凹川大學(xué)博士學(xué)位論文 城市垃圾滲瀝液一煙氣脫硫體系中 高濃度s 0 4 2 - 的生物轉(zhuǎn)化 化學(xué)工程專業(yè) 博士生萬海清指導(dǎo)教師朱家驊 我國大氣污染以煤煙型為主，每年由于s 0 2 和酸雨所造成的直接和間接經(jīng) 濟損失高達干億元，因此控制“煤煙型”s 0 2 污染的任務(wù)緊迫。與此同時，國 內(nèi)主要采用的衛(wèi)生填埋處置日益增多的城市垃圾，其直接后果是產(chǎn)生大量有毒 有害的有機廢水一垃圾滲瀝液，如何處理垃圾滲瀝液已經(jīng)成為環(huán)保領(lǐng)域又一緊 迫任務(wù)。 本論文提出垃圾滲瀝液濕法煙氣脫硫一微生物硫轉(zhuǎn)化互補體系，使上述兩 種污染治理過程合二為一。即垃圾滲瀝液用于煙氣脫硫后變成富含硫酸鹽的有 機廢水，再用硫酸鹽還原菌等生物處理轉(zhuǎn)化；在有效降低硫酸鹽濃度的同時， 將大量的s 。氧化為單質(zhì)硫，從而避免造成二次污染。因此，本研究為獲得對 硫酸鹽或硫化物有強轉(zhuǎn)化性能的優(yōu)勢菌，對硫酸鹽還原菌( s r b ，能使s o t 2 。一 s 。) 、硫氧化光合菌( s p s b ，能使s 2 一一s o ) 分別進行了分離篩選，并對這兩 種菌的生物學(xué)特性，以及它們對垃圾滲瀝液煙氣脫硫尾液中硫酸鹽、硫化物的 生物轉(zhuǎn)化能力、單質(zhì)硫的生成情況等進行了詳盡的研究，得到了以下結(jié)論： 1 從硫酸廠廢水淤泥中分離篩選出了一株s r b ，其菌體形態(tài)呈弧狀或細桿 狀，成熟細胞大小為o 4 0 6 x 3 o 5 0 岬，搖擺式運動，單極生鞭毛，芽孢 染色陰性，革蘭氏染色陰性。分離的s r b 屬中溫菌，最適生長溫度為3 5 c ； 最適生長p h6 o 6 。5 ；非嚴格厭氧，適量氧氣不會影響菌體生長。該菌株初步鑒 定為脫硫弧菌j 蘺( d e s u l f o r i b ，i o ) 細菌。 l 萬海淆：城市 圾滲澌液一煙氣脫硫體系中高濃度s 0 4 2 - 的生物轉(zhuǎn)化 2 從城市河流滯水區(qū)域中分離篩選出的一株s p s b ，其菌體形態(tài)呈桿狀， 略有彎曲，大小為1 0 - - 1 0 2 0 p _ m 。染色特性為革蘭氏染色陰性、未觀察到芽 孢、無鞭毛，細胞以二分分裂方式繁殖。所得s p s b 屬中溫菌，嚴格厭氧，最 適生長溫度為3 0 ：在p h6 o 9 0 的范圍內(nèi)都能生長：其最適p h 為8 0 ，最 佳光照條件為1 5 0 0l u x ，細菌葉綠素a 是其主要光合色素，在黑暗情況下分離 菌不能生長；初步鑒定為著色菌屬內(nèi)的小著色菌( c h r o m a t i u mm i n u s ) 。 3 s r b 菌株在硫酸鹽異化作用過程中，能以甲醇、乙醇、乳酸、葡萄糖等 有機物作為電子供體，因此兼有去除c o d 的作用。實驗表明：c o d s 0 4 。比值 越大，硫酸鹽還原反應(yīng)進行得越徹底，但是超過2 5 以后影響逐漸變?。?c o d s 0 4 0 為2 0 2 5 時，c o d 的去除率在5 5 左右，s 0 4 2 。的去除率在7 0 以上。 4 s p s b 對生長環(huán)境中的營養(yǎng)要求比較簡單，經(jīng)硫酸鹽還原菌處理后的城 市垃圾滲瀝液即可滿足分離菌正常生長的營養(yǎng)要求，只需一定的光照條件。 s p s b 菌株在氧化硫化物過程中，可以利用乳酸、檸檬酸和碳酸氫鈉，但 不能利用乙酸、乙醇、甲酸及葡萄糖。在氮源的利用上，分離菌能很好的利用 氨鹽，但不能利用n 0 2 一、n 0 3 - - 及脲。 5 通過對s r b 菌株的無機鹽培養(yǎng)基配方的正交優(yōu)化試驗，確定出了最佳 配方，且發(fā)現(xiàn)k h 2 p 0 4 和n a c l 對菌體細胞生長的影響最大：考察了f 礦對分 離菌生長的影響，隨著f e ”濃度的增大，細胞生長代謝活動更加旺盛，但是當 f e ”濃度達到3 4 9 l 以后，細胞生長對f e 斗的需要達到了飽和程度。 6 在厭氧反應(yīng)器中對分離菌s r b 進行了放大培養(yǎng)，并采用n 2 吹脫s ， 提高了硫酸鹽還原率；在最適環(huán)境條件中分離菌s r b 培養(yǎng)5 天后，硫酸根還原 能力達1 9 0 0 m g l ，還原率為7 6 。 7 通過逐步提高s p s b 菌周圍生長環(huán)境硫化物的濃度，培養(yǎng)s p s b 對硫 化物環(huán)境的適應(yīng)能力，提高對硫化物的氧化性能。實驗證明，當控制好菌的生 長影響因素，s p s b 菌可以在環(huán)境中硫化物濃度高達1 0 0 0 m g l 的條件下生長良 好；且發(fā)酵反應(yīng)液中9 3 左右的硫化物被氧化轉(zhuǎn)化，其中部分硫化物被氧化成 硫酸，部分的硫化物被氧化成硫單質(zhì)：硫元素在s p s b 培養(yǎng)沉淀物中的含量達 8 0 4 4 。 u q 川大學(xué)博| 學(xué)位論文 8 在共同處理高濃度硫酸鹽有機廢水時，s p s b 與s r b 先后單獨處理方式 的處理效果比兩種藹同時混合處理方式的效果好，但前者的成本比后者高。 本研究分離得到了對垃圾滲瀝液煙氣脫硫尾液中的硫酸赫、硫化物具有較 強還原和氧化能力的硫酸鹽還原菌和硫氧化光合菌；研究了它們的生物學(xué)特性 與生長影響因子：利用兩菌配合處理垃圾滲瀝液煙氣脫硫尾液并獲得單質(zhì)硫， 得到了較好的結(jié)果。