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草酸在污水处理中的作用

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草酸在污水处理中的作用范文第1篇

关键词:粉煤灰;综合利用;资源化

收稿日期:20130508

作者简介:黎 丹(1982—),女,湖北嘉鱼人,工程师,主要从事城市燃气规划设计工作。

通讯作者:吴 俊(1986—),男,湖北武汉人,硕士,助理工程师,主要从事城市燃气规划设计工作。中图分类号:TU5 文献标识码:A

文章编号:16749944(2013)07019703

1 引言

粉煤灰俗称飞灰,是火力发电厂的废弃物,即煤粉在1100~1700℃下燃烧后,由烟道气带出并经除尘器收集的粉尘。近年来,我国的能源工业稳步发展,发电能力年增长率为7.3%,电力工业的迅速发展,带来了粉煤灰排放量的急剧增加,燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加,1995年粉煤灰排放量达1.25亿t,2000年约为1.5亿t,到2012年已达到3亿多t,加上目前我国已有20亿t的粉煤灰堆存量,粉煤灰总的堆存量将会超过30多亿t[1],大量的粉煤灰若不合理处置,不仅会占用大片可利用土地,也会严重污染大气,而且在堆放地也存在通过雨水渗透到地下污染地下水的风险,其灰浆排放到江河湖泊,阻塞河道,直接影响到水生物的生长,破坏生态平衡[2];另一方面,我国又是一个人均占有资源储量有限的国家,粉煤灰的综合利用,变废为宝、变害为利,已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策,是解决我国电力行业环境污染,相对人均资源资源缺乏的重要手段。

粉煤灰不同于其他工业废渣,粉煤灰的再利用、质量稳定性受很多因素影响,地区不同、排放方式不同、处理方式不同等都会影响粉煤灰的可用性。这决定了对于粉煤灰的利用必定是多方面、多途径的。长期以来,我国对于粉煤灰的利用主要集中在建材制品、建筑工程、污水处理、土壤改良等方面[3~8]。

2 粉煤灰的物化性质

粉煤灰是一种高分散度的集合体,是人工火山质材料。它的物理化学性质一般和燃煤的品种、细度、燃烧温度、燃烧方式以及粉煤灰的收集和排灰方式有很大关系。粉煤灰由大小不等、形状不规则的粒状体组成,其粒径在0.5~300μm之间,平均密度为2g/cm3左右。在粉煤灰的形成过程中,由于表面张力的影响,粉煤灰颗粒大多为空心微珠,微珠表面很粗糙,分布极不均匀,微孔较小;由于互相碰撞,一部分微珠在溶融状态下结合成为表面凹凸不平,孔隙含量丰富蜂窝状粒子。因此,粉煤灰具有巨大的比表面积,一般为800~3500cm2/g,需水量比约为106%[9](表1)。

粉煤灰的主要化学成分是SiO2、Al2O3和Fe2O3,另外还含有未燃尽的碳粒、CaO和少量的TiO2、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2等。其中SiO2、TiO2来自黏土;Fe2O3主要来自黄铁矿;MgO和CaO来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。矿物组成一般是玻璃体为主,质量分数最高可达85%以上,矿物结晶体则较少。粉煤灰的活性主要取决于非晶态的玻璃体成分含量及其结构和性质,结晶矿物对它活性的影响很小(表2)。

3 粉煤灰的主要应用领域

3.1 在建筑行业的应用

3.1.1 粉煤灰制备水泥

粉煤灰的化学成分类似于粘土,主要含SiO2和Al2O3。因此粉煤灰可替代黏土进行配料,用于水泥生产。如今工艺成熟的粉煤灰水泥有硅酸盐水泥、硅酸三钙水泥、硫酸铝酸钙水泥等,其中有些水泥的粉煤灰掺量可以高达75%。粉煤灰用于水泥生产,不仅可以用作水泥原料,还可以用作水泥混合材和生产特种水泥。粉煤灰在水泥行业里的应用体现了经济和效益相结合,具体表现在废物利用、增加产量、降低产品成本、改善水泥功能及环境保护[10]。

