鐵鹽和鋁鹽對(duì)活性污泥中微生物的毒性研究進(jìn)展

劉彎彎路達(dá)梁淑軒

（河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院河北保定071002）

鐵鹽和鋁鹽對(duì)活性污泥中微生物的毒性研究進(jìn)展

劉彎彎路達(dá)梁淑軒

（河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院河北保定071002）

人們進(jìn)行了大量關(guān)于絮凝劑毒性效應(yīng)的研究,本文總結(jié)了鐵鹽和鋁鹽絮凝劑對(duì)活性污泥中的微生物所產(chǎn)生的毒性影響，整體來(lái)看：鐵鹽和鋁鹽對(duì)污水中的微生物有抑制、促進(jìn)和低濃度促進(jìn)高濃度抑制三種不同的影響。建議尋找一種最理想的方法來(lái)評(píng)價(jià)絮凝劑對(duì)污水處理系統(tǒng)微生物的影響；著力研發(fā)無(wú)毒的絮凝劑，逐步取代有副作用的絮凝劑；選擇絮凝劑時(shí)應(yīng)全方面考慮，提高效率降低毒性。

鐵鹽絮凝劑；鋁鹽絮凝劑；微生物；毒性

絮凝過(guò)程作為眾多水處理工藝流程中不可缺少的前置關(guān)鍵環(huán)節(jié),且由于它具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),也是國(guó)內(nèi)外水處理領(lǐng)域最常用的方法[1]。在污水處理中使用的絮凝劑種類繁多用量大，在對(duì)污水處理效果起到積極作用的情況下，殘留在水中和污泥中的絮凝劑及其副產(chǎn)物也不可避免的給環(huán)境和生物帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。這些絮凝劑殘留在水中的成分對(duì)活性污泥中的微生物的毒性問題也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。有關(guān)鋁鹽絮凝劑和高分子絮凝劑單體的毒性已有較多報(bào)道[2-3]。鐵鹽絮凝劑相對(duì)于鋁鹽絮凝劑,殘留量小、生態(tài)毒性小,而關(guān)于這些鐵鹽絮凝劑的生態(tài)影響數(shù)據(jù)目前還鮮有報(bào)道[4]。為了更清楚的了解絮凝劑對(duì)各方面產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)大小，給污水處理中絮凝劑的使用提供更為科學(xué)安全的使用指南，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)以不同的動(dòng)植物、微生物等作為受試生物進(jìn)行了多方面的研究。下面是國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鐵鋁無(wú)機(jī)絮凝劑對(duì)活性污泥中的微生物毒性的研究進(jìn)展。

1 鐵鹽對(duì)活性污泥中微生物的影響

鐵鹽在水處理中的大量應(yīng)用對(duì)活性污泥系統(tǒng)的影響已引起了學(xué)者們的關(guān)注。有研究發(fā)現(xiàn)Fe2(SO4)3在20～60mg/L時(shí)對(duì)污泥的活性指標(biāo)脫氫酶活性、比耗氧速率、胞外聚合物影響不明顯，污染物的去除率隨著投加量的增加而增大，在80mg/L時(shí)，污泥活性指標(biāo)開始下降，100mg/L時(shí)對(duì)污泥活性的抑制率進(jìn)一步增大，且污染物的去除率降低[5]。在Fe3+濃度小于10mg/L時(shí)，COD代謝正常且略高于空白，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，出現(xiàn)累計(jì)毒性；濃度大于15 mg/L時(shí)，毒性效應(yīng)增大，COD代謝能力降低；大于20mg/L后開始出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，活性污泥好氧速率下降；大于100mg/L后出現(xiàn)急性中毒現(xiàn)象，COD代謝能力下降[6]。