研究成果為對該互補體系進一步開展相關(guān)研究、為生物處 理硫酸鹽有機廢水的研究和應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。 本論文提供了一種治理環(huán)境問題的新思路，即實現(xiàn)兩類污染物( 煙氣，垃 圾滲瀝液) 在同一套工藝中進行互補生物處理，體現(xiàn)“以廢治廢”的環(huán)境生物 工程新概念，降低污染物質(zhì)治理成本的同時提高環(huán)境保護的社會效益。 關(guān)鍵詞：城市垃圾滲瀝液，煙氣脫硫，互補體系， 硫酸鹽還原菌，硫氧化光合菌， 生物轉(zhuǎn)化 萬社j 清：城市垃圾滲瀝液煙氣脫硫體系中高濃度s 0 4 2 - 的生物轉(zhuǎn)化 b i o l o g i c a lt r e a t m e n to f s u l f a t e r i c hw a s t e w a t e rp r o d u c e db y f l u eg a sd e s u l f u r i z m i o nw i t hl a n d f i l ll e a c h a t e m a j o r ：c h e m i c a le n g i n e e r i n g p h ds t u d e n t ：w a nh a i q i n g s u p e r v i s o r ：p r o f z h u j i a h u a i ti su r g e n tt oc o n t r o lt h ep o l l u t i o no ff l u eg a st h a tc a u s e da c i dr a i na n dr e s u l t e d i n l a r g ee c o n o m yl o s se v e r yy e a r a t t h es a m et i m e ，h u g ea m o u n to fh o u s e h o l d g a r b a g eh a st ob et r e a t e db yf i l l i n gi n t ot h e 掣o u a n d ，w h i c hc o n s e q u e n t l yp r o d u c e s s u b s t a n t i v ep o i s o n o u sa n dh a r m f u lo r g a n i cw a s t ew a t e r ( 1 a n d f i l ll e a c h a t e ) t h e r e f o r e ， h o wt oh a n d l e ，c o n v e r to re v e nm a k eu s eo f t h el a n d f i l l l e a c h a t eb e c o m e san e w t a s k i nt h ef i e l do f e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n i no r d e rt ot r e a tb o t ho ft h el a n d f i l l l e a c h a t ea n df l u eg a sm e n t i o n e da b o v e a l l i n t e g r a t e ds y s t e mo f f l u eg a sw e td e s u l f u r i z a t i o nw i t hl a n d f i l ll e a c h a t ea n dm i c r o b i a l t r a n s f o r m a t i o no fs u l f u rw a sp r o p o s e da n di n v e s t i g a t e di nt h i s p a p e r t h el a n d f i l l l e a c h a t et u r n e di n t oh i g h s u l f a t eo r g a n i cw a s t e w a t e r 旅e ra b s o r b e ds u l f u rd i o x i d ei n f l u eg a s t h eb i o l o g i c a lr e m o v a lo fs u l f u rf r o mt h e s ew a s t e w a t e r sc o u l dh a p p e ni n t w o s t e p s a s f o l l o w s f i r s t l y , s u l f a t e o rs u l f i t ew a s a n a e r o b i c a l l y r e d u c e dt o s u l f i d e ，w h i c hw a s s u b s e q u e n t l yp a r t i a l l y r e o x i d i z e dt oe l e m e n t a l s u l f u r , a r e c o v e r a b l ep r o d u c t i no r d e rt oo b t a i ns u p e r i o r i t yb a c t e r i at h a tc a nc o n v e r ts u l f a t e o rs u l f i d ee f f e c t i v e l y , a l li m p o r t a n tt a s ki nt h i sr e s e a