無機毒性物質主要包括氧氣、氨氮、硫化物及硫酸鹽、無機鹽類、重金屬等,下面將分別予以敘述。
(1)重金屬離子的毒性
重金屬離子對厭氧微生物的抑制作用是非常明顯的,可溶性低濃度的銅鹽、鋅鹽和鎳鹽的毒性相當大,但厭氧微生物對重金屬離子有一定的適應性。重金屬對厭氧細菌的毒性取決于其離子在廢水中的真實濃度。由于在廢水的厭氧處理過程中,會產生 S2-和CO 等陰離子,它們會與原廢水中的金屬離子迅速地發生沉淀反應,因而會使原廢水中的金屬離子的濃度迅速下降。如果原廢水中含有硫酸鹽,硫酸鹽還原所生成的硫化物可以有效地降低重金屬離子的毒性。
中科院生態環境研究中心在半連續投料及完全混合方式運行的酒精廢水厭氧消化裝置中進行了重金屬抑制作用的試驗研究。研究結果表明:Cu2+、Zn2+、 Ni2+、Cd2+共同存在時比一種離子單獨存在時的毒性大。也就是說,污泥對混合離子總量的承受能力要比任一單個離子的承受能力都低。
(2)無機鹽類物質的毒性
一般來說,無機鹽類的抑制性只在濃度非常高時才會顯現。在處理某些含有高濃度無鹽的工業廢液時,應對此引起的抑制作用加以考慮。
關于無機鹽類的毒性,對Na+的毒性的研究較多。食品腌制、化學藥品生產、食用精煉、奶酪加工行業等工業廢水中,含有高濃度的 Na+,對未經馴化的厭氧菌有抑制作用厭氧菌經過一定時間的馴化,也能適應高濃度 Na+的環境。傳統的厭氧生物處理已經證明,當Na+濃度高于約 5000mg/L 時,即具有明顯的陽離子毒性。但經過馴化后,當廢水中 Na+濃度高達15000mg/L時,厭氧反應器去除污染物的速率仍可相當于低鈉對照系統的50%
。
Li和Speece 以乙酸鹽為基質研究了厭氧菌對Na+(
質量濃度為 0~20000mg/L)的驅化,第一次試驗,試液的Na+質量濃度為15000mg/L
,需 50多天后甲烷菌的產氣量才開始回升,90d后產氣量基本恢復;
第二次試驗,試液的 Na+濃度與第一次試驗相同,甲烷菌的受抑制期縮短,產氣量回升很快。這說明經過馴化的甲烷菌能降低、消除高濃度Na+的抑制作用。
高濃度Na+的主要影響是降低生物量和提高比生物死亡率,從而延長馴化期。一些微量元素的加入能減輕高濃度Na+對未馴化甲烷菌的抑制作用。 Li 和 Speece 報道,Fe、
Co Ni 的加人能夠減弱高濃度Na+對甲烷菌的抑制作用。
(3)NH的毒性
NH,在氧化處理的過程中,會被轉化為氨氮。NH3與NH
之間存在以下關系式 :
NH+>NH+H+ pK=9.3,T=35℃
NH3比NH毒性大得多。NH的離子化與系統的 pH值及溫度有關。
(4)硫化物的毒性
許多工業廢水中含有無機形式存在的硫,一般有硫酸鹽、亞硫酸鹽和其他硫化物。在厭氧處理過程中,這些含硫化合物會被微生物還原為硫化氫。Khan發現幾種含硫化合物對甲烷細菌的毒性是按如下的順序遞減:
硫化物>亞硫酸鹽>硫代硫酸鹽
> 硫酸鹽
硫酸鹽還原產物主要為HzS,它是一種對細菌生長有抑制作用的物質,其毒性是由其非離子形式即游離H2S引起的,它可使溶液中非堿性金屬沉淀,影響微生物對該金屬的可利用性,從而影響微生物的生長。 Lawrence與McCarty報道,在pH=6.9~7.3時,可溶性硫化物逐漸增加到 200mg/L的閾值時,厭氧處理的產氣量逐漸下降,直到停止。Karhad kar等認為,進水中SO
濃度的最高極限可達 5000mg/L。可見,SO濃度的增高必然會引起厭氧處理的負荷與效率的降低,破壞厭氧處理的穩定運行過程。
硫酸鹽還原產生的H2S與產甲烷菌的代謝產物CH4相比,除了具有毒性外,每克以 H2S 形式存在的硫相當于2gCOD,從而導致厭氧處理中COD去除率的下降。由此可見, SO2 完全被還原需要有足夠的COD含量,一般認為COD與SO2 的質量比要超過 067。另外,廢水中的一部分有機物由于消耗于SO~的還原過程,因而不能用于甲烷的產生,從而使甲烷的產率下降;SO 還原產生的硫化物還易引起設備的腐蝕及散發臭味,使投資和處理成本加大。
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