抗生素藥廠廢水處理研究報(bào)告
摘要：本文通過對(duì)抗生素藥物廢水處理的研究，闡述了廢水對(duì)環(huán)境的危害，和廢水處理的必要性和現(xiàn)階段我國使用的處理方法和未來預(yù)測(cè)可以使用的方法前景。抗生素類藥品是目前應(yīng)用最為廣泛的藥物之一，在其生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水具有COD濃度高、色度及味度大、硫酸鹽濃度高、難于生物降解等特點(diǎn)。方法主要有混凝預(yù)處理和生化處理。
關(guān)鍵詞：抗生素；廢水處理；研究
概述
抗生素：抗生素是微生物、植物、動(dòng)物在其生命活動(dòng)過程中產(chǎn)生的化合物，是具有在低濃度下選擇性地抑制或殺滅它種微生物或腫瘤細(xì)胞能力的化學(xué)物質(zhì)，是人類控制感染性疾病、保障身體健康及防治動(dòng)植物病害的重要藥物？股氐纳a(chǎn)以微生物發(fā)酵法進(jìn)行生物合成為主，即通過微生物將培養(yǎng)基中某些分解產(chǎn)物合成具有強(qiáng)大抗菌素或抑菌作用的藥物。
抗生素生產(chǎn)廢水水質(zhì)特征：抗生素廢水可分為：提取廢水、洗滌廢水和其他廢水。該類廢水成份復(fù)雜，有機(jī)物濃度高，溶解性和膠體性固體濃度高，PH值經(jīng)常變化，溫度較高，帶有顏色與氣味，懸浮物含量高，含有難降解物質(zhì)和有抑菌性作用的抗生素，并且有生物毒性。其具體特征如下:
①COD濃度高
其中主要為發(fā)酵殘余基質(zhì)及營養(yǎng)物、溶媒提取過程的萃余液，經(jīng)溶媒回收后排出的蒸餾釜?dú)堃海x子交換過程排出的吸附廢液，水中不溶性抗生素的發(fā)酵濾液，以及染菌倒罐廢液等。這些成分濃度較高.
②廢水的SS濃度高
其中主要為發(fā)酵的殘余培養(yǎng)基質(zhì)和發(fā)酵產(chǎn)生的微生物絲菌體。
③存在難生物降解和有抑菌作用的抗生素類毒性物質(zhì)
④硫酸鹽濃度高（一般認(rèn)為好氧條件下硫酸鹽的存在對(duì)生物處理沒有影響，但對(duì)厭氧生物處理有抑制作用。）
⑤水質(zhì)成份復(fù)雜
中間代謝產(chǎn)物、表面活性劑和提取分離中殘留的高濃度酸、堿、有機(jī)溶劑等原料成分復(fù)雜，易引起pH波動(dòng)，影響生物反應(yīng)活性。
⑥水量小且間歇排放，沖擊負(fù)荷較高
由于抗生素分批發(fā)酵生產(chǎn)，廢水間歇排放，所以其廢水成分和水力負(fù)荷隨時(shí)間也有很大的變化，這種沖擊給生物處理帶來極大的困難。
處理方法
1、混凝預(yù)處理
抗生素廢水的濁度和懸浮物濃度較高，因而在水質(zhì)預(yù)處理部分采用混凝法預(yù)處理，去除高懸浮物和濁度，以便使水質(zhì)史適宜進(jìn)行后續(xù)生物處理。
混凝的基本原理
混凝澄清是給水和廢水處理實(shí)踐中的一種常用的單元操作它是指在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚為絮凝體，然后予以分離除去的水處理方法。膠體溶液或懸浮液穩(wěn)定的原因是：固體微粒的粒度太細(xì)，同時(shí)帶有同性電荷形成布朗運(yùn)動(dòng)；另外，溶液中還有一種親水的膠體，它是可溶性的大分子，如蛋白質(zhì)、淀粉和腐植酸等，它們的分子上都帶有親水的極性基團(tuán)如一OH、一COOH、一NH3等對(duì)水具有較強(qiáng)的親和力，在分子的周圍保持較厚的水層，能發(fā)生膨脹，有形成真溶液的傾向。膠體或懸浮液形成分散體系就是依靠細(xì)微粒度，荷同性電荷以及在水中的溶解作用而形成穩(wěn)定狀態(tài)的，因而必須投加混凝劑來破壞他們的穩(wěn)定性，使其相互聚集為數(shù)百微米以至數(shù)毫米的絮凝體，才能予以除去。混凝就是在混凝劑的離解和水解產(chǎn)物的作用下，使水中膠體污染物質(zhì)和細(xì)微懸浮物脫穩(wěn)并聚集為具有可分離性的絮凝體的過程，其中包括凝聚和絮凝兩個(gè)過程，統(tǒng)稱為混凝。
混凝的作用機(jī)理
在混凝處理中，主要是通過壓縮雙電層和電性中和機(jī)理起作用的。
凝聚作用
凝聚作用是指加入無機(jī)電解質(zhì)，通過電性中和作用，壓縮雙電層，降價(jià)了ζ電位，減少微粒間的排斥能，解除布朗運(yùn)動(dòng)，使微粒能夠靠近接觸而聚集在一起的作用。
絮凝作用
