摘要：含砷废水的传统处理方法，如物理法和化学法的不足之处在于费用高，二次污染大，工程化程度小。微生物法在含砷废水处理方面的研究取 得了显著进展，研究成果已投入工程应用。我认为活性污泥法对含砷废水的处理有着广阔的应用前景。 关键词：砷；重金属；废水；微生物法；活性污泥法

1. 概述

随着冶金和化工等行业发展以及贫矿的开发，砷伴随主要元素被开发出来，进入废水中的砷数量相当大[1]。据1995年中国环境状况公报报道，95年砷排放量达到1084吨，比94年增长4.4%，1996年中国环境状况公报报道，96年砷排放量达到1132吨，比95年增长4.2%。含砷废水有酸性和碱性，当中一般也含有其它重金属离子。砷与铅等共同作用会使废水的毒性更大，国内外都曾发现废水中砷的中毒事件[2]。

含砷废水中砷的存在形态受pH的影响很大，在中性条件下，可溶砷的数量达到最大，随着pH的升高或降低其溶解的数量都将降低。pH为5.0时，溶液中砷主要以无机砷的形态存在，当pH为6.5时，有机砷为其主要存在形态[3]。但由于含砷废水的来源并不单一，其成分也是复杂多变的。

含砷废水的处理在六十年代就已得到世人的关注。如能回收利用则不仅可解决了砷对环境的污染问题，而且经济效益显著，节约资源。目前，比较系统的处理方法有化学沉淀法、物理法以及新兴的、最具发展前途的微生物法。

2. 化学法处理含砷废水

处理含砷废水，目前主要有中和沉淀法、絮凝沉淀法、铁氧体法、硫化物沉淀法等，适用于高浓度含砷废水，但是生成的污泥易造成二次污染。在化学法方面的研究已经比较成熟，很多科研前辈曾在这方面做了深入的研究。

中和沉淀法作为工程上应用较广的一种方法，很多人在这方面作了深入的研究，它的主要的目的是让废水中的各形态的砷生成亚砷酸钙、砷酸钙和氟化钙沉淀。这种方法能除去大部分砷，且方法简单，但泥渣沉淀缓慢，难以将废水净化到符合排放标准[4]。化学沉淀法作为含砷废水的一种主要处理方法，工程化比较普遍，但并不是采用单一的处理方式，而是几种处理方式的综合处理，如钙盐与铁盐相结合，铁盐与铝盐相结合等等。这种综合处理能提高砷的去除率。但由于化学法普遍要加入大量的化学药剂，并成为沉淀物的形式沉淀出来。这就决定了化学法处理后会存在大量的二次污染，如大量废渣的产生，而这些废渣的处理目前尚无较好的处理处置方法，所以对其在工程上的应用和以后的可持续发展都存在巨大的负面作用。

3. 物化法处理含砷废水

物化法一般都是采用物理方法，如：离子交换 、吸附、萃取、反渗透等方法。物化法大都是些近年来发展起来的较新方法，实用的尚不多见，但是之前也有众多科研人员在这方面做了深入的研究，并取得了显著的成果。另外，还有不少人作了用钢渣、选矿尾渣、高炉冶炼矿渣等废渣处理含砷废水的研究，取得了不错的成果。但由于物化法只能处理浓度较低，处理量不大，组成单纯且有较高回收价值的废水，而工业废水的成分较复杂，所以物化法的工程化程度较低，没有太大的可行性。

4. 微生物法处理含砷废水

与传统物理化学方法相比，用微生物法处理含砷废水具有经济、高效且无害化等优点，已成为公认最具发展前途的方法。我在这里介绍一下我所了解的活性污泥法。

高科技术领域诸多研究表明，活性污泥ECP（胞外多聚物）能大量吸附溶液中的金属离子，尤其是重金属离子，他们与ECP的络合更为稳定。关于吸附机制，在ECP的复杂成分中吸附重金属离子的似乎是糖类。Brown和Lester（1979）指出ECP中的中性糖和阴离子多糖有着吸附不同金属离子的结合点位，不同价态或不同电荷的金属离子可以在不同的点位与 ECP结合，如中性糖的羟基、阴离子多聚物的羟基都可能是金属的结合位[5]。Modak和Natarajam等认为：活性污泥对重金属离子的吸附有两种机制即表面吸附和胞内吸收；表面吸附是指活性污泥微生物的胞外多聚物（甲壳素、壳聚糖等）含有配位基团—OH，—COOH，—NH2，PO43-和—HS等，他们与金属离子进行沉淀、络合、离子交换和吸附，其特点是快速、可逆和不需要外加能量，与代谢无关；胞外吸收通过金属离子和胞内的透膜酶、水解酶相结合而实现，速度较慢需要能量，而且与代谢有关[6]。此外，Ralinske指出：好氧生物能大量富集各种重金属离子，这些离子积累于细胞外多聚物中，并在厌氧条件下释放回液相中[7]。这就有利于我们在二沉池中分离和沉降重金属离子。