r c hw a st os e p a r a t ea n dp u r i f y t h et w os t r a i n so fb a c t e r i ao fs r ba n ds u l f u r - o x i d i z i n gd h o t os y n t h e t i cb a c t e r i a ( s p s b ) s r bc o n v e r ts u l f a t et os u l f i d e ，a n ds p s bc o n v e r ts u l f i d et oe l e m e n t a r y s u l f u r f u r t h e r m o r et h e i r b i o l o g i c a l c h a r a c t e r sw e r es t u d i e da sw e l la st h e i r m i c r o b i a lt r a n s f o r m a t i o nf o rs u l f a t eo rs u l f d ei n w a s t ew a t e r b y f l u e g a s d e s u l f u r i z a t i o nw i t hl a n d f i l ll e a c h a t e ，a n dt h e p r o d u c t i v i t yo fe l e m e n t a r y s u l f u rw e r e i n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y s e v e r a lc o n c l u s i o n sc o u l db em a d ea sf o l l o w s as t r a i no f s u l f a t e - r e d u c i n gb a c t e r i aw a si s o l a t e df r o mt h es u l l a g eo fs i c h u a n 4 刪川大學(xué)博士學(xué)位論文 s u l f a t ef a c t o r y t h i ss u l f a t e r e d u c i n gb a c t e r i ab e l o n g st od e s u 伽v i b r i o t h eb a c t e r i a c e l l sa r ev i b r i o i d - s h a p e do ro ft h i nr o ds h a p ew i t ht h es i z eo f0 4 o 6 3 o 5 0 um t h e ya r em o t i l ew i t hs i n g l ep o l a rf l a g e l l aa n dn o n - s p o r e f o r m i n g t h ec e l l s s t r a i ni s g r a m - n e g a t i v e t h eo p t i m u mt e m p e r a t u r ei n t h eg r o w t hp r o c e s so ft h e s t r a i n ( s r b ) i s3 5 ，t h eo p t i m u mp hr a n g ew a s6 0 6 5 ，a n di t w a sn o ts t r i c t l y a n a e r o b i c as t r a i no fs u l f u r o x i d i z i n gp h o t os y n t h e t i cb a c t e r i aw a si s o l a t e df r o mc i t y b a c k w a t e r t h ec e l l sa r et h i nr o ds h a p ew i t ht h es i z eo f1 0 1 0 2 0m i c r om e t e r s n l e ya r ef l a g e l l aa n dn o n s p o r e - f o r m i n g t h ec e l l ss t r a i ni sg r a m - n e g a t i v e t h e i s o l a t e ds p s bb a c t e r i a b e l o n g s t ot h em i d d l et e m p e r a t eb a c t e r i a i ti s s t r i c t l y a n a e r o b i c t h eo p t i m u m g r o w t ht e m p e r a t u r eo f t h es t r a i n ( s p s b ) w a s3 0 c ，t h ep h r a n g ew a s6 0 9 0 w i t ha no p t i m u mp hv a l u eb e i n g8 0 t h eo p t i m u ml i g h t f i u x w a s15 0 0 1 u x ，a n dc h l o r o p h y l law a st h em a i n p h o t o s y n t h e s i sp i g m e m c o n t a i n e di n s p s bc e l l s t h es p s bs t r a i nw a sc o n s