3.1.2 粉煤灰制备混凝土

粉煤灰混凝土是指掺入粉煤灰制备的混凝土。实践证明在配置混凝土混合料时,掺入一定量的粉煤灰,可达到提高混凝土性能、节约水泥、提高混凝土质量和工程质量,以达到降低施工成本和工程造价的目的,从而实现粉煤灰经济效益和社会效益一体化。国内在粉煤灰混凝土方面做的应用研究很多,汪潇[11]等研究了50%和60%掺量的粉煤灰混凝土的力学性能,收缩性能和抗碳化能力等,结果表明:大掺量的粉煤灰混凝土强度与基准混凝土相当;收缩量低于基准混凝土;抗碳化能力也优于基准混凝土,显示了优异的工程性能;刘鲁强[12]在对百色水利枢纽工程的基础上,首次提出了变态混凝土的概念:由水泥、粉煤灰、外加剂组成的混凝土浆液。工程现场的检测结果表明,变态混凝土的各项指标都能达到设计需要,其中抗渗性能和极限拉伸值比一般混凝土更高,水泥用量大幅度减少,每立方可节省66 kg水泥。工程运行6年,大坝未发现有渗漏或裂缝现象,工程运行良好。李美利[13]等研究了高性能混凝土强度随粉煤灰含量的变化情况。

3.2 粉煤灰应用于道路工程

粉煤灰可以作为填筑材料使用在道路工程中,是用量大、直接处理利用粉煤灰的一种途径,粉煤灰的利用量可以达到总利用量的1/5。已有实例将粉煤灰应用于广场、道路路堤和地基、机场,以及用于大坝和地貌改造等工程。以粉煤灰、石灰及碎石(或其他材料)通过合适的比例、一定含水量、制备的混合料可以用于修筑道路基层和路堤。在路用混凝土工程中,通过粉煤灰和减水剂加入,可以制备粉煤灰水泥混凝土。这种混凝土不仅节约水泥,而且可以使其强度和耐磨性得到提高。对软弱地基和膨胀土,可在路基土中加入粉煤灰以及石灰等,能够有效地改进路基的力学性质。在道路工程的实践中,粉煤灰的作用主要是稳定路面基层,制备沥青混凝土。除此之外,粉煤灰还大量用于护堤工程、修筑大坝和护坡工程等。上海的沪嘉高速公路以及河北省的石安高速公路等都大量使用了粉煤灰用作修筑路堤材料。

3.3 在污水处理中的应用

3.3.1 应用于生活污水处理

生活污水治理研究重点一直都集中在高效处理工艺的开发和新型污水处理剂的研究上,但近年来,由于国家倡导的废物利用以及资源化政策,粉煤灰作为一种价格低,来源广的活性材料,引起了很多学者和专家的注意。通过研究,粉煤灰对生活污水的COD有很高效的去除效率,当灰/水为1∶10时,粉煤灰和活性炭达到吸附平衡时,对COD的去除率分别为80%以上和90%以上。粉煤灰对COD的吸附等温方程符合Freundlich吸附等温方程。并且对COD吸附的最佳条件是:低pH、高灰/水、粉煤灰为粗粒径。易剑峰[14]把将粉煤灰掺入污泥对生活污水进行处理,研究了这种复合方法对污水中COD、BOD5、SS的去除效果,结果表明粉煤灰与污泥以适当比例混合后,通过一定条件,生活污水中COD、BOD5、SS达到了比较理想的净化效果。白云起[15]探究了粉煤灰处理生活污水时最佳条件:投加量为18 g/0.1 L,180目粒度,吸附时间为75 min,最佳条件下COD去除率可达到95 %以上。柳丹[16]等通过改性粉煤灰对生活污水进行处理,通过絮凝除去杂质,经过磁场的加速富集作用,达到了对生活污水的净化。

3.3.2 应用于染料废水处理

粉煤灰比表面积大、孔隙多、孔径分布窄,在处理工业污水上具有很大价值。粉煤灰净化工业废水的机理是:粉煤灰与工业废水接触后,能捕收废水中的有机污染物和无机污染物,最终吸附平衡。粉煤灰的吸附包括物理吸附和化学吸附。物理吸附效果取决于粉煤灰的比表面积大小和孔径分布;化学吸附能力主要取决于粉煤灰表面的特征官能团,如表面的Al-O-Al键和Si-O-Si键等。通过官能团的极性,对污染物进行吸附的吸附。李晓颖[17]研究了改性粉煤灰对印染废水色度的去除,结果表明:在粉煤灰投加量为2.4 g,粒度为100~120目,温度为30℃,pH=10时印染废水的色度可以由600倍下降到65倍,使废水达到二级标准排放。

