sn和Zn在高pH条件下得到较好去除;As、Cr、Sb和Sn在较低pH条件下得到较好去除。可见存在于渗滤液中的重金属与纯溶液中的重金属性质产生了差异。
3.4膜分离技术
纳滤与反渗透技术可以有效地去除渗滤液中的重金属离子,以反渗透的效果最佳,但其操作压力在2MPa以上,建设费用与运行维护费用都很高。Pe2ters[26]研究表明,德国Ihlenberg垃圾填埋场采用2级反渗透装置处理渗滤液,处理量为36m3/h,重金属的总去除率达到了98%。
Angelo等[27]的研究表明,在应用反渗透处理渗滤液时,渗滤液中的有机物浓度对重金属去除的影响与重金属的性质有关。在所调查的重金属中,随着有机物浓度的提高Cu与Zn去除率受到较大的影响,但Cd的去除受到的影响很小,其去除率一直高于99.5%。尽管如此,当操作压力由2MPa提高到5MPa时,Cu、Zn的去除率由96%提高到了98%。
4结论
Ni、Co、Mo、Zn、Mn、Cu和Fe等重金属离子是微生物生长代谢必需的微量营养元素,是许多酶的辅助因子,只有达到一定浓度才会产生抑制作用。Cd、Cr、Hg、Pb和As等重金属离子没有已知的或假定的生物功能,在细胞中可能产生较大的毒性。不加区别的去除重金属离子不仅造成浪费,而且可能导致生化处理失败。
应充分掌握特定渗滤液中重金属离子的种类和含量,如果对重金属离子加以控制或去除,就应注意重金属离子的双重作用,根据要去除重金属离子种类和去除程度来选择处理工艺,防止造成微量有益重金属离子缺乏。
同一种重金属离子对不同微生物的抑制作用不同,而同一种微生物对不同的重金属离子的敏感度也不同。通过驯化可以提高微生物对某些重金属离子的抗毒性。
参考文献略