地下水中硫化物的處理技術(shù)及研究進(jìn)展

摘要：隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展、城市人口的集中和居民生活水平的不斷提高，大量的含硫化合物排入水體環(huán)境，引起水體硫污染。常用的物理化學(xué)法除硫主要包括直接氣提法、化學(xué)沉淀法、吸附法、氧化法等。生物法除硫應(yīng)用也十分廣泛。綜述了地下水中硫污染現(xiàn)狀，指出同步脫氮除硫技術(shù)是目前的研究熱點(diǎn)，并提出該強(qiáng)化技術(shù)未來(lái)的應(yīng)用前景和研究方向。

關(guān)鍵詞：地下水;硫污染;研究進(jìn)展

硫是一種較為常見的元素，在自然界分布特別廣泛，硫化物一般都存在大氣和水中。大氣中的硫化物由于其惡臭味會(huì)污染人類的生活環(huán)境，而吸入人體中會(huì)對(duì)身體健康產(chǎn)生不良的影響。由于水是生物生存必不可少的元素，所以水中存在硫化物會(huì)產(chǎn)生更大的危害。

1地下水中硫化物污染現(xiàn)狀

硫化物的產(chǎn)生有自然因素和人為因素。自然界中存在著硫元素循環(huán)的完整機(jī)制，所以人為因素是造成硫化物污染的主要因素。煤炭行業(yè)、粘纖維等工業(yè)產(chǎn)生含有硫酸鹽的污水，其中的硫酸鹽通過同化還原反應(yīng)和異化還原反應(yīng)，被還原成硫化物。我國(guó)工業(yè)發(fā)展迅速，有很多工業(yè)廢水含有大量的硫化物，比如煉油、焦化、制藥、制革等行業(yè)，不同的行業(yè)廢水的組分以及硫化物濃度都有很大的不同。礦物燃料也是我國(guó)的主要獲取能量的原材料，而礦物燃料的開采過程中也伴隨著硫化物的產(chǎn)生，且處理費(fèi)用昂貴。

硫化物一般都存在大氣和水中。大氣中的硫化物由于其惡臭味會(huì)污染人類的生活環(huán)境，而吸入人體中會(huì)對(duì)身體健康產(chǎn)生不良的影響。由于水是生物生存必不可少的元素，所以水中存在硫化物會(huì)產(chǎn)生更大的危害。水中硫化物對(duì)人及動(dòng)植物的健康有很大的影響。廢水中的硫化物過多，會(huì)造成水中溶解氧的濃度降低。硫化物在水中的含量達(dá)到1.0～25 mg/L 時(shí)，淡水魚將在1～3 d內(nèi)死亡。廢水中的硫化物還能危害到水生動(dòng)植物的生長(zhǎng)，若用該廢水灌溉農(nóng)田，水中硫化物將會(huì)抑制植物的根系生長(zhǎng)，發(fā)黑腐爛最后枯萎。

2污水中硫化物的處理技術(shù)

廢水中硫化物的主要是伴隨厭氧生物處理含硫酸鹽或亞硫酸鹽廢水時(shí)產(chǎn)生的，由于硫化物的毒性、腐蝕性和惡臭等問題，必須采取有效措施控制其向環(huán)境中的排放。目前，處理的主要方法有物理化學(xué)法和生物法。

2.1物理化學(xué)法

物理化學(xué)法除硫主要包括直接氣提法、化學(xué)沉淀法、吸附法、氧化法等物理化學(xué)手段。

直接氣提法是利用空氣將廢水中的硫化物吹出來(lái)，脫離廢水。這個(gè)過程中存在兩種方法，一種是空氣的氣提作用，如下圖平衡向左進(jìn)行，經(jīng)硫化物從水中吹脫出來(lái)。二是空氣中的氧氣與水中的硫化物接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，雖然能使硫化氫被氧化為單質(zhì)硫，但是這個(gè)氧化過程需要催化劑的輔助。在沒有催化劑的輔助，直接氣提法主要是以物理法為主，雖然去除了水中的硫化物，但是產(chǎn)生的硫化氫氣體對(duì)環(huán)境仍然有很大的污染，仍然需要進(jìn)行后續(xù)的處理。

