研究生知识库

本论文对砷和锑的化学性质以及当前从废水中去除砷和锑的相关处理技术等，进行了较为详细的综述。着重总结了硫酸盐还原菌去除废水中砷或（和）锑的研究进展，分析了硫酸盐还原菌处理水体中砷和锑污染时存在的一些问题。在前人研究工作的基础上，系统开展了用硫酸盐还原菌去除废水中砷和锑的实验研究工作。主要研究内容包括了硫酸盐还原菌对砷和锑的去除效率及差异，以及二价铁盐（Fe(II)）对硫酸盐还原菌去除砷和锑的效率的影响，并考察了不同碳源对硫酸盐还原菌的生理活性、进而对砷和锑的去除效率的影响，最后用实际废水对这一微生物处理技术的实际效用进行验证。具体内容包括以下几个方面：在课题组欧阳小雪关于硫酸盐还原菌去除锑的研究基础上，结合砷的去除，评估砷或锑作为单一污染物或二者共存时硫酸盐还原菌对二者的去除效率，考察硫酸盐还原菌对于砷、锑去除效率的差异，以及在此过程中砷和锑的去除有无相互影响。结果表明，当砷或锑作为废水中单一的类金属污染被硫酸盐还原菌处理时，锑能被有效除去，但砷却难以被去除到一个理想水平；当砷和锑同时作为废水中的类金属污染被硫酸盐还原菌处理时，砷和锑的去除率都略有提高，不过并没有改变锑较易去除而砷难以除去的总体趋势。鉴于硫酸盐还原菌除锑较为容易，而对于砷的去除效率不太理想，而铁盐对于硫酸盐还原菌的生理活性及砷的去除等方面的促进作用早已见诸文献报道，因而，在硫酸盐还原菌处理废水时考虑加入Fe(II)来考察其对砷、锑去除的影响。结果表明，无论Fe(II)是否存在，硫酸盐还原菌都可以有效地使废水中总锑从5 mg/L降至0.2 mg/L以下，不过Fe(II)存在与否可能会影响甚或改变锑的去除机制。更重要的是，Fe(II)能提高砷的去除效率，溶液中砷残余量随着Fe/As比或Fe浓度的升高而降低。总体来看，砷吸附在生成的铁硫化物上、Fe(II)消耗硫化物至合适的浓度从而形成As2S3沉淀及铁硫化物形成过程中共沉淀砷是Fe(II)存在时砷的主要去除机制。考虑到矿山废水中有机碳含量极低，不足以维持硫酸盐还原菌生长，利用硫酸盐还原菌除砷时涉及一个选择和投加碳源的问题。因而，试验中分别以乳酸、乙醇、糖蜜和米酒作为碳源，研究硫酸盐还原菌在不同碳源中的生长状况及对砷和锑的去除效率。硫酸盐还原菌接种到各碳源培养基后14 d的生长状况显示，硫酸盐还原菌在乳酸中生理活性最佳，在乙醇中也有明显的生理活性，但需要一个较长的启动期，而在糖蜜和米酒中没有明显的生理活性。当硫酸盐还原菌接种到各碳源培养12 h后加入酸性As(V)和Sb(V)储备液，由于12 h内尚未生成足够的碱度和硫化物来应对酸性储备液冲击，硫酸盐还原菌在所有碳源中均失去生理活性；虽然硫酸盐还原菌已失活且基质中只含有少量硫化物，乳酸培养基中总锑和总砷的去除率仍可达到89.7%和65.6%，糖蜜和米酒培养基中总锑去除率达到81.2%和97.3%、总砷去除率为10.0%和17.1%，不过乙醇培养基中砷和锑含量均没有明显的下降。基于乳酸和乙醇都能作为硫酸盐还原菌碳源的实验事实，且乙醇因廉价易得并能被大多数硫酸盐还原菌利用而成为有竞争力的乳酸替代品，因而，试验设计时分别以乳酸和乙醇作为碳源，研究硫酸盐还原菌在两种碳源中的生长状况及对砷和锑的去除效率。研究表明，当砷和锑作为废水中主要的污染物被硫酸盐还原菌处理时，锑能被有效除去，但砷的去除率较低。当废水中同时含有Fe(II)时，砷的去除率大幅提高，锑的去除率也能进一步提高。与使用乳酸相比，使用乙醇作为碳源的处理中砷和锑的去除率更高。这可能是因为硫酸盐还原菌利用乙醇时硫化物产量相对较低（较慢），从而使得硫化物与充足的Fe(II)形成较小粒径的铁硫化物颗粒进而更利于吸附类金属离子。砷应该是通过铁硫化物的吸附或共沉淀作用而除去的，而不是通过形成As2S3沉淀的方式。由于前期研究以模拟废水为主，成分清楚，污染物明确，但实际废水的情况无疑更为复杂，因而，后期利用实际废水对硫酸盐还原菌处理矿山废水的可行性进行试验验证。与模拟废水试验有所不同的是，硫酸盐还原菌直接接种到含有砷和锑的废水中时，废水中的砷和锑因浓度高低而对硫酸盐还原菌的生理活性造成明显或不甚明显的影响。一旦硫酸盐还原菌克服接种初期的不利因素而迅速增殖，其对砷和锑的去除效率与模拟废水中得到的结果相似；同时，与乳酸相比，硫酸盐还原菌利用乙醇作为碳源时废水中砷和锑的去除率与相似或更高。在生产实践中，使用乙醇作为碳源不仅能够降低运行成本，还能在Fe(II)存在的前提下显著提高砷的去除率。不过在具体工艺运用上，产生硫化物的过程与沉淀去除重（类）金属的过程或许需要分开，使得硫酸盐还原菌的生长避开废水的直接影响，或者是中水回用使得硫化物浓度保持在适当水平，更有利于砷和锑的去除。