i d e r e dt ob ec h r o m a t i u mm i n u s d u r i n gt h ep r o c e s so f s u l f a t eb e i n gt r a n s f o r m e d ，t h es t r a i n ( s r b ) c o u l dd i g e s t o r g a n i c s ，s u c ha sm e t h y la l c o h o l ，e t h e r , l a c t i ca c i d ，g l u c o s e ，e t c ，a n dt h u sc o d c o u l da l s ob er e d u c e da tt h es a m et i m e t h ee x p e r i m e n t sr e s u l t ss h o w e dt h a tt h e e f f i c i e n c yo fs u l f a t ed i s s i m i l a t i o np r o c e s si m p r o v e dw i t ht h er a t i oo fc o d s 0 4 2 b e l o w 2 5 ，w h i l ed e c r e a s e ds l o w l ya st h er a t i o ne x c e e d2 5 w h e nt h er a t i oo fc o d 8 0 4 。w a sk e p tb e t w e e n2 o 2 5 c o dr e d u c t i o ne f f i c i e n c yw a s5 5 a n dt h a to f s 0 4 2 w a s7 0 w i t h o u ts p e c i a lr e q u e s ta tn u t r i t i o nn e e d ，t h es t r a i nc o u l dg r o ww e l li nt h e l a n d f i l ll e a c h a t et r e a t e d b ys r b ，i f o n l ys u n l i g h tp r o v i d e d d u r i n gt h ep r o c e s so fo x i d i z i n gs u l f i d e ，t h es t r a i n ( s p s b ) c o u l du s el a c t i ca c i d ， c i t r i ca c i da n ds o d i u mb i c a r b o n a t e ，b u ti tc o u l dn o tu t i l i z ea c e t i ca c i d ，e t h a n o l ， m e t h a n o i ca c i da n dg l u c o s e f o rt h eu t i l i z a t i o no f n i t r o g e n ，t h es e p a r a t e db a c t e r i a ( s p s b ) c o u l df u l l yu t i l i z en 1 - 1 4 + ，b u ti tc o u l dn o tu t i l i z en 0 2 。，n o ) a n d c a r b a m i d e t h e o r t h o g o n a ie x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tk h 2 p 0 4a n d n a c l p l a y e da n i m p o r t a n t r o l ed u r i n gt h eg r o w t ho f t h es t r a i n ( s i n 3 ) n em e t a b o l i s mo fs r bc e l l s 萬海消：城市士奇圾滲_ l 【i j 液一煙氣脫硫體系中- 島濃度s 0 4 2 - 的生物轉(zhuǎn)化 w a sv e r ya c t i v ew h e nc o n c e r t r a t i o no ft h ef e ”w a sb e l o wt o3 4 9 l ，a n dt h en e e d o fc e l l st of e 2 斗w o u l da t t a i nt os a t u r a t i o na st h ef e 2 + c o n c e r t r a t i o ne x c e e d e d3 4 9 1 t h es t r a i n ( s r b ) w a sc u l t i v a t e di naa n a e r o b i cr e a c t o ra n di t sr e m o v a lc a p a c i t y o ft h es u l f a t ei m p r o v e dw h e nh 2 sw a sr e m o v e df r o mt h ec u l t u r eb yn 2b l o w w h e n t h ec o n d i t i o n so f p h ，t e m p e r a t u r e ，c u l t u r em e d i u m w a s o p t i m u m ，7 6 o f t h es u l f a t e ( 1 9 0 0 m g 1 ) c a nb er e d u c