毒物及其作用機(jī)制

廢水中凡是能延緩或完全抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)，統(tǒng)稱為有毒有害物質(zhì)，簡稱毒物。這些毒物，從化學(xué)性質(zhì)上來分可劃分為有機(jī)物和無機(jī)物兩大類。從處理的角度又可劃分為能被生物處理段去除、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(如H2S、苯酚等，或稱非穩(wěn)定性毒物)和不能被生物處理段去除、轉(zhuǎn)化的物質(zhì)(如NaCl、汞、銅等，或稱穩(wěn)定性毒物)兩大類。

毒物對微生物的作用機(jī)制主要有如下方式：

1、損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分和細(xì)胞外膜。如：70%濃度的乙醇能使蛋白凝固達(dá)到殺菌作用;酚、甲酚、表面活性劑作用于細(xì)胞外膜，破壞細(xì)胞膜的半透性。

2、損傷酶和重要代謝過程。一些重金屬(銅、銀、汞等)對酶有潛在的毒害作用，甚至在非常低的濃度下也起作用。這些重金屬的鹽類和有機(jī)化合物能與酶的-SH基結(jié)合，并改變這些蛋白質(zhì)的三級和四級結(jié)構(gòu)。

3、競爭性抑制作用。當(dāng)廢水中存在一種化學(xué)結(jié)構(gòu)與代謝物質(zhì)相類似的有機(jī)物時(shí)便會發(fā)生。因?yàn)槎叨寄茉诿傅幕钚灾行呐c酶相結(jié)合，它們的競爭將抑制中間產(chǎn)物的形成，使酶的催化反應(yīng)速率降低。

4、對細(xì)胞成分合成過程的抑制作用。當(dāng)某些化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞成分的結(jié)構(gòu)時(shí)，它們便會被細(xì)胞吸收并同化，結(jié)果是合成無功能的輔酶或?qū)е律L停止。這種作用最典型的例子便是磺胺酸。

5、抗生素對核酸的抑制作用。不少抗生素能專一地抑制原核生物的蛋白質(zhì)合成，如鏈霉素會抑制氨基酸正確結(jié)合于多肽上。

6、抗生素對核酸的抑制作用。如絲裂霉系C會選擇性地阻止DNA的合成，從而抑制微生物的生長。

7、對細(xì)胞壁合成的抑制作用。如青霉素便是通過干擾細(xì)胞壁的合成從而達(dá)到抑制微生物生長的效果。

菌種承受毒物的能力及菌種馴化法

微生物中存在不少能耐受常用代謝毒物的菌株，有的甚至能利用它們作為能源。化學(xué)物質(zhì)對微生物的抑制作用與其濃度有直接關(guān)系，并隨微生物的馴化而發(fā)生變化，經(jīng)過馴化的微生物對有毒物質(zhì)的適應(yīng)能力將逐步加強(qiáng)。微生物這種巨大的適應(yīng)性(變異性)是由它們的小體積決定的。

如一個(gè)微球細(xì)胞僅具有約100000個(gè)蛋白質(zhì)分子所能容納的空間，如此小的體積決定了那些近期用不著的酶是不能儲備的，許多分解代謝酶類只有當(dāng)存在合適的基質(zhì)時(shí)才會產(chǎn)生。在某些條件下這類可誘導(dǎo)的酶可占蛋白質(zhì)總含量的10%.正是微生物的這種變異性，才使生物法處理含毒有機(jī)廢水成為可能。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的(此時(shí)的濃度叫極限允許濃度)，正是這種極限又要求含毒物有機(jī)廢水在生物處理前需要一定的預(yù)處理。

微生物由于其體積的細(xì)小，而具有巨大的適應(yīng)性(變異)。因此可以采用人工改變微生物生活環(huán)境的方法進(jìn)行誘導(dǎo)變異，讓微生物直接適應(yīng)原水中毒物濃度或提高微生物對毒物的去除能力。這種方法對穩(wěn)定性毒物及非穩(wěn)定性毒物均適用，是處理含毒有機(jī)廢水的一種基本方法。

在城市生活污水處理廠中，當(dāng)進(jìn)水中酚的濃度突然增加到50 mg/L時(shí)，便會對生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的破壞作用。嚴(yán)重時(shí)，會導(dǎo)致全系統(tǒng)的崩潰。可是，某焦化廠采用適應(yīng)性變異的方法對菌種進(jìn)行馴化即菌種馴化法，使微生物內(nèi)的酶逐步適應(yīng)了這種毒物的大量存在，便將這種毒物當(dāng)成其底物而加以分解吸收。實(shí)際運(yùn)行表明，進(jìn)水中酚的平均濃度為117.5 mg/L時(shí)，酚的去除率高達(dá)99.6%.

