地下水中硫化物的处理技术及研究进展

摘要：随着工农业的发展、城市人口的集中和居民生活水平的不断提高，大量的含硫化合物排入水體环境，引起水体硫污染。常用的物理化学法除硫主要包括直接气提法、化学沉淀法、吸附法、氧化法等。生物法除硫应用也十分广泛。综述了地下水中硫污染现状，指出同步脱氮除硫技术是目前的研究热点，并提出该强化技术未来的应用前景和研究方向。

关键词：地下水;硫污染;研究进展

硫是一种较为常见的元素，在自然界分布特别广泛，硫化物一般都存在大气和水中。大气中的硫化物由于其恶臭味会污染人类的生活环境，而吸入人体中会对身体健康产生不良的影响。由于水是生物生存必不可少的元素，所以水中存在硫化物会产生更大的危害。

1地下水中硫化物污染现状

硫化物的产生有自然因素和人为因素。自然界中存在着硫元素循环的完整机制，所以人为因素是造成硫化物污染的主要因素。煤炭行业、粘纤维等工业产生含有硫酸盐的污水，其中的硫酸盐通过同化还原反应和异化还原反应，被还原成硫化物。我国工业发展迅速，有很多工业废水含有大量的硫化物，比如炼油、焦化、制药、制革等行业，不同的行业废水的组分以及硫化物浓度都有很大的不同。矿物燃料也是我国的主要获取能量的原材料，而矿物燃料的开采过程中也伴随着硫化物的产生，且处理费用昂贵。

硫化物一般都存在大气和水中。大气中的硫化物由于其恶臭味会污染人类的生活环境，而吸入人体中会对身体健康产生不良的影响。由于水是生物生存必不可少的元素，所以水中存在硫化物会产生更大的危害。水中硫化物对人及动植物的健康有很大的影响。废水中的硫化物过多，会造成水中溶解氧的浓度降低。硫化物在水中的含量达到1.0～25 mg/L 时，淡水鱼将在1～3 d内死亡。废水中的硫化物还能危害到水生动植物的生长，若用该废水灌溉农田，水中硫化物将会抑制植物的根系生长，发黑腐烂最后枯萎。

2污水中硫化物的处理技术

废水中硫化物的主要是伴随厌氧生物处理含硫酸盐或亚硫酸盐废水时产生的，由于硫化物的毒性、腐蚀性和恶臭等问题，必须采取有效措施控制其向环境中的排放。目前，处理的主要方法有物理化学法和生物法。

2.1物理化学法

物理化学法除硫主要包括直接气提法、化学沉淀法、吸附法、氧化法等物理化学手段。

直接气提法是利用空气将废水中的硫化物吹出来，脱离废水。这个过程中存在两种方法，一种是空气的气提作用，如下图平衡向左进行，经硫化物从水中吹脱出来。二是空气中的氧气与水中的硫化物接触发生氧化反应，虽然能使硫化氢被氧化为单质硫，但是这个氧化过程需要催化剂的辅助。在没有催化剂的辅助，直接气提法主要是以物理法为主，虽然去除了水中的硫化物，但是产生的硫化氢气体对环境仍然有很大的污染，仍然需要进行后续的处理。

化学沉淀法是把化学试剂加入污水中，与硫离子生成难溶于水的硫化物，再通过固液分离法将硫化物去除。常用的化学沉淀试剂为是铁盐，包括三价高铁盐和二价亚铁盐。工业上常用FeSO4和FeCl2去除废水中的硫化物。

吸附法是利用物理吸附或者化学吸附的原理，在废水中投加适当的吸附剂将硫化物吸附除去。常用的吸附剂有活性炭或者高分子材料，是利用这些材料的比表面积大、吸附能力强等特点，这些都是一些物理吸附剂。碱液吸收法是利用氢氧化钠吸收酸性污水中的硫化氢，生成硫化钠回收，这是方法是化学吸附法。在使用这种方法的过程中，会产生大量的硫化氢，所以对处理系统的密封性要求很高，投资大，且作为单独的系统对硫化物的去除率并不是很高，需要与其他工艺联合使用，所以该方法在工程上的应用还是较少。