e d a f t e rf i v ed a y sc u l t i v a t i o n t h es p s bc o u l db ec u l t i v a t e dt o a d a p tt oh i g hc o n c e n t r a t i o no fs u l f i d eb y i n c r e a s i n g t h ec o n c e n t r a t i o no fs u l f i d el i t t l e b y l i t t l e t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w e dt h a ts p s bc o u l dg r o ww e l lw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fs u l f i d er e a c h e d 1 0 0 0 m g la n d i tc o u l do x i d i z ea b o u t9 3 o f s u l f i d ei n t os u l f u ra n ds u l f a t e t h es u l f u r c o n t e n ti ne l e m e n t so f p r o d u c t i v es e d i m e n tw a s8 0 4 4 t h er e d u c t i o ne f f i c e n c yo fh i 曲c o n c e n t r a t i o no fs u l f a t ei nw a s t e rw a t e ro f s p s ba n ds r bw a sb e t t e rw h e nt h e yw e r eu s e ds e p e r a t e l yt h a nt h e yw e r eu s e d t o g e t h e r , a n dt h ec o s to f t h ef o r m e ro p e r a t i o nw a sm o r et h a nt h el a t t e ro n e s r ba n ds p s bw a ss e p a r a t e da n dp u r i f i e d s u c c e s s f u l l y s r bw a sp r o v e dt o h a v ep o w e r f u lr e d u c i n ga b i l i t yt ot h es 0 4 2 a n ds p s bh a dp o w e r f u lo x i d a t i o na b i l i t y t oh 2 s t h es 0 4 。a n dh 2 sc o n t a i n e di n1 a n d f i l li e a c h a t ea f t e ra b s o r b e ds o ，i nt h e f l u eg a s t h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dg r o w t hf a c t o r so fs r ba n ds p s bw e r e a l s o s t u d i e d u s i n g t h et w ob a c t e r i a d i s p o s e o ft h ew a s t ew a t e ro ff l u e g a s d e s u l f u r i z a t i o nw i t hl a n d f i l ll e a c h a t e ，e l e m e n t a ls u l f u rw a so b t a i n e d t h er e s u l tw a s e x c i t i n g ，w h i c hp r o v i d e dag o o df o u n d a t i o nf o rt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f t e c h n o n o l y f o rt r e a t m e n to f w a s t ew a t e rc o n t a i n e ds u l f a t e t h es t u d yi nt h i s p a p e rp r o v i d e dan e wi n t e g r a t e ds y s t e mo ff l u eg a sw e t d e s u l f u r i z a t i o na n dm i c r o b i a lt r a n s f o r m a t i o no fs u l f u rw i t hl a n d f i l ll e a c h a t e w h i c h p r o v i d e dm e t h o d t ot r e a tt h e s et w oe n v i r o n m e n t a ls i m u l t a n e o u s l y , a n dt h i sw a san e w c o n c e p tf o re n v i r o n m e n t a l a n dc h e m i c a l e n g i n e e r i n g k e y w o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e ，f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ，m u t u a l s y s t e m s ，s u l f a t e r e d u c i n g b a c t e r i a , ，s u l f u r - o x i d i z i n gp h o t os y n t h e t i cb a c t e r i a ，b i o t r a n s f o r m 6 心川人學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論 二十世紀以來，科學(xué)技術(shù)和工業(yè)文明的高速發(fā)展將人類帶進了一個前所未 有的時代，整個人類世界發(fā)生了翻天覆地的變化。但環(huán)境污染問題：酸雨、臭 氧層破壞、全球性氣候變化、生物多樣性銳減、有毒化學(xué)品污染及越境轉(zhuǎn)移、 土壤退化加速、淡水資源的枯竭與污染、海洋生態(tài)危機、森林面積急劇減少、 突發(fā)性環(huán)境污染事故及大規(guī)模生態(tài)破壞，日漸嚴重，已到了令人觸目驚心的嚴 重惡化階段，世界各國都將環(huán)境保護作為發(fā)展經(jīng)濟的一個關(guān)鍵因素納入可持續(xù) 發(fā)展戰(zhàn)略。國際環(huán)境保護協(xié)會已經(jīng)警告人們，人類造成的環(huán)境污染問題已經(jīng)使 人類的生存處于極度危險的邊緣，工業(yè)“三廢”和人類生活“三廢”帶來的各 種資源短缺，特別是對與人類生存息息相關(guān)的水、大氣和土壤的污染，已經(jīng)嚴 重地威脅到地球上整個生物圈的正常循環(huán)，極大地危害著人類的未來。實現(xiàn)工 業(yè)化再也不能以犧牲環(huán)境為代價，治理環(huán)境污染己成為保證經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的必 然條件。 1 1 大氣污染 我國大氣污染以煤煙型為主，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是形成以城市為中心的 大氣污染嚴重的重要原因。在1 9 9 9 年聯(lián)合國公布的世界十大污染城市中，中 國占了7 個。在全國6 0 0 多個城市中，大氣環(huán)境質(zhì)量符合國家一級標準的城市 不到l 。 煙氣所導(dǎo)致的酸雨覆蓋面積約占國土面積的3 0 。我國每年由于s 0 2 和酸 雨所造成的直接和間接的經(jīng)濟損失高達千億元，因此，控制“煤煙型”s 0 2 污染的任務(wù)緊迫。目前，燃煤煙氣的脫硫主要采取濕法煙氣脫硫，但由于煙氣 中s 0 2 濃度低( o 2 o 3 ) ，會產(chǎn)生大量低濃度硫酸，很難資源化，存在 二次污染問題；同時該類技術(shù)投資大，運行費用高，所以在我國推廣應(yīng)用受到 限制。 在冶金、石油化工、化學(xué)品生產(chǎn)、煤的低溫焦化和天然氣開采以及工業(yè)沼 氣等生產(chǎn)、燃燒過程中常常產(chǎn)生并排放含硫化氫和二氧化硫等工業(yè)廢氣，這些 ， 萬洵浦：城市垃圾滲灑液一煙氣脫硫體系中商濃度s 0 4 2 - 的生物轉(zhuǎn)化 毒性氣體，會嚴重腐蝕金屬管道、貯氣罐、儀器儀表、燃燒設(shè)備，極大污染環(huán) 境，造成巨大的經(jīng)濟損失。 1 2 城市垃圾滲瀝液 另一方面，不文明的生活方式導(dǎo)致城市垃圾每年以1 0 的速率增長。對r 益增多的城市垃圾，目前國內(nèi)外主要采用衛(wèi)生填埋1 2 】，處理垃圾的落后方式形 成了“垃圾包圍城市”，堆積后產(chǎn)生大量滲瀝液的不利局面。垃圾滲瀝液具有n h 3 和c o d 濃度高、微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)、c o d 變化大而n h 3 變化小的特點 肼】，是有毒有害的有機廢水，對生物和植物都有極大的危害，影響水質(zhì)變化的 因索又很多，故垃圾滲瀝液的可處理性很難把握【”。所以采用“衛(wèi)生填埋”處 理垃圾必然造成嚴重的二次污染。我國對垃圾滲瀝液的處理仍處于探索階段【6 1 ， 尤其是采用空氣吹脫n h 3 的預(yù)處理能耗太大，難以工程化。如何處理、轉(zhuǎn)化和 合理利用垃圾滲瀝液已經(jīng)成為環(huán)保中的又一新課題。目前公認城市垃圾滲瀝液 的處理以生物法效果較好，生物法包括好氧處理、厭氧處理及兩者的結(jié)合。 若能找到一種互補體系使上述兩種污染( 廢水，廢氣) 治理過程合二為， 其社會與經(jīng)濟效益不言而喻。這種互補體系就是讓兩種污染于同一體系中進行 微生物處理，廢水中各種污染物成分被微生物消耗轉(zhuǎn)化的同時進行微生物脫硫； 而且微生物脫硫過程中，氧化態(tài)的污染物如s 0 2 、硫酸鹽、亞硫酸鹽及硫代硫 酸鹽經(jīng)微生物還原作用生成單質(zhì)硫而去除。因此，為了開發(fā)集成化的微生物治 污技術(shù)，本論文首次把垃圾滲瀝液的處理與微生物煙氣脫硫結(jié)合起來研究。 1 3 垃圾滲瀝液煙氣脫硫微生物轉(zhuǎn)化的可熊性 1 3 1 具有硫轉(zhuǎn)化功能的微生物 具有還原脫硫作用的微生物主要有硫酸鹽還原菌( s r b ) ，它在無氧或極少 量氧的情況下，能以有機物作為電子供體、硫酸鹽作為末端電子受體進行生長 代謝。