3.3.3 应用于高氟、高磷、高铬水体处理

对于工业生产中产生的特种废水,粉煤灰也有着良好的处理效果。粉煤灰含有Al2O3、CaO等活性组分,能与氟络合沉降,或者生成胶体离子通过絮凝去除含氟物质。由于粉煤灰比表面积大,富含Al2O3和CaO,而这两种物质是吸附磷的主要物质。粉煤灰对磷的吸附主要是化学吸附,符合Langmuir吸附等温模型。叶爱英[18]通过用Al(OH)3对粉煤灰改性,研究了改性粉煤灰对磷的去除效果:改性粉煤灰可以达到深度除磷的效果,当投加量为10g/L时,对10mg/L的磷废水去除率达到99.7%。铬是一种有毒重金属元素,随着我国工业的快速发展与对环境治理的不重视,一些地区的地下水中Cr6+含量已经超标。粉煤灰作为新型吸附剂也开始被学者们广泛的研究。朱利霞[19]等利用铁屑和粉煤灰作为介质来处理高Cr6+地下水,研究了粉煤灰去除Cr6+的机理。结果表明:粉煤灰对含Cr6+地下水净化效果良好,处理后Cr6+含量可达到地下水质量三级标准。

3.4 应用于土壤改良

盐渍土地的日益扩大化是我国一直都存在问题,跟据中央农业部的估计我国约有3亿亩的盐渍土地。盐渍土在我国分布面积很广,对农业生产影响极大:盐渍严重的土地不能生长农作物;盐渍程度稍轻的土地虽然能耕种,但是农产品产量很低,改良盐渍土壤已成为我国迫在眉睫的大事。粉煤灰具有良好的改良盐碱地土壤的性质,其改良土壤主要是通过三个方面:(1)离子交换作用。粉煤灰中的活性成分氧化钙、氧化镁消解生成氢氧化钙,氢氧化镁,离解的钙镁离子能够置换盐渍土中的钠离子和钾离子;(2)碳酸化作用。氢氧化钙,氢氧化镁能不断的吸收空气中的二氧化碳而生成碳酸化合物,而碳酸化合物有助于土壤的胶结,提高土壤结构;(3)凝胶作用。粉煤灰中的碱金属氧化物水解使土壤呈碱性,而碱性条件又会激发二氧化硅,氧化铝,和氧化铁的活性,在土体形成凝胶,硬化成保护膜,从而增强土体强度[20]。

3.5 应用于催化反应中

粉煤灰作为化学反应催化剂的研究已经有了一定的进展:罗道成[21]等人利用粉煤灰作为非均相催化剂,催化氧化CN-。试验结果表明,粉煤灰具有较好的催化活性,该法可用于预处理制革、电镀等行业中含CN-的工业废水。古绪鹏[22]等人以粉煤灰、活性剂、硫酸为原料经活化陈化、浸泡、焙烧等工艺制得了酸催化剂,并应用于草酸二乙酯的合成。

2013年7月 绿 色 科 技 第7期4 结语

粉煤灰作为一种人造资源还应加大开发力度,开拓新的应用领域。由于粉煤灰的种类日趋复杂和多样化,其资源化利用的方式也在朝多元化方向发展。例如在粉煤灰中选出活性炭,提取各种金属化合物以及冶炼合金等。作为资源化的一种方式,粉煤灰还应该加大其作为填充材料在塑料、橡胶行业的研究推广力度;进一步研究粉煤灰作为催化剂载体在化学工程中的应用。总之综合利用粉煤灰是我国一项长期的技术经济政策,其研究将会持续不断地进行下去。

参考文献:

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草酸在污水处理中的作用范文第2篇

关键词:柠檬酸废水二相厌氧延时曝气

1.概述

柠檬酸是一种重要的有机物,广泛应用与人造饮料和食品工业、医药工业、化学工业和洗涤工业,用作食品和饮料的酸性调味剂、食用油的抗氧化剂、添加钙铁离子的强化剂、医药原料、金属表面的洗涤剂,还可用于水泥混凝、含SO2废气处理和食品包装薄膜的增塑剂等。该公司在生产柠檬酸中要排放大量的废水、废气和废渣,由于投资技术以及运行成本等原因,该公司三废排放基本处于任意排放状态,严重污染环境,同时重庆田野实业公司地处长江流域,为保护环境,减少向三峡库区水体排放污染物,对该公司柠檬酸废水进行处理,要求达到GB8978-1996一级排放标准。