在活性污泥法处理含砷废水的实验中，存在众多的影响因素，主要影响因素如下：

4.1 砷的浓度及价态

不同价态的砷对活性污泥的毒性不同。实验可以表明，As3+对脱氢酶的毒性比As5+平均大53倍。As3+对蛋白酶活性的毒性约为As5+的75倍。还有，As3+对活性污泥脲酶活性的毒害作用是As5+的35倍[8]。所以处理含砷废水时有必要将As3+氧化成As5+。实验还表明，活性污泥对低浓度砷的去除率高于对高浓度砷的去除率，这是由于污泥的吸附能力有限所造成的。此外，重金属离子浓度小于5mg·L-1时，活性污泥法对污水中有机物的处理效果不受重金属影响，当重金属离子浓度大于30mg·L-1时，活性污泥法污水中有机物的处理效果则大大受到影响。

4.2 有机负荷

有机负荷对活性污泥去除五价砷也有较大的影响，有机负荷高，去除率也高。主要有两方面的原因：一是污水中的有机物本身可和五价砷相结合，降低了污水中砷的浓度；二是有机物浓度高有利微生物生长繁殖，这进一步提高活性污泥对五价砷的去除率[9]。此外，有机负荷高还可以防止污泥膨胀。因为在高有机负荷环境中絮状菌比大多数丝状菌有更强的吸附和存贮营养物能力，能够充分利用高浓度的底物迅速增殖，具有较高的比生长速率，抑制了丝状菌的生长。在低负荷下混合液中底物浓度长时间都低，由于缺少足够的营养底物，絮状菌的生长受到抑制，而丝状菌具有较大的比表面积，当环境不利于微生物的生长时，丝状菌会从菌胶团中伸展出来以增加其摄取营养物质的表面积。一方面，伸出絮体之外的丝状菌更易吸收底物和营养，其生长速率高于絮状菌，从而成为活性污泥中的优势菌种；另一方面，丝状菌越多，其菌丝越长，活性污泥越不易沉降，SVI越高，导致了污泥膨胀[10]。

4.3  pH

pH 对金属去除影响很大，因为pH不仅影响金属的沉降状态，而且影响吸附点的电荷。一般pH 升高有利于污泥对阳离子金属的吸附。直至产生氢氧化物沉淀，反之则有利于对呈负电荷状态存在的金属的吸附。但是，过高或过低的pH对微生物生长繁殖不利，具体表现在以下几个方面：

4.3.1 pH过低（pH=1.5）,引起微生物体表面由带负电变为带正电，进而影响微生物对营养物的吸收。

4.3.2 过高或过低的 pH还可影响培养基中有机化合物的离子化作用，从而间接影响微生物。

4.3.3 酶只有在最适宜的pH时才能发挥其最大活性，极端的pH使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程，甚至直接破坏微生物细胞。④过高或过低的pH均降低微生物对高温的抵抗能力[11]。

4.4 生物固体停留时间（Qc）

Qc对阳离子金属去除有较大影响，因为活性污泥表面常被难溶性或微溶性的多聚物所包围（如多糖），这些多聚物表面的电荷可使金属迅速地得以去除。已经证实，细菌多聚物产生和细菌生长相有关，稳定相和内源呼吸阶段多聚物产量最大，而Qc增大，污泥中细菌处于稳定相和内源呼吸阶段，有利于对金属的去除。

4.5 污泥浓度   污泥浓度高，吸附点也随着增加，从而有利于金属的去除。从去除金属的角度出发，高有机负荷，高污泥浓度的运行方式最为理想。      活性污泥法处理含砷废水，不论在处理费用，还是二次污染，或者工程化方面，都比传统处理方法具有相当突出的优势。虽然在理论研究方面还不是十分完善，但是在处理机制和影响因素方面都已达成一定的共识。如果在处理工艺上再进行一定的改进，如往污泥中投加优势菌种，可以改善污水的处理效果；此外，还可以引进生活污水进行混合处理并进行曝气，这样不仅降低了砷的浓度以及砷对污泥的毒害作用，同时还解决了活性污泥的营养源问题，为活性污泥法处理含砷废水的工程化应用开辟了一片新天地。