s r b 在厭氧環(huán)境中具有多種功能，參與自然界中多種反應(yīng)，能有效降低 硫酸鹽濃度，使水體凈化；還能利用還原產(chǎn)生的硫化物去除廢水中的重金屬， 使廢水去毒；s r b 加入到油井中還可以提高油產(chǎn)量7 朋。 s r b 在消耗有機物還原硫酸鹽等的過程中，產(chǎn)生的硫化物中含有較多惡臭 舊川人學(xué)博上學(xué)位論文 的、具有高氧需求、高毒性的h 2 s ，對大多生物體有嚴重的毒害作用，極大地 破壞生態(tài)平衡及人類健康| 9 1 。因此對h 2 s 等硫化物進行微生物氧化、變成單質(zhì) 硫是生物脫硫的必需過程，即硫氧化細菌的轉(zhuǎn)化作用。 具有硫氧化作用的細菌以綠硫細菌和紫硫細菌為典型代表，這些光合硫細 菌是厭氧的專性光能自養(yǎng)菌 1 0 j t 】，能夠利用c 0 2 為碳源，以h 2 s 作為光合作用 的供氫體，可把下層水中生成的h 2 s 氧化成硫。硫氧化光合菌在自然界中分布 非常廣泛，主要存在于光照和含有硫化物的厭氧水體中。它們是利用太陽能生長 繁殖的細菌，凡是光能所及之處均可發(fā)現(xiàn)它們的蹤跡，如海洋、江河、湖泊、 土壤、極地或溫泉( 甚至高達9 0 c ) 、高鹽水體等各種生境，在某些溝渠中甚至 可高達1 0 7 個m l t l 2 a 3 1 。日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)在海洋砂石表面細菌種群中，僅好氧光合 細菌數(shù)量即可達6 3 。它們在水體初級生產(chǎn)力中占有相當?shù)谋戎亍?某些硫氧化光合菌如綠菌科的一些種是以h 2 s 作為光合作用供氫體，以c 0 2 為主要碳源，它們屬于光能自養(yǎng)類型：紅螺菌科的細菌則以有機物作供氫體，以有 機物作為主要碳源，一般認為它們應(yīng)屬光能異養(yǎng)類型；而綠硫菌科的種類能很好 利用c 0 2 和有機物，是兼性營養(yǎng)類型。硫氧化光合菌不僅利用光能同化c 0 2 ，固 定分子氦，制造有機物質(zhì)，同時它們還能分解利用許多有機物質(zhì)，如有機酸、醇、 醣類以及某些芳香族化合物，轉(zhuǎn)化某些有毒物質(zhì)，如h ：s 、氨氮、硝態(tài)氮等，在促 進水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，凈化水體過程中發(fā)揮著重要的作用。美國格林( g r e e n l a k e ) 湖測算數(shù)據(jù)表明，每年光合細菌同化碳為6 0 噸，同時脫去硫化物可達8 4 噸 ”“”。紫色硫磺細菌可以將h 2 s 氧化成單質(zhì)硫或硫酸根，在進行h 2 s 。s o 反應(yīng)的同時，平行進行著s o s 0 4 厶的反應(yīng)，但后者的反應(yīng)較慢，反應(yīng)期間生 成的硫磺顆粒積累在細胞內(nèi)1 9 。而綠色硫磺細菌在h 2 s 存在時，只進行從 h 2 s 斗s o ，不發(fā)生s o - - s 0 4 2 的反應(yīng)，發(fā)應(yīng)期間生成的硫磺顆粒不穩(wěn)定的積累在 細胞外側(cè)?？傊?，h 2 s 不是立即被光合細菌氧化成s o 。 ，一部分以硫磺顆粒的 形式存在，并以某種形式堆積在水底。雖然目前還沒有關(guān)于堆積量的實際測定 例子，但可以從光合細菌與湖底硫磺床形成相關(guān)的事實來證明這一點。 1 3 2 硫轉(zhuǎn)化微生物所需的主要生長條件 本論文提出h 城市垃圾滲瀝液一煙氣脫硫體系中高濃度s 0 4 2 - 的生物轉(zhuǎn) 化”，即以城市垃圾滲瀝液為煙氣( 溫度達1 5 0 0 c ) 脫硫劑，煙氣很容易使垃圾 萬淘清：城市垃圾滲汕液一煙氣脫硫體系中高濃度s 0 2 - 的生物轉(zhuǎn)化 滲瀝液中大部分n h 3 被吹脫，而且煙氣中的s 0 2 蘭嬰s 0 4 2 8 0 32 。，使吸收 尾液p h 變?yōu)? 3 【”】；導(dǎo)致吸收尾液中殘余的n h 3 發(fā)生：n h 3 + h 2 s 0 4 一( n 1 4 4 ) 2 s 0 4 的變化，在酸性條件下，( n i - h ) 2 s 0 4 是正硫酸鹽還原菌( s r b ) 、硫氧化 光合菌生長繁殖所需的最佳n 源 8 “乳”】。 吸收尾液中，由于有機物( c 源) 濃度很高，不補充0 2 時，加之好氧微生 物活動，造成尾液處于厭氧狀態(tài)，尾液中s 0 4 和高濃度的c o d 、b o d 剛好是 s r b 生長繁殖所需：于是s 0 4 2 s 0 3 2 通過擴散作用由胞外進入胞內(nèi)，在各種酶 的作用下還原為h 2 s ，使尾液中有機物在厭氧菌作用下發(fā)生厭氧降解產(chǎn)生中問 含碳化合物、h 2 和a t p ( 由“底物水平磷酸化”產(chǎn)生) 。s r b 等利用環(huán)境中的 a t p 、n 源、c 源和p 源等快速繁殖生長成為吸收尾液中的優(yōu)勢菌群，大部分 有機物在s r b 等產(chǎn)生的胞外酶作用下厭氧降解為小分子有機物，后者通過擴散 作用進入s r b 等細胞內(nèi)，在胞內(nèi)酶作用下分解為乙酸、乙醇等。有機物在胞內(nèi) 的厭氧分解還產(chǎn)生大量的( 2 h + + 2 e ) 、a t p 和c 0 2 等，使得水體中c o d 、b o d 降低。這些產(chǎn)物進而參與s 0 4 2 s 0 3 2 的轉(zhuǎn)化等系列生化反應(yīng)。s 0 4 2 s 0 3 2 。通過 擴散作用由胞外進入胞內(nèi)，在各種酶作用下，以h 2 作為電子供體、a t p 提供能 量，s 0 4 2 s 0 3 。