【逢汞】工业废水中汞和大气中汞的处理技术对比

3.1生物吸附法

目前国内外关于用生物吸附技术处理含汞废水的研究主要集中在纯菌种的分离提取、基因工程菌的构造、混合菌的培养等方面。以下将从不同菌种进行简要介绍。

(1)单一菌种。NecdeS.等对Phanerochaeteysosposporium干细胞进行了研究,在温度25℃、pH值为7的环境下,干细胞对汞含量为5～500mg/L的溶液中无机汞、烷基汞的吸附能力达到最大值。从污染物中分离到一株细菌,该菌种可在HgCl2含量5～500mg/L的溶液中生长,而且汞去除量与菌体升长同步,在温度30℃、pH值为7的环境下,HgCl2含量为30mg/L的水样,培养24h后,可以达到汞的去除率为91.7%。

纯菌种处理含汞废水的瓶颈是其耐汞能力,纯菌种耐受汞的能力一般是相当低的,虽然干细胞能处理高达500mg/L的含汞废水,受含汞浓度、pH值的影响很小,但是干细胞没有生物活性,不能扩大培养。

(2)基因工程菌。用pBR322为载体将假单胞菌B-33抗汞质粒pBH33的抗汞基因克隆至大肠杆菌。汞挥发实验证明,抗汞基因克隆株C600(pBH337)的去汞率是C600的3.2倍。美国的Wilson实验室应用分子生物学技术构建了一种能从很低浓度废水中富集汞离子的基因工程菌,又比一般的生物吸附法前进了一大步。

目前在抗汞基因的研究上国内外都加大了力度,提取抗汞质粒(Plas)、转座子(Transposon)、提取有机汞裂解酶和汞还原酶,用来构造基因工程菌。虽然在降解汞方面取得了良好的效果,但是其复杂的技术要求和大量资金的投入限制了其工业化应用。

(3)混合菌。在填充了易渗透物质的生物反应器中将6种汞还原菌混合培养或单个培养,发现前者的处理效果要优于同等条件下的单种菌。单一菌种随着汞浓度急剧升高,吸附汞的效率显著提高,最终导致菌体内汞浓度的剧增,从而加速菌种死亡;而混合菌不受汞浓度连续或者急剧升高的影响,始终保持着较高的汞降解率。

虽然混合菌在很多领域中的作用已得到充分证实,部分成果已成功应用。但存在着混合菌体系中不能有效地协调菌间的关系使其达最佳生态状态的问题,这严重地阻碍了混合菌培养的发展和应用。

3.2生物强化法

当废水中含有有毒、难降解的有机污染物时,由于对该类有机物具有专项降解能力的微生物在环境中的种类和数量较少,传统的生物处理技术效果不佳。如果在传统的生物处理体系中投加具有特定功能的微生物或某些基质,增强它对特定污染物的降解能力,从而改善整个污水处理体系的处理效果,这种技术称为生物强化技术。

(1)细胞的固定化。固定化微生物技术克服了生物细胞太小、与水溶液分离较难、易造成二次污染的缺点,具有稳定性强、效率高、能纯化和保持菌种高效的优点。具有广阔的应用前景。其主要方法有:无载体固定化法、包埋法、交联法、载体结合法等。

对经褐藻酸钙包裹的Phanerochaeteysosporium菌吸附汞进行了研究,在pH值5.0～6.0范围,温度在35℃左右时,汞的处理量达到最大值。同时认为,由于在死菌体周围更易于形成胞外多聚物,使吸附能力增强。汞对活细胞有毒害作用,能抑制细胞对金属离子的生物积累过程。将蓝绿色假单胞杆菌的死细胞进行固定化,通过磷酸钠浸泡,最大处理量达到每克干细胞能吸附400mg汞。并猜测可能是由于磷酸钠改变了微生物的官能团,也有可能磷酸钠能有效地维持最佳pH值。

（2）投菌活性污泥法。这是近年国外发展起来的技术,该法是将具有强活性的细菌投入到曝气池中,使曝气池混合液内的各种细菌处于最佳活性状态。这在造纸废水和焦化废水处理领域有成功的应用。通过投加苯酚降解菌处理焦化废水中的苯酚,使苯酚的去除率稳定在95%～100%,而没有进行生物强化的对照组,苯酚的去除率开始很高,但很快降到40%左右。

利用直接投加特效降解微生物的方法,成功地处理了造纸厂废水中的树脂酸。尽管如此,但尚未见投菌活性污泥法用于处理含汞废水的报道,从研究机理和处理技术上分析,投菌活性污泥法应用于含汞废水处理是可行的。

有许多微生物对重金属汞具有抗性及降解性,(主要起作用的是细胞中的遗传物质质粒或转座子)上的抗性基因,因为抗性基因编码的金属解毒酶催化,使高毒性金属转化成为低毒形态。有研究发现细菌含有的两种诱导酶(有机汞裂解酶和汞还原酶),对甲基汞具有降解和还原作用。有机汞裂解酶能裂解碳-汞键,通过汞还原酶把汞离子转化成弱毒性及挥发性的元素汞。

也有实验表明，投加的菌株能够与活性污泥系统迅速结合成为一个整体,在系统中成为优势菌株,使活性污泥活性显著提高投入活性污泥系统中的菌株与活性污泥的结合是一个自然絮凝的过程,该过程的时间与微生物的种类及活性污泥的性质有关。

因此可把对二价汞具有特殊降解能力的菌种投加到活性污泥中,改善生长环境及培养条件,使其成为优势菌种。这样,不但投入了曝气池内所缺少的细菌,而且使微生物适应性增强,提高了污水处理厂的处理效果。

4.废水处理技术的问题与展望

传统物理和化学方法有其优点,也有局限性其中离子交换法、铁盐或明矾混凝法及活性炭吸附法能将含汞量将至3μg/L以下,采用硫化物沉淀加混凝的传统沉淀法时,出水汞含量可以控制在10～20μg/L范围内。其他一些方法,尤其是供小规模处理的还原法,也可得到较低的出水汞浓度。而在微生物处理方法中,自然形成的菌种耐汞能力非常差,只能处理含汞浓度低的废水。

但从自然界中分离获得的汞还原菌种,能提高其抗汞能力,或者构建基因工程菌增强其抗汞性,然后将高效菌种添加到活性污泥中,使其成为优势菌种并絮凝,同时达到驯化活性污泥的目的。目前,投菌活性污泥法在废水处理中的应用范围在逐渐扩大,同时取得了很好的效果。但未见其用于含汞废水的处理,问题在于:

(1)投加的菌株能否在短时间内与活性污泥系统结合,并且成为优势菌种,这方面可考虑改变菌种生长条件,使对汞具有降解能力的菌种成为优势菌种;

(2)菌体流失问题,用固定化技术及菌种间的自然絮凝可以使菌体流失问题得到改善;

(3)甲基汞的剧毒性会破坏活性污泥系统的平衡,可考虑逐渐提高汞离子的浓度,增强系统对其耐受能力。在含汞废水处理方面,如果能有效的解决上述问题,投菌活性污泥法将会成为一种非常可行的方法。

同时，无论采取何种技术，无论效率高低，但都是在含汞工业废水产生之后采取的应对措施，最关键的应是减少含汞废水中的浓度。因此，必须进行生产工艺的改革，做到生产过程中不用汞或少用汞，降低汞的排放量，其次才是对含汞废水进行回收和适当处理。