有機(jī)絮凝劑是一種高分子聚合物，它的分子量很大，通過長碳鏈上的一些活性官能團(tuán)可以吸附在分散體系中的微粒上。由于該聚合物是較長的線狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)高分子化合物中都有許多官能團(tuán)，可以在同一個(gè)分子吸附多個(gè)微粒，因而它在微粒之間起了架橋的作用，可以將許多微粒連結(jié)在一起形成一個(gè)絮團(tuán)，這個(gè)絮團(tuán)不斷變成較大原絮團(tuán)，因而加快了微粒的沉降速度。
混凝預(yù)處理對(duì)原水中的COD及硫酸鹽濃度的影響
在進(jìn)行混凝預(yù)處理時(shí)，除了希望通過混凝預(yù)處理去除較高的SS外，還希望能夠同時(shí)去除水中的高濃度COD及某些生物抑制性物質(zhì)，如硫酸鹽。由于在進(jìn)行水質(zhì)保存時(shí)，引入了硫酸根離子，根據(jù)前述內(nèi)容可知，抗生素制藥廢水中主要的生物抑制性物質(zhì)就是硫酸鹽。因而，在預(yù)處理部分，混凝預(yù)處理過程對(duì)COD及硫酸鹽濃度變化的影響。隨沉降時(shí)間的延長，COD及硫酸鹽的去除率均會(huì)逐漸地增大，這主要是因?yàn)殡S著沉降時(shí)間的延長，不溶性的COD附著在絮凝體上而不斷下沉，最終被除去的緣故。硫酸鹽的去除為下一步的厭氧生物處理提供了便利，降低硫酸鹽濃度，從而減少硫酸鹽還原菌作用后生成的硫化氫不能及時(shí)地外排而造成對(duì)厭氧微生物的毒害作用。
2、廢水的好氧生物處理
廢水的好養(yǎng)生物處理原理
好氧生物處理是在提供游離氧的前提下，以好氧微生物為主，使有機(jī)物降解，穩(wěn)定的無害化處理方法。廢水中存在的各種有機(jī)污染物，以膠體狀、溶解狀的有機(jī)物為主，作為微生物的營養(yǎng)源。這些高能位的有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，逐級(jí)釋放能量，最終以低能位的無機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定下來。有機(jī)物被微生物攝取后，通過代謝活動(dòng)，有機(jī)物一方面被分解、穩(wěn)定，并提供微生物生命活動(dòng)所需的能量；另一方面被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)的組成部分，即微生物自身生長繁殖。這一部分就是廢水生物處理中的活性污泥或生物膜的增長部分，通常稱為剩余活性污泥。
活性污泥法的基本流程
活性污泥法是一種應(yīng)用最廣的廢水好氧生物處理技術(shù)，它是指將空氣連續(xù)鼓入大量溶解有機(jī)污染物的廢水中，經(jīng)過一段時(shí)間，水中即形成生物絮凝體一活性污泥，在活性污泥上棲息、生活著大量的好氧微生物，這種微生物以溶解有機(jī)物為食料，獲得能量，并不斷增長，使廢水得到凈化。它由曝氣池、二次沉淀池、曝氣系統(tǒng)及污泥回流系統(tǒng)等組成。由初次沉淀池流出的廢水與二次沉淀池底部回流的活性污泥同時(shí)進(jìn)入曝氣池，在曝氣池的作用下，混合液得到足夠的溶解氧并使活性污泥和廢水充分接觸，廢水中的可溶性有機(jī)污染物為活性污泥所吸附并為存活在活性污泥上的微生物群體所分解，使廢水得到凈化。
活性污泥處理系統(tǒng)有效運(yùn)行的基本條件是：
(l)廢水中含有足夠的可溶性易降解有機(jī)物，作為微生物生理活動(dòng)所必需的營養(yǎng)物質(zhì)；(2)混合液含有足夠的溶解氧；(3)活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，能夠充分地與廢水相接觸；(4)活性污泥連續(xù)回流，及時(shí)地排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污泥；(5)沒有對(duì)微生物有毒害作用的物質(zhì)進(jìn)入。
活性污泥法的凈化過程
在正常發(fā)育的活性污泥的微生物體內(nèi)，存在著由蛋白質(zhì)、碳水化合物和核酸組成的生物聚合物，這些生物聚合物是帶有電荷的電介質(zhì)。因此，由這種微生物形成的生物絮凝體，都具有生理、物理、化學(xué)吸附作用和凝聚、沉淀作用，在其與廢水中呈懸浮狀和膠休狀的有機(jī)污染物接觸后，能夠使后者失穩(wěn)、凝聚，并被吸附在活性污泥表面。