2.工程基本情况简介

在柠檬酸生产过程中,薯干粉原料在发酵罐与发酵菌混合,在通风和搅拌的条件下进行发酵反应。发酵后的混合液中,大部分是溶解态的柠檬酸,并含有许多其他杂质与代谢产物,如薯干粉渣、蛋白质、菌丝体以及一些不能利用的糖类等。将滤液加温到70℃以上再开始加碳酸钙,随着温度升高,柠檬酸钙的溶解度降低,而其他杂质逐渐呈溶解状态,此时进行抽滤,即可得柠檬酸固体。含有其他钙盐和物质的溶液即可排出,这股废水一般称为浓糖水。所得的柠檬酸固体还需[i]要用80℃左右的热水洗涤,以提高其纯度,所排出的洗液称为洗糖水。洗糖水和浓糖水的COD都很高,颜色呈褐色,主要含有还原性糖、非发酵性糖、多糖及草酸钙、葡萄糖钙及蛋白质等杂质。浓糖水和洗糖水是柠檬酸生产的主要废水,该废水虽然无毒,但有机物含量很高,须处理后排放。

本次处理工程是重庆田野实业的的生产废水处理工程,设计处理能力为:1000m3/d,其污染物的含量和控制标准见表1。

表1废水的污染状况及执行的排放标准

Tab1PollutionMatterContentofWastewater

序号污染物平均含量排放标准

1CODcr(mg/L)12000100

2BOD5(mg/L)300020

3SS(mg/L)350070

4pH66~9

3.工程主体工艺流程确定

在工艺流程确定的过程中,主要考虑以下几条原则:

(1)柠檬酸生产废水含有机质多,浓度,同时本工程中废水排放要求较高。

(2)柠檬酸生产废水可生化性较好,易于生物降解。

(3)本工程要求低运行成本。

根据上述原则,确定采用图1所示的处理工艺流程。

图1柠檬酸废水处理工艺流程图

Fig1TechnicsProcessofCAWastewaterTreatment

生产工艺废水通过格栅池进入污水处理段调节池,调节水质水量,气浮池在絮凝剂和物理作用下,去除废水中的悬浮物和胶体物质等污染物,降低后续处理单元的工作负荷。进入二相厌氧反应器之前用清水将污水进行1:1的稀释降低进入反应器的污水负荷,然后经泵定量提升进入二相厌氧反应器,在厌氧微生物的作用下,将废水中的各种复杂有机物分解转化成小分子有机物,甲烷和二氧化碳等物质,剩余污泥进入污泥沉淀池。消化后的废水再进入延时曝气池,与污泥中的好氧微生物的进一步作用,去除剩余的有机物,部分随水流带出的悬浮物在斜管沉淀池中得以沉淀出来后废水达标排放。厌氧接触池、延时曝气池及沉淀池的剩余污泥通过污泥泵进入污泥储存池,加入絮凝剂后,经过板框压滤机脱水处理后运走。滤液回流到调节池进行循环处理。整个工艺具体分为如下三个阶段:

(1)废水物理处理阶段。废水流经格栅池、调节池、气浮池有效去除不溶性悬浮物,减轻后续生化处理的负荷。

(2)废水生化处理阶段。经物理处理后的废水,先流入二相厌氧反应器中,进行厌氧反应处理。水解酸化阶段作为不完全厌氧过程,并没有直接降低废水中CODCr及BOD5,而是使废水中结构复杂的大分子有机物降解转变成结构简单的小分子有机物,使它们易于生物降解。同进水相比,水解酸化阶段其CODcr并没有降低,而是pH值降低,挥发有机酸升高,BOD5/CODCr值提高。因此,二相厌氧工艺的引入,使废水中难降解的污染物变为易降解的污染物,改变了废水的可生化性,为后续好氧生物降解提供了保证。在这一过程中,采用了自行设计的二相厌氧器。在设计中利用了水力自流作用,使废水进出反应器时,无需外加动力。

采用二相厌氧—好氧组合工艺处理高浓度柠檬酸有机废水,要保证最后出水水质,仍是好氧阶段起决定性的作用。在该项工程中,好氧处理采用了延时曝气法,选用了供氧能力大、氧利用效率高的导流式机械曝气机进行阶段曝气,曝气机的开启与停止,均是根据废水中的DO浓度自动实行在线控制,取得良好效果。通过现场测定,曝气池内残余溶解氧在1.5~2.5mg/l之间。经二沉后的废水达标排放。