5. 投菌活性污泥法

投菌活性污泥法是在活性污泥基础之上的一种新型的处理方式。

投菌活性污泥法[12]是将具有强活力的细菌投入到曝气池里去，使曝气池混合液内的各种细菌处于最佳活性状态，这样.不仅投入了吸气池内所缺少的细菌，在流入污水水质不变的条件下，微生物氧化作用显著，而且，当污水水质改变，环境变异的情况下，微生物仍能适应，保持活性，其氧化代谢过程依然充分，投入菌液后使曝气池耐冲击负荷，提高污水处理厂的处理效果，改善了出水水质。

投菌活性污泥法是出之一种新的概念，它是根据在同一环境里，最适宜的细菌能自然繁殖，同样，污水处理厂曝气池混合液内的细菌也会自然繁殖到一定数目，自然界无处不可找到细茵，然而，在同一环境里并非可以找到一切细菌这一原则，作为理论指导，从自然界土壤内筛选出污水厂中的有用细菌制成液态的或固态的产品。液态菌液微生物成活率高；固态菌使用前需先用水溶成液态，细菌的成活率较液态菌液低，使用时按一定比例将液态菌液投入曝气池内或投到需用处，投菌活性污泥法目前在国外已收到良好的应用效果。因此，我认为我们可望借鉴这类投菌法通过向活性污泥中投加对砷具有高耐受力，对砷具有特殊处理效果的混合菌种，从而达到对砷的高效处理净化工业含砷废水。

6. 前景展望及自我感想

随着冶金、化工等产业的日益发展，以及含砷制品市场的日益拓大，含砷废水的排放和污染问题，必将影响到人们的生活水平的提高，影响到人类生存环境的改善，所以解决含砷废水的污染问题已迫在眉睫。但是现在传统的处理方法都存在一定的问题。

如化学法，虽然在工程上有了一定的应用，处理效果也较明显，但由于化学药剂的添加，导致了产生大量的废渣，而这些废渣目前尚无较好的处置办法，会导致土壤，水体等的二次污染。

物理法的处理费用较高，处理投资非常大，无法进行工程运作。并且技术还不够完善。而微生物法作为一种最有前途的处理方法，不仅具有高效、无二次污染，而且处理费用低等优点。其中，活性污泥法处理含砷废水的理论现在在国内外还处于热点研究探索中，又由于活性污泥具有的来源广泛，很容易培养，处理后二次污染小等一系列优点，使其在工程上的应用成为可能，以后将成为含砷废水的主要处理方法。此外，若对单纯活性污泥法进行工艺上的改进，如引进优势菌种，或掺入生活污水进行混合处理等工艺上的改进，都可能为活性污泥法的应用创造更为广阔的前景。

参考文献

[1]杨力,砷污染及含砷废水治理[J],有色金属加工,1999,154(4):28-30.

[2]马伟,马荣骏,申殿邦,从含砷废水中湿法回收砷的方法述评[J],湿法冶金,1996,59(3):59-60.

[3]A. A. Carbonell-barrachina etal. Arsenic chemistry in municipal sewage sludge as affected by redox potential and pH[J], Wat. Res. 1999,34(1): 216-224.

[4]彭根槐,吴上达,电石渣-铁屑法去除硫酸废水中的氟和砷,化工环保,1995,15(5):281-282

[5]刘壮,杨造燕,田淑媛,活性污泥胞外多聚物的研究进展,城市环境与城市生态, 1999, 12(5):55-56.

[6]蒋成爱,吴启堂,吴顺辉.活性污泥吸附重金属的研究进展.土壤与环境, 2001, 10(4):331-332.

[7]许晓路,申秀英,活性污泥法在工业废水处理中的应用进展,环境科学进展,1994,2(1):59-62

[8]许晓路,三价砷和五价砷对活性污泥几种酶活性的影响.环境科学学报,1991,11(4):447-449.

[9]许晓路,申秀英,半连续活性污泥法对污水中五价砷的去除,环境科学与技术, 1995(3):32-34.

[10]王淑莹,丁峰等,低pH值与低有机负荷引起的活性污泥膨胀及其恢复,哈尔滨建筑大学学报,2000, 33(2): 55-57.

[11] 周群英,高廷耀,环境工程微生物学,高等教育出版社(第二版),北京,2000.

[12]于忠民. 污水生物处理应用微生物研究与进展. 污染防治技术，1998,11(4):247-248.

The progress of research of treating As-containing wastewater

LE Beiqin

No: 0313564 Grade: 2003, Department of Environmental Engineering,

Shanghai Normal University

ABSTRACT：The tradition methods to treat As-containing wastewater , such as physical and chemical ones, have some shortcomings, such as high cost, serious second pollution, hard to be applied. Great progress has been made in the research about the treatment of As-containing wastewater with microbiology, and the result has been put into application. Wild prospect is pointed out in this article about the treatmentof As-containing wastewater with activated sludge.

Key words：Heavy metal; Arsenic; Wastewater; Microbiology; Activated sludge