活性污泥具有很大的表面積，能夠與混合液廣泛接觸，在較短的時(shí)間內(nèi)，通過吸附作用，就能夠除去廢水中大量的呈懸浮和膠體狀的有機(jī)污染物，使廢水的COD值大輻度地下降。
小分子有機(jī)物能夠直接在透膜酶的催化作用下，透過細(xì)胞壁被攝入細(xì)菌體內(nèi)，但大分子有機(jī)物則首先被吸附在細(xì)胞表面，在水解酶的作用下，水解成小分子后再被攝入到細(xì)胞體內(nèi)。一部分被吸附的有機(jī)物可能通過污泥排放被去除。
曝氣的原理
曝氣是采用一定的技術(shù)措施，通過曝氣裝置所產(chǎn)生的作用，使混合液處于強(qiáng)烈攪動(dòng)的狀態(tài)，并使空氣中的氧轉(zhuǎn)移到混合液中去？諝庵械难跸蚧旌弦褐械霓D(zhuǎn)移一般是以劉易斯和惠特曼的雙膜理論為基礎(chǔ)。雙膜理論的主要論點(diǎn)是:當(dāng)氣、液兩相接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸界面的兩側(cè)，存在著氣體與液體的邊界層，即氣膜和液膜，氣膜和液膜間相對(duì)運(yùn)動(dòng)屬于層流，而在其外的兩相體系中均為紊流。氧的轉(zhuǎn)移是通過氣、液膜間進(jìn)行的分子擴(kuò)散和在膜外進(jìn)行的對(duì)流擴(kuò)散完成的。對(duì)難溶于水的氧來說，分子擴(kuò)散的阻力大于對(duì)流擴(kuò)散，傳遞的阻力主要集中在液膜上:由氣膜中存在的氧分壓梯度和液膜中存在的氧濃度梯度，形成了氧的轉(zhuǎn)移推動(dòng)力。
3、廢水的厭氧處理
廢水的厭氧處理原理
廢水的厭氧處理是在沒有游離氧的情況下，以厭氧微生物為主對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解，穩(wěn)定的一種無害化處理方法[。在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的化合物，同時(shí)釋放能量。其中，大部分能量以CH4的形式出現(xiàn)，可回收利用。同時(shí)，僅少量有機(jī)物被轉(zhuǎn)化，合成新的細(xì)胞組成部分。
厭氧處理的發(fā)展
1896年人們?cè)谡J(rèn)識(shí)到沼氣的產(chǎn)生是一個(gè)微生物學(xué)過程的基礎(chǔ)上，發(fā)明了第一座用于處理生活污水的厭氧消化池。40年代，在澳大利亞出現(xiàn)了連續(xù)攪拌的厭氧消化池，改善了厭氧污泥與廢水的混合，提高了處理效率。50年代中期，出現(xiàn)了厭氧接觸反應(yīng)器，這種反應(yīng)器是在連續(xù)攪拌反應(yīng)器的基礎(chǔ)上于出水沉淀池中增設(shè)了污泥回流裝置，使部分厭氧污泥又重新回到反應(yīng)器中，從而使SRT大于HRT，處理效率與負(fù)荷顯著提高。至60--70年代，先后出現(xiàn)了厭氧濾器與升流式厭氧污泥床，推動(dòng)了以微生物固定化和提高污泥和廢水混合效率為基礎(chǔ)的一系列新的高速厭氧反應(yīng)器的研究與發(fā)展，出現(xiàn)了厭氧流化床及膨脹顆粒污泥床等厭氧反應(yīng)器。
厭氧處理的原理
第一階段，可稱為水解、發(fā)酵階段。復(fù)雜有機(jī)物在微生物的作用下進(jìn)行水解發(fā)酵。水解可定義為復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體的過程。高分子有機(jī)物因相對(duì)分子質(zhì)量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用，因此它們?cè)诘谝浑A段被細(xì)胞外酶分解為小分子。如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶水解為麥芽糖和葡萄糖，這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。而后，這些物質(zhì)在發(fā)酵細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更簡(jiǎn)單的化合物并被分泌到細(xì)胞外。發(fā)酵是有機(jī)化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中，溶解性有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、酸類、乳酸、CO2、H2、H2S、甲胺等。與此同時(shí)，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)。酸化過程是由大量的、多種多樣的發(fā)酵細(xì)菌完成的。其中重要的類群有權(quán)梭狀芽孢桿菌和擬桿菌。它們大多是嚴(yán)格厭氧的，但通常有約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環(huán)境中，這些兼性厭氧菌能夠保護(hù)嚴(yán)格厭氧菌免受氧的損害與抑制。