氧化法就是通过加一些氧化剂与水中硫化物进行氧化还原反应，将水中的硫化物氧化成硫单质或者硫酸盐去除。曝气氧化法是在纯氧的环境中或在空气中利用催化剂将负二价硫离子氧化为硫酸盐或硫代硫酸盐。理论上氧化1 kg的硫化物需要1 kg的氧气，约4 m³空气（一个标准大气压），但是实际上需要空气的量是理论值得2～3倍。所以在采用曝气氧化法常用一些催化剂，如硫酸锰和活性炭。这种方法运行成本高且效率低，会有一本分硫化氢进入到空气中，造成污染。化学药剂氧化法是利用一些化学药剂将硫化物还原成硫单质或硫酸盐。常使的氧化剂有氯气、臭氧、高锰酸钾、过氧化氢等。某些有机物会与氯气反应生成有毒物质;臭氧与高锰酸钾的成本实在过高;过氧化氢对水中的微生物有影响，会与过氧化氢酶起反应。高级氧化法是运用一些电、光辐射、催化剂等与普通氧化剂结合，产生氧化能力极强的强氧化剂羟基自由基等。该类方法反应速度快，可以彻底的去除水中的硫化物，同时还能有效去除COD，提高废水的可生化性，具有很大的应用前景。

综上所述，物理化学法去除水中硫化物既有优点，也存在许多缺点，能耗大、成本高，污泥处置困难，有些方法还会造成二次污染，需要后续工艺处理，所以国内外众多学者都在关注生物脱硫的工艺方法。

2.2生物法

自然界中能氧化硫化物的微生物种类很多，大部分是属于化能营养型的，主要可分为三大类型：丝状硫细菌、光合硫细菌和无色硫细菌。

丝状硫细菌（FSB）是一种化能自养型细菌，其氧化硫化物是以硫化物作为电子供体，氧作为电子受体，二氧化碳为碳源，将硫化氢氧化为硫单质[67]。丝状硫细菌主要包括贝氏硫细菌属和发硫菌属，但是由于这两种菌将生成的硫单质储存于细胞中，很难将其分离提纯，所以在实际应用中运用较少。

光合硫细菌（PSB）是一种光能自养型细菌，其氧化硫化物是以硫化物或硫酸盐作为电子供体，二氧化碳作为电子受体和碳源，通过光合色素的作用利用光能和小分子有机物合成硫单质。光合硫细菌在实际运用的例子也不是很多，因为存在三个原因。首先，光合硫细菌需要光照，在实际应用在会增加设备的运行费用;其次并不是所有的光合硫细菌都将硫单质排出体外，还是有一些菌种会将硫留在细胞内;在反应过程中，光合硫细菌与二氧化碳反应过程中，有两个因素影响其氧化速率和能力。这两个因素分别是细胞质生长速率和总量的限制。研究表明，光合硫细菌每产生1 g细胞物质仅可将1～2 g硫化物氧化生成单质硫，这个数值越低，去除同样质量的硫化物，产生的生物污泥量就越多。

在营养物质非常缺少的情况下，无色硫细菌无明显生长。当硫化物充足的时候，无色硫细菌可以高效地将硫化物甚至胞外的单质硫氧化。与光合硫细菌相比，无色硫细菌的氧化能力比光合硫细菌高出很多，每增长1g细菌细胞至少可产生20 g的单质硫。

生物氧化硫化物为单质硫的脱硫途径即经济有环保，是我国脱硫的最佳选择，国内关于生物氧化硫化物为单质硫的研究也不断出现。目前研究根据细菌利用不同主要分为三类：第一类是利用无色硫细菌，第二类利用是脱氮硫杆菌，第三类是利用光合细菌，前两类用于实践可能性较大。

3处理地下水中硫的研究展望

地下水砷污染的日益严重，已经引起了全球的广泛关注，对人类的身体健康产生巨大威胁，国内外研究人员对地下水砷污染研究正在不断深入。除了常用的物理化学法除硫，生物法除硫。硫自养反硝化等新型连用除硫工艺能否应用在地下水当中也值得探究。硫自养反硝化工艺始于20世纪70年代，其最初的目的是为了改变传统反硝化脱氮工艺低C/N投加碳源的问题。但是随着科研人员的深入研究，将该工艺用于同步脱氮除硫。能否可以将该工艺应用于地下水原位处理当中，是目前的研究热点。

4 结束语

综上所述，通过对地下水中硫污染形成进行有效分析，列举了目前常用的水体除硫方法，包括直接气提法、化学沉淀法、吸附法、氧化法等物理化学手段与生物处理手段。指出了目前的研究热点能够帮助研究人员更好地了解地下水中硫形成原因，保证地下水硫污染得到更好治理。

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作者简介：张硕，男，1993年5月，汉族，辽宁省沈阳市，硕士，民航机场规划设计研究总院有限公司东北分公司，助理工程师，研究方向，水处理工程。