含有5%Fe3+的活性污泥系統(tǒng)比空白系統(tǒng)的脫氫酶活性和電子傳遞體系活性提高了50%左右[7]。通過(guò)觀察微生物的生長(zhǎng)曲線，F(xiàn)e3+濃度在0-50mg/L時(shí)對(duì)制漿中斷廢水好氧活性污泥中的微生物有促進(jìn)作用，在最佳用量30mg/L時(shí)，加Fe3+組比空白組的COD和污染物的去除率都高，且脫氫酶活性也高于空白組[8]。復(fù)合鐵酶促活性污泥較普通活性污泥的電子傳遞體系活性、脫氫酶活性和平均氨氮硝化率分別提高62.5%、17.97%和9.1%，在好氧反應(yīng)前30min，復(fù)合鐵酶促活性污泥系統(tǒng)和普通活性污泥系統(tǒng)的硝化速率分別為10.92和3.28mgN-NH4+/h[9]。

當(dāng)鐵鹽用于化學(xué)同步除磷時(shí)，F(xiàn)e3+使污泥的MLVSS從0.25mg/L下降到0.2mg/L,停藥后迅速恢復(fù)，F(xiàn)e2+使MLVSS從0.25mg/L下降到0.18mg/L，停藥后恢復(fù)速度較Fe3+慢，兩種鐵鹽都使亞硝化菌和硝化菌呼吸速率下降，且Fe2+下降更明顯，停藥后沒有恢復(fù)的趨勢(shì)[10]。以三價(jià)鐵為化學(xué)除磷劑的南北方兩座污水廠，對(duì)活性污泥呼吸速率（OUR）都產(chǎn)生了抑制，但抑制程度不同[11]。

綜上，由于學(xué)者所采用的污泥活性指標(biāo)、濃度范圍不一，得出的結(jié)論不盡相同，總之鐵鹽對(duì)微生物的影響分為在低濃度時(shí)對(duì)污泥活性有促進(jìn)作用或者作用不明顯，隨著濃度升高逐漸產(chǎn)生抑制作用、只產(chǎn)生抑制作用和只產(chǎn)生促進(jìn)作用三種。所使用的指標(biāo)包括脫氫酶活性、比耗氧速率、污染物去除率、胞外聚合物、電子傳遞體系活性、微生物的生長(zhǎng)曲線、亞硝化菌和硝化菌呼吸速率。

2 鋁鹽對(duì)活性污泥中微生物的影響

鋁鹽絮凝劑在水處理應(yīng)用中對(duì)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也越來(lái)越引起人們關(guān)注。有人發(fā)現(xiàn)高投加量下，聚合態(tài)較游離態(tài)鋁對(duì)活性污泥的脫氫酶活性和呼吸速率影響小。隨接觸時(shí)間增長(zhǎng),鋁鹽對(duì)活性污泥的抑制作用也隨之增大。提高活性污泥濃度，微生物的耐受力也有所增強(qiáng),二次暴露試驗(yàn)表明鋁鹽對(duì)活性污泥的影響是非急性的、可逆的[12]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)低濃度下硫酸鋁對(duì)污泥OUR抑制較輕，高濃度下30min內(nèi)OUR下降50%。人工修復(fù)后，可加速活性恢復(fù)，但短期內(nèi)難恢復(fù)原水平[13]。有人得出Al對(duì)活性污泥的呼吸抑制率達(dá)5%和50%時(shí)的濃度分別為7mg/L和87.5mg/L，且為可逆抑制作用[14]。通過(guò)測(cè)定產(chǎn)甲烷活性，發(fā)現(xiàn)鋁鹽使厭氧顆粒污泥的活性明顯降低，但可通過(guò)馴化來(lái)消除鋁鹽毒性,且清除鋁鹽后活性可恢復(fù)。氯化鋁對(duì)厭氧顆粒污泥活性的半數(shù)抑制濃度在135mg/L左右[15]。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)氯化鋁對(duì)好氧微生物活性的半數(shù)抑制濃度在12-19mg/L間[16]。