第二階段，稱為產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段，是由一類專門的細(xì)菌，稱為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁一酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、C02、H2。
在標(biāo)準(zhǔn)條件卜，乙醇、丁酸和丙酸不會(huì)被降解，因?yàn)樵谶@些反應(yīng)中不產(chǎn)生能。但氫濃度的降低可使這些反應(yīng)導(dǎo)向產(chǎn)物方向。在運(yùn)轉(zhuǎn)良好的反應(yīng)器中，氫的分壓一般不高于lOPa，平均值約為0. 1 Pa。當(dāng)作為反應(yīng)產(chǎn)物之一的氫的分壓如此之低時(shí)，乙醇、丁酸和丙酸的降解則可以產(chǎn)生能，即反應(yīng)的實(shí)際自由能成為負(fù)值。
在由氫和二氧化碳形成甲烷時(shí)，只有在產(chǎn)乙酸產(chǎn)生的氫被產(chǎn)甲烷菌有效利用時(shí)，系統(tǒng)中氫才能維持在很低的分壓。根據(jù)平均氫分壓可以計(jì)算出反應(yīng)器里一個(gè)氫分子平均在0. 5s以內(nèi)被消耗，這意味著氫分子在其產(chǎn)生后僅僅能移動(dòng)0. 1 mm的距離。也說明這種生化反應(yīng)需要密切的共生關(guān)系存在于菌種之間。這種現(xiàn)象稱為“種間氫傳遞”。不僅存在著氫的傳遞，有跡象證明“種間甲酸傳遞”也是相當(dāng)重要的。
第三階段，稱為產(chǎn)甲烷階段。由產(chǎn)甲烷菌利用乙酸、H2、C02，產(chǎn)生CH4。
在厭氧反應(yīng)器中，所產(chǎn)甲烷的大約70%由乙酸歧化菌產(chǎn)生。在反應(yīng)中，乙酸中的羧基從乙酸分子中分離，甲基最終轉(zhuǎn)化為甲烷，羧基轉(zhuǎn)化為二氧化碳，在中性溶液中，二氧化碳以碳酸氫鹽的形式存在。
已知利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌是索氏甲烷絲菌和巴氏甲烷八疊球菌。兩者的生長速率有較大的區(qū)別。當(dāng)乙酸濃度較低時(shí)，索氏甲烷絲菌較巴氏甲烷八疊球菌優(yōu)勢(shì)生長。由于索氏甲烷絲菌對(duì)底物有更高的親和力，在廢水處理中可能取得較高的有機(jī)物去除率，且索氏甲烷絲菌的生長有利于形成品質(zhì)良好的顆粒污泥。因此這種優(yōu)勢(shì)生長對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行是非常有利的。
厭氧消化微生物
1、發(fā)酵細(xì)菌(產(chǎn)酸細(xì)菌)
主要包括梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、真菌屬和雙歧桿菌屬等。
這類細(xì)菌的書要功能是先通過胞外酶的作用將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物，再將可溶性的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成脂肪酸、醇類等。研究表明，該類細(xì)菌對(duì)有機(jī)物的水解過程相當(dāng)緩慢，pH和細(xì)胞平均停留時(shí)間等因素對(duì)水解速率的影響很大。不同的有機(jī)物的水解速率不同，如類脂的水解就很困難。因此當(dāng)處理的廢水中含有大量類脂時(shí)，水解就會(huì)成為厭氧消化過程的限速步驟。但產(chǎn)酸的反應(yīng)速率較快，并遠(yuǎn)高于產(chǎn)甲烷反應(yīng)。