(3)二次沉淀阶段。向好氧反应器处理排出的废水中投入微量絮凝剂,使废水中的悬浮物在絮凝剂的作用下,经斜管填料进行最后沉淀。

4.主要构筑物简介

(1)沉淀调节池

采用钢筋砼平流式沉淀池一座,地下式,置于厂区绿化带下,既不影响厂区美观,又具保温功效,同时由于生产排水不均匀,可兼有调节池功能。水力停留时间8h,尺寸为:13.5×6.0×5.0m。

(2)气浮池

采用钢筋砼平流式气浮池一座,地上式,置于平台基础之上,可使污水靠重力自流进入厌氧池节省动力费用,对不溶性悬浮固体的去除效率很高。尺寸为:5.5×2.0×3.0m。

(3)二相厌氧反应器

采用钢筋砼结构,中温消化。产酸反应器有效容积为:1875m3,COD容积负荷率6.4kgCOD/(m3·d),BOD5容积负荷率2.89kgBOD5/(m3·d);产甲烷反应尺寸为:

3500m3,COD容积负荷率2.4kgCOD/(m3·d),BOD5容积负荷率3.2kgBOD5/(m3·d)。

(4)延时曝气池

采用矩形钢筋砼结构,有效容积1351m3。污泥负荷率(NS)为:0.1kgBOD5/(kgMLVSS·d),采用4廊道曝气,水力停留时间为16.2h。采用清华同方生产的导流式机械曝气机8台,4用4备。单台溶氧量8kgO2/h,配套电机4Kw。工程运行时采用阶段曝气,曝气机的开启与停止,均是根据废水中的DO浓度自动实行在线控制。新晨

(5)二沉池

采用斜管填料沉淀池,水力停留时间1.5h。

5.主要技术经济指标

(1)人员编制

由于本工程基本无需人员操作,现实行三班一人制,即一共三班,每班一人,主要工作为检查各机械设备的运行情况。

(2)总投资概算

废水处理站工程总投资:261.9万元。其中:土建构筑物:166.2万元;设备:73.3万元;间接费用:22.4万元。

根据以上总投资,折合单位废水投资为2619元/(m3·d)。

(3)运行费用

a.动力费:废水处理站总装机容量为110kW,实际工作容量为70kW。每m3废水处理费用为:70×0.5×24/1000=0.88元/m3。

b.人工费:操作人员以6人计,每人月工资500元,人工费为:(6×500)/(30×1000)=0.1元/m3废水。

以上上二相费用合计为:0.98元/m3废水。

6.工程运行结果

工程经四个月调试后,国家法定环境监测单位对工程出水进行监测,结果为:CODcr86.4mg/l;BOD519.8mg/l;SS66.2mg/l;ph7.43;色度5倍。

7.环境效益

经处理后,每年可少向环境排放污染负荷为:

CODcr:(12000-100)×10-6×1000×300=3570t;

BOD5:(3000-20)×10-6×1000×300=894t;

SS:(3500-70)×10-6×1000×300=1029t。

参考文献

[1]王绍文,罗志腾,钱雷编著.高浓度有机废水处理技术与工程应用[M].北京:冶金工业出版社.2003.156-163.

[2]张自杰主编.排水工程(下册)[M].北京:中国建筑工业出版社.2000.77-197.

草酸在污水处理中的作用范文第3篇

关键词:偶氮染料 生物降解 高效脱色菌 条件优化

染料废水主要来源于染料生产和印染工业,由各种产品和中间体结晶的母液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成,在染料的生产和使用中约有 10%-15%随废水排入环境。一般来说,染料废水的特点有:(1)COD值高,从几千毫克每升到几十万毫克每升;(2)色度高,低的几千、高的几十万倍 ;(3)BOD/COD小,可生化性差;(4)成分复杂,除了含有硝基、羟基、氨基、卤素、烷基、磺酸基、羧酸基以及上述基团混合取代的芳香烃、稠环芳香烃、杂环芳香烃、脂肪烃、不饱和脂肪烃化合物外,还有大量的各种无机盐和许多重金属离子以及非金属N、P、S元素的化合物。因此,染料废水属于难处理的工业废水[2]。