作為電子受體而發(fā)生一系列還原變化【2 0 2 1 2 2 , 2 ”。 在硫酸鹽還原菌生長末期，將硫氧化光合菌接入培養(yǎng)液，并對生化代謝進 行調(diào)節(jié)控制，此時有機物漸漸耗盡，s r b 缺少供氫體難以生長，而光合硫氧化 菌依靠硫酸鹽還原過程產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物、光能等進行酶促氧化和光合作用，逐 漸成為了優(yōu)勢菌，最終將s 2 。較徹底地氧化。由于對代謝的控制，氧化的s 2 。大 部分變成了s o 。因此通過硫酸鹽還原菌與光合硫氧化菌的聯(lián)合轉(zhuǎn)化，將s o 。2 。轉(zhuǎn) 變?yōu)閟 o ，在成本低廉的情況下能防止二次污染，實現(xiàn)將兩類污染物( 煙氣、垃 圾滲瀝液) 在同一套工藝中進行互補生物處理，產(chǎn)生較好的社會效益，體現(xiàn)出 “以廢治廢”的環(huán)境工程新概念。 1 3 3 硫酸鹽有機廢水的生物處理 1 3 3 1 硫酸鹽廢水的種類 硫酸鹽廢水來源廣泛，按硫酸鹽廢水的特點可將其分為兩大類：第一類廢 水是含有大量的s 0 4 2 和高濃度有機物。很多生產(chǎn)領(lǐng)域涌現(xiàn)出大量的舍高濃度 s 0 4 2 + 的工業(yè)廢水，如味精廠、n - n v 、印染廠、糖蜜酒精廠、采用傳統(tǒng)工藝生 姻川入學(xué)博1 學(xué)位論文 產(chǎn)的鈦白粉廠等。第二類廢水也含有大量s 0 2 ，但有機物含量較少。傳統(tǒng)的鈦 白粉廠生產(chǎn)廢水、礦山廢水屬于此類。還有一種暫且稱為潛在的第二類廢水， 即爭對如今日趨嚴重的大氣污染，改變以往用熟石灰吸收煙道氣中s o 。的辦 法，先將s o 。2 轉(zhuǎn)化成可溶性硫酸鹽或亞硫酸鹽的廢水，稱為“煙氣脫硫尾液”： 這類廢水，可用生物技術(shù)將其轉(zhuǎn)化成硫而實現(xiàn)廢氣的資源化治理【”。“。許多國 家對各種廢水中允許存在硫酸鹽的最高濃度都有明確規(guī)定，因此，對于含高濃 度硫酸鹽有機廢水，不但去除有機物是必要的，脫除其中高濃度的硫酸鹽同樣 勢在必行m2 1 - 2 “。 1 3 3 2 硫酸鹽廢水的處理方法 對硫酸鹽廢水處理時，采用物理、化學(xué)方法，因出水電解質(zhì)濃度較高，只 能排放；使用電滲析、反滲透或離子交換等技術(shù)，則因其預(yù)處理要求嚴格，管 理和維護技術(shù)要求高，運行費用大；采用生物轉(zhuǎn)化法，即利用自然界廣泛存在 的硫酸鹽還原菌( s u l p h a t e r e d u c i n gb a c t e r i a ，s r b ) 的作用將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫 化物而去除，這也是所有廢水處理的共同的必然趨勢。因為生物轉(zhuǎn)化，可實現(xiàn) 工藝優(yōu)良、處理效果良好、達到出水水質(zhì)要求，并能實現(xiàn)了廢水的資源化利用 7 2 ，i 5 1 。 微生物法處理硫酸鹽酸性有機廢水具有費用低、適用性強、無二次污染、 可回收短缺原料單質(zhì)硫等優(yōu)點，成為最具潛力的含硫酸鹽酸性廢水的處理方法。 同時，s r b 等還原硫酸鹽的過程中需要消耗碳源有機物，從而可大大去除有機 廢水中c o d 、b o d 等。 國內(nèi)外對硫酸鹽生物還原的研究集中于高濃度有機廢水類。對高濃度硫酸 鹽廢水處理主要采用破壞性生物技術(shù)，即利用s r b 還原硫酸鹽為硫化物而后再 進行處理。微生物法處理含硫酸鹽酸性有機廢水的實質(zhì)是利用自然界中的硫循 環(huán)反應(yīng)原理，利用硫酸鹽還原菌將s 0 4 2 還原為硫化物，并進一步通過生物氧 化作用將硫化物氧化為單質(zhì)硫的過程【”“2 1 。對有機物含量較低的普通硫酸鹽酸 性廢水的處理反而需要外加電子供體來實現(xiàn)s 0 4 2 。轉(zhuǎn)化，并主要是尋找最優(yōu)的電 子供體( c o d ) 及最佳的工藝條件而經(jīng)濟高效地促進s 0 2 。的還原與去除忙d m 。3 1 。 總之，基于以上各方面，本論文研究提出“城市垃圾滲瀝液煙氣脫硫一微 生物轉(zhuǎn)化互補體系”的觀點。 萬淅清：城市垃圾滲洳液一嫻氣脫硫體系中高濃度s 0 4 2 - 的生物轉(zhuǎn)化 1 4 論文的研究思路 由于煙氣具有一定的溫度，很容易使垃圾滲瀝液中大部分n h 3 被吹脫，且 煙氣中的s 0 2 被垃圾滲瀝液吸收并轉(zhuǎn)化為s 0 4 2 s 0 3 2 存在于吸收尾液中：加之 垃圾滲瀝液含有很高濃度的有機物( c 源) 及許多金屬離子；所以本論文首次 提出“以廢治廢”的環(huán)境工程新概念，將兩類污染物( 煙氣、垃圾滲瀝液) 在 同一套工藝中進行互補生物處理。即：以城市垃圾滲瀝液為煙氣脫硫劑；在不 補充0 2 的情況下吸收尾液處于厭氧狀態(tài)，這種含s 0 4 。和高濃度的c o d 、b o d 的尾液為s k b 、s p s b 等厭氧細菌的生長繁殖提供了良好環(huán)境。 在垃圾滲瀝液煙氣脫硫尾液中，9 0 4 2 s 0 3 2 通過擴散作用由s r b 等的胞外 進入胞內(nèi)，繼而在相關(guān)酶的作用下還原為s 2 。；有機碳源被大量降解，產(chǎn)生一系 列c 0 2 、h 2 0 等簡單物質(zhì)，使得該水體中c o d 、b o d 大大減少；水體中許多 金屬離子的濃度也得到大幅度降低。即通過s r b 等厭氧細菌