含酚廢水處理是應(yīng)對一種不穩(wěn)定性毒物的例子，當(dāng)毒物很穩(wěn)定時(shí)，亦可采用這種馴化方法以提高微生物對毒物的承受能力。但須注意，這種毒物的濃度必須滿足最終出水排放標(biāo)準(zhǔn)或另外采取其它措施加以控制。

預(yù)處理方法

馴化是生物處理法中應(yīng)對毒物的一種基本方法。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的極限的，毒物濃度超過極限允許濃度時(shí)就需要一定的預(yù)處理。目前，預(yù)處理法主要有稀釋法、轉(zhuǎn)化法和分離法。

稀釋法

污水中的毒物之所以成為毒物，是與其濃度有關(guān)的。當(dāng)其濃度超過某一極限允許濃度時(shí)，毒物就成為毒物;在極限允許濃度以下時(shí)，毒物就不表現(xiàn)出毒性甚至成為營養(yǎng)。當(dāng)廢水中毒物濃度超過生物處理的極限允許濃度時(shí)，為保證生物處理的正常進(jìn)行，可采用簡單的稀釋法，將廢水中毒物濃度降低到極限濃度以下。

根據(jù)廢水中毒物的穩(wěn)定或非穩(wěn)定性質(zhì)，結(jié)合實(shí)際情況，可采取3種不同的稀釋法：污水稀釋法，處理出水稀釋法，清水稀釋法。

(1)污水稀釋法。不同的污水中所含的物質(zhì)不同，將它們混合起來，彼此稀釋，可將毒物濃度降低到極限允許濃度以下，這便是污水稀釋法。它最簡單、最經(jīng)濟(jì)，是首選方法，不論毒物的性質(zhì)是穩(wěn)定或非穩(wěn)定均適用。少量的工業(yè)廢水混入大量的城市污水中，幾乎所有的毒物濃度都會被降低到極限允許濃度以下。但是，少量的工業(yè)廢水彼此間混合后，毒物濃度仍有可能在極限允許濃度以上，仍需繼續(xù)采取其它措施。

污水稀釋法除了上面所說的不同單位所排廢水之間的大稀釋外，還有同一工廠不同車間所排廢水之間的小稀釋。比如，制革工廠中，脫毛工段所排的灰堿廢水中S2-的濃度高達(dá)1 000 mg/L以上，但脫毛工段所排的灰堿廢水只占全廠總排水量的5%左右，只要建一較大的調(diào)節(jié)池(停留時(shí)間HRT一般在12 h左右)，不同工段所排廢水在此攪拌混合后，總出水中S2-的濃度便可降低到100 mg/L以下。這對后續(xù)處理非常有利。

(2)處理出水稀釋法。這種方法只適用于廢水中的毒物為非穩(wěn)定這一單一情況。處理出水稀釋法又有兩種：①曝氣池池型采用完全混合式;②處理出水回流稀釋法。出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，方法①應(yīng)是首選。

(3)清水稀釋法。這種方法只有在廢水中的毒物為穩(wěn)定性毒物，不能采用處理出水稀釋，工廠內(nèi)部及其附近又沒有其它廢水可以用來稀釋它，而且這種毒物又不能采用分離法或轉(zhuǎn)化法去除時(shí)才能使用。這是由于①這種方法的不經(jīng)濟(jì)性。采用清水稀釋本身就要花費(fèi)大量的水費(fèi);原水采用大量的清水稀釋后，處理投資和運(yùn)行費(fèi)都要增加。②隨著環(huán)境管理的加強(qiáng)，已由濃度排放控制過渡到排放總量控制。

轉(zhuǎn)化法

化學(xué)物質(zhì)只有在特定的情況下才會表現(xiàn)毒性，比如，硝基苯毒性較大，轉(zhuǎn)化為苯胺后，毒性就大為降低。Cr6+的毒性很大，可是被還原為Cr3+后，毒性就大為降低。所以，可以通過化學(xué)方法，將有機(jī)廢水中的毒物轉(zhuǎn)化為無毒或毒性較低的物質(zhì)，以保證生物處理的正常進(jìn)行。這種方法對穩(wěn)定性毒物或非穩(wěn)定性毒物均適用。采用這種方法一定要注意兩個(gè)問題：①轉(zhuǎn)化后，穩(wěn)定性毒物的濃度必須在生物處理極限允許濃度以下，非穩(wěn)定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運(yùn)行;②最終出水中，毒物濃度也應(yīng)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

分離法

利用分離的手段，將廢水中的毒物轉(zhuǎn)移到氣相或固相中去，以保證廢水生物處理的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這便是分離法的原理。此法對穩(wěn)定性或非穩(wěn)定性毒物均適用。采用這種方法時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：①分離后，廢水中穩(wěn)定性毒物濃度必須在生物處理的極限允許濃度之下，非穩(wěn)定性毒物的濃度必須保證生物處理的正常運(yùn)行;②必須保證最終出水各項(xiàng)指項(xiàng)(包括毒物)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn);③轉(zhuǎn)移到氣相或固相的毒物必須進(jìn)行妥善處理，不允許出現(xiàn)二次污染。