以比耗碳源速率作為測(cè)試指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)在PAC濃度為7.5mg/L時(shí)對(duì)微生物沒有影響，10mg/L時(shí)產(chǎn)生抑制作用，得出PAC的投加量不宜超過(guò)12.5mg/L[17]。還有人發(fā)現(xiàn)在Al投加量為5mg/L時(shí),對(duì)活性污泥中微生物的呼吸速率沒有影響，且對(duì)有機(jī)物的去除效率提高，大于25mg/L時(shí),對(duì)活性污泥產(chǎn)生毒性影響,并使整體污染物的去除效果下降[6]。在加入絮凝劑一段時(shí)間后，絮凝劑對(duì)活性污泥OUR的抑制率由高到低的順序?yàn)镻AC＞AlCl3＞Fe2(SO4)3，加入絮凝劑的砂濾器出水作為反洗水對(duì)活性污泥中的微生物沒有明顯的影響，但導(dǎo)致活性污泥總的無(wú)機(jī)物組分增多[17]。在使用PAC作為除磷劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于二沉池產(chǎn)生的化學(xué)污泥不經(jīng)沉淀直接回流至生物反應(yīng)池，造成對(duì)微生物種群結(jié)構(gòu)、微生物數(shù)量、污泥濃度、污泥指數(shù)的不利影響，且對(duì)二沉池和反硝化生物濾池產(chǎn)生負(fù)面效果，使最終出水水質(zhì)超標(biāo)。并且發(fā)現(xiàn)隨著化學(xué)污泥進(jìn)入生物系統(tǒng)，微生物的好氧速率降低[18]。有研究發(fā)現(xiàn)三價(jià)鋁鹽和鐵鹽在南北方污水處理廠的除磷應(yīng)用中對(duì)OUR產(chǎn)生抑制作用但存在差異，且鋁鹽較鐵鹽抑制作用更明顯[11]。

投加PAC的反應(yīng)器中單位質(zhì)量污泥的生物量約提高了3倍，單位體積污泥中的細(xì)菌總數(shù)較空白增加但氨氧化細(xì)菌和亞硝化氧化細(xì)菌數(shù)量基本沒有變化，COD和磷的去除率高于空白[19]。

綜上，因不同學(xué)者使用的測(cè)定方法、藥劑濃度、污泥活性指標(biāo)不一致，得出了低濃度鋁鹽對(duì)活性污泥中的微生物產(chǎn)生輕度抑制作用或促進(jìn)作用，高濃度鋁鹽產(chǎn)生嚴(yán)重抑制，且抑制為可逆的,只有促進(jìn)作用和只有抑制作用三種結(jié)論。

3 結(jié)論及建議

鐵鹽和鋁鹽對(duì)活性污泥中的微生物活性的影響有三種結(jié)論，分別為：低濃度時(shí)促進(jìn)高濃度時(shí)抑制、只有促進(jìn)作用和只有抑制作用三種結(jié)論。

在絮凝劑普遍大量應(yīng)用的情況下，它們的使用對(duì)活性污泥中的微生物活性存在風(fēng)險(xiǎn)，且已經(jīng)被很多研究證明。現(xiàn)提出以下幾點(diǎn)建議：a)加強(qiáng)絮凝劑對(duì)活性污泥中微生物的毒性研究，建立統(tǒng)一的毒性測(cè)試方法；b)不斷研發(fā)新型高效無(wú)毒的絮凝劑來(lái)替代有使用風(fēng)險(xiǎn)的絮凝劑，或采用絮凝劑聯(lián)合使用的手段來(lái)降低毒性作用；c)選擇絮凝劑時(shí)應(yīng)從用量、種類、處理效果、毒性大小、操作環(huán)境等方面考慮。

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劉彎彎（1989-），女，河北保定清苑縣人，河北大學(xué)碩士，研究方向：水處理藥劑研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51308179）；河北省教育廳青年基金資助項(xiàng)目（QN20131016）;保定市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（12ZF087）;河北大學(xué)自然基金資助項(xiàng)目（2012-238）

路達(dá)（1972-），男，內(nèi)蒙烏海人，河北大學(xué)副教授，博士,研究生導(dǎo)師，研究方向：水處理藥劑研究。

梁淑軒（1967-），女，河北省定州市人，河北大學(xué)教授，博士，研究方向：環(huán)境污染化學(xué)與修復(fù)。