1实验仪器及材料

1.1 菌种来源

本实验的实验对象是一株偶氮染料高效脱色菌Lactobacillus paracasei S8,,从纺织印染污水处理厂的活性污泥当中分离纯化而来。

1.2 染料

论文所用的染料为活性黄84(RY84),最大吸收峰为390nm。论文中所有实验实验组如无说明,培养基所用染料均为活性黄84(RY84)。

1.3 主要仪器

BS224S型分析天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司MP502B型电子天平 上海精密实验器材有限公司UV-2802S型紫外分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司GENESYS 10s直插式分光光度计 赛默飞世尔

RH-basic型磁力搅拌器 IKA仪科公司KK24E78TI型西门子冰箱 博西华家用电器有限公司YX-280型手提式不锈钢灭菌锅 江明滨江医疗设备厂TGL 16G离心机 上海安亭科学仪器厂SFG-02B型电热恒温鼓风干燥箱 上海沪南科学仪器联营厂HWS-250型恒温恒湿箱 上海精宏实验设备有限公司 2 实验方法

厌氧条件下培养一定时间后,在超净工作台无菌操作取样,12000rpm离心5min后取上清液,使用UV-2802S型紫外分光光度计在最大吸收波长下测量吸光度并计算脱色率。

脱色率=(A-B)/A*100%

A: 脱色前样品在最大吸收波长的 OD 值

B: 脱色后样品在最大吸收波长的 OD 值

3 结果分析

3.1不同种类的碳源对细菌生长与脱色的影响

碳元素是构成菌体成分的主要元素,也是产生各种代谢产物的主要原料,同时又是供给微生物维持生命活动所需能量的主要来源。此外,外加碳源可以促进细菌脱色能力的再生,增加菌体对染料废水的处理次数,提高染料的脱色降解速率,我们在实验中对添加不同的碳源对微生物的脱色效率进行研究。培养基为基础培养基,分别在培养基中加入不同的碳源,浓度为2g/L。

从图1中可以看出菌种对草酸钠的利用率很低,生长速率很慢。利用最好的是淀粉,生长速率也最快。但是整体来说生长速率较慢,48小时后菌体量仍然较低,菌体生长可能受到其它因素制约。

3.2培养基氮源对细菌生长与脱色影响

氮元素是生物体中合成蛋白质和核酸的主要原料之一,蛋白质当中的氨基和核酸中的碱基都需要有氮元素的参与才能合成。核酸是生物遗传信息的持有者,对生物体内的各项生理活动都有调控作用;蛋白质则是保证生物体维持各项生理活动正常进行的必不可少的物质。

3.3培养温度对细菌生长与染料脱色的影响

温度对微生物降解有机污染物的影响表现在两方面,一方面温度对微生物生长的影响,温度在一定范围内升高,细胞中的生物化学反应加快,增殖速率也加快,但是温度太高,蛋白质、核酸等对温度敏感,会使微生物组织遭到不可逆破坏。另一方面,温度影响微生物分泌的有机污染物降解酶的活性。废水生物处理系统中,各种微生物的最适生长温度范围和最高、最低生长温度并不一致。

3.4 pH对染料脱色的影响

微生物的生长都存在一个适宜的pH范围,过高或过低,都会抑制微生物的生长,影响酶促有机物污染物分解反应的酶活性,pH也会影响污染物的性质,从而影响其降解过程。环境中的pH值定会影响到微生物的生长与代谢,一般的微生物要求环境pH值在5-9之间,或者最宽的范围也是在4-10之间,而最适宜的pH值较窄,在6.5-7.5之间。

结论

该菌可利用葡萄糖、淀粉等为碳源,利用蛋白胨、尿素等为氮源,以葡萄糖为碳源和能源,以酵母浸粉为氮源时,细菌生长状况及其对染料的脱色率最高。在外加碳源能源的条件下该菌能够优先利用外加碳源能源并同时降解染料。该菌适宜的培养温度为25-35℃,当温度为30℃时脱色率较高,部分染料可以达到100%;试验的最佳接种量为10%;该菌种可以在培养基的pH值为5.O一7.0的范围内生长,且当pH等于7.0时,细菌的生长状况和脱色率都可以达到最佳。