發(fā)酵細(xì)菌大多數(shù)為專性厭氧菌，按其代謝功能，發(fā)酵細(xì)菌可分為纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋自質(zhì)分解菌和脂肪分解菌。
2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌
產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌包括互營單胞菌、互營桿菌屬、梭菌屬和暗桿菌屬等。這類細(xì)菌能把各種揮發(fā)性脂肪酸降解為乙酸和H2。
3、產(chǎn)甲烷細(xì)菌
產(chǎn)甲烷菌分為兩類:一類主要利用乙酸產(chǎn)生甲烷，另一類數(shù)量較少，利用氫和二氧化碳的合成生成甲烷。
難生物降解有機(jī)物的厭氧處理
Giger和Robert定義“難生物降解”為:如果一個(gè)化合物在一種特定的環(huán)境下，經(jīng)歷任意長時(shí)間仍保持它的同一性，就可將這個(gè)化合物定義為難生物降解化合物。這其中也包括某些可以生物降解的化學(xué)品，在某些環(huán)境條件下可能變成難生物降解物質(zhì)。
難生物降解的有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)阻止了各種不同程度的微生物降解。慶幸的是在當(dāng)今越來越快的產(chǎn)生難生物降解有機(jī)物的同時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)全新的厭氧生物技術(shù)，即難生物降解物質(zhì)共代謝幾級(jí)處理。許多含有一低濃度難生物降解有機(jī)物的工業(yè)廢水具有足夠的BOD和COD，可作為一級(jí)基質(zhì)供二級(jí)代謝，而不需要向廢水中補(bǔ)充其他電子供體。
對(duì)于二級(jí)代謝，要求一級(jí)基質(zhì)和二級(jí)基質(zhì)有一定的比值。對(duì)某些氯化脂肪族化合物一級(jí)基質(zhì)和氯化脂肪族化合物的重量比為30~300。如果廢水中本身沒有一級(jí)基質(zhì)，則可以補(bǔ)充像甲醇這樣的物質(zhì)作為電了供體或共代謝物。此外，對(duì)于許多難生物降解物質(zhì)，一級(jí)基質(zhì)和二級(jí)基質(zhì)(難生物降解化合物)的比值比進(jìn)水中難生物降解化合物的絕對(duì)濃度更為重要。
厭氧反應(yīng)中的硫酸鹽還原
在處理含硫酸鹽或亞硫酸鹽廢水的厭氧反應(yīng)器中，這些含硫化合物會(huì)被細(xì)菌還原。硫酸鹽和亞硫酸鹽會(huì)被硫酸鹽還原菌(SRB)在其氧化有機(jī)污染物的過程中作為電子受體而加以利用。SRB將硫酸鹽和亞硫酸鹽還原為硫化氫，會(huì)使甲烷產(chǎn)量減少。
根據(jù)所利用底物的不同，SRB可被分為三類:
氧化氫的硫酸鹽還原菌(HSRB)；
氧化乙酸的硫酸鹽還原菌(ASRB);
氧化較高級(jí)脂肪酸的硫酸鹽還原菌(FASRB)。
有機(jī)物的降解中少量硫酸鹽的存在不會(huì)影響處理過程，但與甲烷相比，硫化氫在水中的溶解度要大得多，每克以硫化氫形式存在的硫相當(dāng)于2克COD，因而在處理含硫廢水時(shí)，盡管有機(jī)物的氧化已相當(dāng)不錯(cuò)，COD的去除率卻不令人滿意。
4、抗生素廢水的活性炭吸附
活性炭水處理的特點(diǎn)
活性炭吸附技術(shù)用于醫(yī)藥、化工及食品工業(yè)等方面，在國內(nèi)外有多年的歷史；钚蕴克幚淼奶攸c(diǎn)為:
1、活性炭對(duì)水中有機(jī)物有卓越的吸附特性
由于活性炭具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，因此對(duì)水中溶解的有機(jī)污染物，如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等具有較強(qiáng)的吸附能力，而且對(duì)用生物法和其它化學(xué)法難以去除的有機(jī)污染物，如色度、異臭、亞甲藍(lán)表面活性物質(zhì)、除草劑、殺蟲劑、農(nóng)藥、合成洗滌劑、合成染料、胺類化合物及許多人工合成的有機(jī)化合物等都有較好的去除效果。
2、活性炭對(duì)水質(zhì)、水溫及水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，對(duì)同一種有機(jī)物污染物的污水，活性炭在高濃度或低濃度時(shí)都有較好的去除效果。