化學(xué)沉淀法是把化學(xué)試劑加入污水中，與硫離子生成難溶于水的硫化物，再通過固液分離法將硫化物去除。常用的化學(xué)沉淀試劑為是鐵鹽，包括三價(jià)高鐵鹽和二價(jià)亞鐵鹽。工業(yè)上常用FeSO4和FeCl2去除廢水中的硫化物。

吸附法是利用物理吸附或者化學(xué)吸附的原理，在廢水中投加適當(dāng)?shù)奈絼⒘蚧镂匠?。常用的吸附劑有活性炭或者高分子材料，是利用這些材料的比表面積大、吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn)，這些都是一些物理吸附劑。堿液吸收法是利用氫氧化鈉吸收酸性污水中的硫化氫，生成硫化鈉回收，這是方法是化學(xué)吸附法。在使用這種方法的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的硫化氫，所以對(duì)處理系統(tǒng)的密封性要求很高，投資大，且作為單獨(dú)的系統(tǒng)對(duì)硫化物的去除率并不是很高，需要與其他工藝聯(lián)合使用，所以該方法在工程上的應(yīng)用還是較少。

氧化法就是通過加一些氧化劑與水中硫化物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，將水中的硫化物氧化成硫單質(zhì)或者硫酸鹽去除。曝氣氧化法是在純氧的環(huán)境中或在空氣中利用催化劑將負(fù)二價(jià)硫離子氧化為硫酸鹽或硫代硫酸鹽。理論上氧化1 kg的硫化物需要1 kg的氧氣，約4 m3空氣（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），但是實(shí)際上需要空氣的量是理論值得2～3倍。所以在采用曝氣氧化法常用一些催化劑，如硫酸錳和活性炭。這種方法運(yùn)行成本高且效率低，會(huì)有一本分硫化氫進(jìn)入到空氣中，造成污染?；瘜W(xué)藥劑氧化法是利用一些化學(xué)藥劑將硫化物還原成硫單質(zhì)或硫酸鹽。常使的氧化劑有氯氣、臭氧、高錳酸鉀、過氧化氫等。某些有機(jī)物會(huì)與氯氣反應(yīng)生成有毒物質(zhì);臭氧與高錳酸鉀的成本實(shí)在過高;過氧化氫對(duì)水中的微生物有影響，會(huì)與過氧化氫酶起反應(yīng)。高級(jí)氧化法是運(yùn)用一些電、光輻射、催化劑等與普通氧化劑結(jié)合，產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的強(qiáng)氧化劑羥基自由基等。該類方法反應(yīng)速度快，可以徹底的去除水中的硫化物，同時(shí)還能有效去除COD，提高廢水的可生化性，具有很大的應(yīng)用前景。

綜上所述，物理化學(xué)法去除水中硫化物既有優(yōu)點(diǎn)，也存在許多缺點(diǎn)，能耗大、成本高，污泥處置困難，有些方法還會(huì)造成二次污染，需要后續(xù)工藝處理，所以國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者都在關(guān)注生物脫硫的工藝方法。

2.2生物法

自然界中能氧化硫化物的微生物種類很多，大部分是屬于化能營(yíng)養(yǎng)型的，主要可分為三大類型：絲狀硫細(xì)菌、光合硫細(xì)菌和無(wú)色硫細(xì)菌。

絲狀硫細(xì)菌（FSB）是一種化能自養(yǎng)型細(xì)菌，其氧化硫化物是以硫化物作為電子供體，氧作為電子受體，二氧化碳為碳源，將硫化氫氧化為硫單質(zhì)[67]。絲狀硫細(xì)菌主要包括貝氏硫細(xì)菌屬和發(fā)硫菌屬，但是由于這兩種菌將生成的硫單質(zhì)儲(chǔ)存于細(xì)胞中，很難將其分離提純，所以在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)用較少。