3、活性炭對(duì)某些重金屬化合物也有較強(qiáng)的吸附能力，如汞、鉛、鐵、鎳、鉻、鋅、鉆等，因此，活性炭用于電鍍廢水、冶煉廢水處理上也有很好的效果。
4、活性炭水處理裝置占地面積小，易于自動(dòng)控制，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。
5、飽和炭可經(jīng)再生后重復(fù)使用，不產(chǎn)生二次污染。
6、可回收有用物質(zhì)，如處理高濃度含酚廢水，用堿再生后可回收酚鈉鹽。
活性炭吸附的基礎(chǔ)理論
固體表面由于存在著未平衡的分子引力或化學(xué)鍵力，而使所接觸的氣體或溶質(zhì)被吸引并保持在固休表面上，這種表面現(xiàn)象稱為吸附。固體都有一定的吸附作用，但具有實(shí)用價(jià)值的吸附劑是比表面積較大的多孔性固體。活性炭就因?yàn)榫哂休^大的比表面積而具有較高的吸附能力，可用作吸附劑。
吸附劑與被吸附物質(zhì)之間是通過分子間引力(即范德華力)而產(chǎn)生吸附的，稱為物理吸附;吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起吸附的，稱為化學(xué)吸附離子交換吸附是指一種吸附質(zhì)的離子，由于靜電引力，被吸附在吸附劑表面的帶電點(diǎn)上。
活性炭的吸附速度
吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。在廢水中，吸附速度決定了廢水和吸附劑的接觸時(shí)間。吸附速度越快，所需的接觸時(shí)間越短，吸附設(shè)備容積也越小。
吸附速度決定于吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附過程。多孔吸附劑對(duì)溶液中吸附質(zhì)吸附過程基本上可分為三個(gè)連續(xù)階段:第一階段稱為顆粒外部擴(kuò)散階段，吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面:第二階段稱為顆粒孔隙擴(kuò)一散階段，吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散:第三階段稱為吸附反應(yīng)階段，吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的表面上。一般而言，吸附速度主要由膜擴(kuò)散速度或孔隙擴(kuò)散速度來控制。
由實(shí)驗(yàn)得知，顆粒外部膜擴(kuò)散速度與溶液濃度成正比。對(duì)一定重量的吸附劑，膜擴(kuò)散速度還與吸附劑的表面積的大小成正比。因?yàn)楸砻娣e與顆粒直徑成反比，所以顆粒直徑越小，膜韋、一散速度就越大。另外，增加溶液和顆粒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，會(huì)使液膜變薄，可以提高膜擴(kuò)散速度。
孔隙擴(kuò)散速度與吸附劑孔隙的大小及結(jié)構(gòu)、吸附質(zhì)顆粒大小及結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。一般來說，吸附劑顆粒越小，孔隙擴(kuò)散速度越快，即擴(kuò)散速度與顆粒直徑的的較高次方成反比。因此，采用粉狀吸附劑比粒狀吸附劑有利。其次，吸附劑內(nèi)孔徑大可使孔隙擴(kuò)散速度加快，但會(huì)降低吸附量。
影響活性炭吸附的因素
1、吸附劑的理化性質(zhì)
吸附劑的種類不同，吸附效果也不一樣。一般是極性分子(或離子)型的吸附劑容易吸附極性分了(或離子)型的吸附質(zhì)，非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性分子型的吸附質(zhì)。由于吸附作用是發(fā)生在吸附劑的內(nèi)外表面上，所以吸附劑的比表面積越大，吸附能力就越強(qiáng)。另外，吸附劑的顆粒大小、孔隙構(gòu)造和分布情況，以及表面化學(xué)特性等，對(duì)吸附也有很大的影響。
2、吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)
吸附質(zhì)在廢水的溶解度對(duì)吸附有較大的影響。一般來說，吸附質(zhì)的溶解度越低，越容易吸附。吸附質(zhì)的濃度增加，吸附量也是隨之增加:但濃度增加到一定程度后，吸附量增加很慢。如果吸附質(zhì)是有機(jī)物，其分子尺寸越小，吸附反應(yīng)就進(jìn)行得越快。
3、廢水的pH值
pH值對(duì)吸附質(zhì)在廢水中的存在形態(tài)(分子、離子、絡(luò)合物等)和溶解度均有影響，因而其吸附效果也就相應(yīng)地有影響。廢水pH值對(duì)吸附的影響還與吸附劑性質(zhì)有關(guān)。例如，活性炭一般是在酸性溶液中比在堿性溶液中有較高的吸附率。
4、溫度
吸附反應(yīng)通常是放熱的，因此溫度越低對(duì)吸附越有利。但在廢水處理中，一般溫度變化不大，因而溫度對(duì)吸附過程影響很小，實(shí)踐中通常在常溫下進(jìn)行吸附操作。
5、共存物的影響
共存物質(zhì)對(duì)主要吸附質(zhì)的影響比較復(fù)雜。有的能相互誘發(fā)吸附，有的能相當(dāng)獨(dú)立地被吸附，有的則能相互起千擾作用。但許多資料指出，某種溶質(zhì)都以某種方式與其他溶質(zhì)爭(zhēng)相吸附。因此，當(dāng)多種吸附質(zhì)共存時(shí)，吸附劑對(duì)某一種吸附質(zhì)的吸附能力要比只含這種吸附質(zhì)時(shí)的吸附能力低。懸浮物會(huì)阻塞吸附劑的孔隙，油類物質(zhì)會(huì)濃集于吸附劑的表面形成油膜，它們均對(duì)接觸時(shí)間吸附有很大影響。因此在吸附操作之前，必須將它們除去。
6、接觸時(shí)間
吸附質(zhì)與吸附劑要有足夠的接觸時(shí)間，才能達(dá)到吸附平衡。吸附平衡所需時(shí)間取決于吸附速度，吸附速度越快，達(dá)到平衡所需時(shí)間越短。
研究結(jié)果（廢水處理試驗(yàn)結(jié)論）
1、針對(duì)此種廢水，其混凝處理的最佳條件為:混凝劑品種為三氯化鐵，質(zhì)量百分比濃度為10%，每lL廢水中需投加此種混凝劑0.2ml，其最適pH值為7。
2、進(jìn)行廢水的生化處理，可知廢水中含有大量的隋性物質(zhì)、難降解物質(zhì)。
3、在T=33士1℃的條件下，確定其厭氧水解常數(shù)。
4、由于廢水中含有多種有機(jī)化合物，在用活性炭進(jìn)行吸附試驗(yàn)時(shí)，表現(xiàn)了一定的競(jìng)爭(zhēng)作用，活性炭總吸附量不高。
5、對(duì)于厭氧處理中的硫酸鹽，它的去除與廢水中所含的COD有一定的關(guān)系。
討論及建議
試驗(yàn)出現(xiàn)的問題
由于課堂時(shí)間的關(guān)系及試驗(yàn)設(shè)備等的限制，在試驗(yàn)中還存在著許多未能解決的問題，如：
1、混凝預(yù)處理時(shí)，未能探討各種混凝劑對(duì)于后續(xù)生物的影響作用，特別是對(duì)厭氧菌的影響作用;
2、厭氧水解時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行大分子物質(zhì)的確定，及水解后小分子物質(zhì)的確定；
3、應(yīng)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行全面的水質(zhì)分析:
4、確定厭氧水解時(shí)間。
建議
針對(duì)廢水中含有大量的難降解物質(zhì)，難降解有機(jī)物的存在不僅自身很難通過活性污泥法等生物處理構(gòu)筑物中的微生物作用得到去除，而且有時(shí)還會(huì)影響其它化合物的去除效果，總體表現(xiàn)為低的COD去除率，除了現(xiàn)有經(jīng)常使用的固有方法，國內(nèi)外科學(xué)家也提出了很多新的方法解決這些問題。
生物強(qiáng)化技術(shù)
生物強(qiáng)化技術(shù)就是為了提高廢水處理系統(tǒng)的處理能力，而向該系統(tǒng)中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢(shì)菌種或通過基因組合技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種，以去除某一種或某一類有害物質(zhì)的方法。它是通過向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物來增強(qiáng)生物量，以強(qiáng)化生物量對(duì)某一特定環(huán)境或特殊污染物的反應(yīng)。
目前實(shí)施生物強(qiáng)化技術(shù)可通過如下三條途徑:
(l)投加有效降解的微生物;
(2)優(yōu)化現(xiàn)有處理系統(tǒng)的營養(yǎng)供給、添加基質(zhì)(底物)類似物來刺激微生物生長可提高其活力；
(3)投加遺傳工程菌。
超聲波處理技術(shù)
超聲波是由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成，并通過液體介質(zhì)向四周傳播。當(dāng)聲能足夠高時(shí)，在疏松的半周期內(nèi)，液相分子間的吸引力被打破，形成空化核？栈说膲勖s為0.1ps，它在爆炸的瞬間可以產(chǎn)生大約4000K和100MPa的局部高溫高壓環(huán)境，并產(chǎn)生速度約為110m/s具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流，這種現(xiàn)象稱為超聲空化。這些條件足以使有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng)。因而超聲波對(duì)有機(jī)物的降解就是基于空化理論與自由基理論。
濕式催化氫化技術(shù)
濕式氧化法是處理高濃度、有毒有害、難降解廢水的一種有效手段，它是在催化劑的作用下，在高溫、高壓的條件下，利用氧氣或空氣直接將污水中的有機(jī)物及含N、S等毒物分解成COZ、H20及N:等無害物以達(dá)到凈化的目的。具有處理效率高，占地面積小，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
光催化降解技術(shù)
由于TiO2的化學(xué)穩(wěn)定性高，耐腐蝕性能好，并且它具有深的價(jià)帶能級(jí)，可以使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在紫外光輻射激發(fā)下的TIO；粉粒表面得到實(shí)現(xiàn)和加速，另外，TiO2對(duì)人體無毒無害，因此，主要是利用光催化劑TiO2粉粒來研究光催化降解機(jī)理。
利用紫外光激發(fā)半導(dǎo)體光催化劑，半導(dǎo)體價(jià)帶上的電子吸收紫外光后被激發(fā)到導(dǎo)帶上，因而在導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶負(fù)電的高活性電子，在價(jià)帶上產(chǎn)生帶正電的空穴，構(gòu)成氧化一還原體系。溶解氧和水與電子及空穴在紫外光的激發(fā)作用下，最終產(chǎn)生具有高度化學(xué)活性的游離基OH，利用這種高度活性的自由基可以氧化分解包括用生物法難以降解的各種有機(jī)物并使之礦化。
微電解技術(shù)
微電解法又叫內(nèi)電解法。其工作原理是在含有酸性電解質(zhì)的水溶液中，鐵屑和碳粒之間形成無數(shù)個(gè)微小的原電池，并在其作用空中間構(gòu)成一個(gè)電場(chǎng)。通過反應(yīng)生成的新生態(tài)鐵離子具有較強(qiáng)的還原能力，使某些氧化態(tài)的有機(jī)物還原成還原態(tài)。并使部分難降解環(huán)狀有機(jī)物環(huán)裂解，生成相對(duì)容易降解的開環(huán)有機(jī)物，從而提高廢水的可生化性。鐵離子時(shí)具有良好的絮凝吸附作用。另外新生成的氫也有較強(qiáng)的還原能力，對(duì)氧化態(tài)有機(jī)物也有還原作用。
萃取置換技術(shù)
萃取是基于可逆反應(yīng)的絡(luò)合萃取法，由于其對(duì)級(jí)性有機(jī)稀溶液的高效性和高選擇性，操作簡(jiǎn)單、分離效率高，在廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
微生物固定化技術(shù)
固定化微生物技術(shù)的機(jī)理是將微生物固定在載體土使其高度密集并保持其生物功能，在適宜的條件下還可增殖以滿足處理工藝要求。適合處理高濃度有機(jī)廢水的優(yōu)勢(shì)菌固化劑應(yīng)具備以下特征:不被高濃度有機(jī)動(dòng)性物或溶解氧溶解，具有良好的滲透性;不應(yīng)被微生物所分解而應(yīng)對(duì)微生物的固定具有良好的耐久性:應(yīng)具有物理強(qiáng)度。固定化微生物的方式主要有結(jié)合固定化、交聯(lián)固定化、包埋固定化和自身固定化等。
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