光合硫細(xì)菌（PSB）是一種光能自養(yǎng)型細(xì)菌，其氧化硫化物是以硫化物或硫酸鹽作為電子供體，二氧化碳作為電子受體和碳源，通過光合色素的作用利用光能和小分子有機(jī)物合成硫單質(zhì)。光合硫細(xì)菌在實(shí)際運(yùn)用的例子也不是很多，因?yàn)榇嬖谌齻€(gè)原因。首先，光合硫細(xì)菌需要光照，在實(shí)際應(yīng)用在會(huì)增加設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用;其次并不是所有的光合硫細(xì)菌都將硫單質(zhì)排出體外，還是有一些菌種會(huì)將硫留在細(xì)胞內(nèi);在反應(yīng)過程中，光合硫細(xì)菌與二氧化碳反應(yīng)過程中，有兩個(gè)因素影響其氧化速率和能力。這兩個(gè)因素分別是細(xì)胞質(zhì)生長(zhǎng)速率和總量的限制。研究表明，光合硫細(xì)菌每產(chǎn)生1 g細(xì)胞物質(zhì)僅可將1～2 g硫化物氧化生成單質(zhì)硫，這個(gè)數(shù)值越低，去除同樣質(zhì)量的硫化物，產(chǎn)生的生物污泥量就越多。

在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)非常缺少的情況下，無(wú)色硫細(xì)菌無(wú)明顯生長(zhǎng)。當(dāng)硫化物充足的時(shí)候，無(wú)色硫細(xì)菌可以高效地將硫化物甚至胞外的單質(zhì)硫氧化。與光合硫細(xì)菌相比，無(wú)色硫細(xì)菌的氧化能力比光合硫細(xì)菌高出很多，每增長(zhǎng)1g細(xì)菌細(xì)胞至少可產(chǎn)生20 g的單質(zhì)硫。

生物氧化硫化物為單質(zhì)硫的脫硫途徑即經(jīng)濟(jì)有環(huán)保，是我國(guó)脫硫的最佳選擇，國(guó)內(nèi)關(guān)于生物氧化硫化物為單質(zhì)硫的研究也不斷出現(xiàn)。目前研究根據(jù)細(xì)菌利用不同主要分為三類：第一類是利用無(wú)色硫細(xì)菌，第二類利用是脫氮硫桿菌，第三類是利用光合細(xì)菌，前兩類用于實(shí)踐可能性較大。

3處理地下水中硫的研究展望

地下水砷污染的日益嚴(yán)重，已經(jīng)引起了全球的廣泛關(guān)注，對(duì)人類的身體健康產(chǎn)生巨大威脅，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)地下水砷污染研究正在不斷深入。除了常用的物理化學(xué)法除硫，生物法除硫。硫自養(yǎng)反硝化等新型連用除硫工藝能否應(yīng)用在地下水當(dāng)中也值得探究。硫自養(yǎng)反硝化工藝始于20世紀(jì)70年代，其最初的目的是為了改變傳統(tǒng)反硝化脫氮工藝低C/N投加碳源的問題。但是隨著科研人員的深入研究，將該工藝用于同步脫氮除硫。能否可以將該工藝應(yīng)用于地下水原位處理當(dāng)中，是目前的研究熱點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)地下水中硫污染形成進(jìn)行有效分析，列舉了目前常用的水體除硫方法，包括直接氣提法、化學(xué)沉淀法、吸附法、氧化法等物理化學(xué)手段與生物處理手段。指出了目前的研究熱點(diǎn)能夠幫助研究人員更好地了解地下水中硫形成原因，保證地下水硫污染得到更好治理。

參考文獻(xiàn)

[1]幸良淑.在我國(guó)水體污染控制中地下水污染及防治措施[J].節(jié)能，2018，37（08）：78-79.

[2]唐克旺，吳玉成，侯杰.中國(guó)地下水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)（Ⅱ）——地下水水質(zhì)現(xiàn)狀和污染分析[J].水資源保護(hù)，2006（03）：1-4.

[3]關(guān)亮炯.我國(guó)水污染現(xiàn)狀及治理對(duì)策[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2004（06）：80-81.

[4]陳永焦.淺談我國(guó)水污染現(xiàn)狀及治理對(duì)策[J].科技信息，2010（11）：381-382.

[5]楊慧.我國(guó)水污染現(xiàn)狀及治理對(duì)策分析[J].山西水利，2017（12）：6-7.

作者簡(jiǎn)介：張碩，男，1993年5月，漢族，遼寧省沈陽(yáng)市，碩士，民航機(jī)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司東北分公司，助理工程師，研究方向，水處理工程。