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草酸在污水处理中的作用范文第4篇

关键词:肉羊;尿结石;致病因素

肉羊养殖生产中,成年公羊尤其是种公羊、阉羊及舍饲育肥羊易发生肉羊尿结石。母羊发病率约为0.1%,公羊发病率大于5%,死亡率大于90%。全国范围内无明显季节性,60~100日龄舍饲育肥羊尤其在育肥强度增加的条件下,其尿结石的发生率有增加趋势。

1症状

尿结石病羊在结石未引起刺激和阻塞作用时,常不显现任何临床症状。

1.1刺激症状

病畜排尿困难,频频作排尿姿势,叉腿、拱背、缩腹、举尾、抽动、努责、嘶鸣、线状或点滴状排出混有脓汁和血凝块的尿液。

1.2阻塞症状

尿结石是伴随尿液的排泄过程形成的。原始部位主要是肾,然后行至膀胱,并在膀胱中增大,结石在膀胱内不断地刺激膀胱内膜,可引起上皮增生变厚,加剧细胞脱落,结石数量继续增加,运行至尿道的结石,小的随尿排出,略大的阻塞尿道,导致排尿困难,尿液长时间压迫膀胱壁,造成血管充血、淤血和出血,最后膀胱壁会逐渐失去弹性、变性和坏死,严重时可导致膀胱破裂,得尿毒症而死亡。结石阻塞部位和阻塞程度不同,其临床症状也有差异。膀胱之前的肾和输尿管结石称为泌尿上路结石,膀胱及以后的尿道结石阻塞称为下路结石。结石位于肾盂时,呈肾盂炎症状,肾盂积水,有血尿。病畜肾区疼痛,步态紧张。当结石在输尿管并发生阻塞时,病畜腹痛剧烈。直肠内触诊,可触摸到阻塞部近肾端的输尿管显著紧张而且膨胀。当结石在膀胱时,多出现尿频,排尿时,腹壁抽缩。当结石在尿道不完全阻塞时,排尿痛苦且排尿时间延长,尿液呈滴状或线状淋漓,有时有血尿。当尿道完全阻塞时,则出现闭尿或腹痛现象,频频举尾,屡作排尿动作但无尿排出。闭尿2~3d,会因尿毒症或膀胱破裂导致死亡。

2尿结石发病机制

尿石症是在动物机体矿物质代谢紊乱的情况下,尿液中析出的盐类结晶以脱落的上皮细胞等异物为核心,形成矿物质凝结物(尿石)积滞于尿路,并刺激尿路黏膜发生出血和炎症以及阻塞尿路的一种疾病[1]。有关尿结石的形成机制学说包括过饱和晶体学说、肾钙斑学说、基质学说和胶体学说等[2]。其中,过饱和晶体学说目前最被广泛认可,该学说主要的观点是:尿结石在泌尿系统中形成的首要因素是尿液诱发结石盐的过饱和,过饱和后,晶体慢慢聚集和生长,结石最终形成。该学说认为,草酸钙型结石、磷酸钙型结石、羟基磷灰石、胱氨酸型结石、磷酸钾(铵)镁型结石和尿酸盐类结石等形成的先决条件是尿液中离子浓度的过饱和,有结石核心物质等尿结石形成的物质条件。对临床病例进行分析,发现该病的发生与尿结石的凝结核、尿中溶质的沉淀以及相关的诱导因素有关。

2.1尿结石的凝结核

泌尿系统中存在的黏液、凝血块、脱落细胞、坏死组织碎片、微生物、纤维蛋白和砂石等都可作为尿石的核心物质,促使尿结石的形成。

2.2尿中溶质的沉淀

当尿液pH值超过7.2,或者保护性胶体被破坏时,尿液中过饱和的矿物质溶质,如碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐、草酸盐和焦磷酸镁等溶解度下降析出,它们以核心物质为基础,环绕、一层层堆积,逐渐沉积形成结石[3]。

2.3尿结石形成的其他因素

各种原因导致的尿液中溶质浓度过饱和及尿液pH值等理化性质发生改变,均可成为尿结石形成的诱因。憋尿、尿液潴留或浓稠均会导致尿结石形成,因为尿素分解产生氨,致使尿变为碱性,进而可使许多已经处在过饱和状态的盐类的溶解度降低,析出成结石。

3生产中的致病因素

生产中公母比例各半的规模化养殖场平均发病率控制在1%以内较为合理。杨文凯等[4]2009年对辽宁盖州、凤城和辽阳等地区2001~2006年发生尿结石的病例进行调查总结发现,公羊发病率(4.5%)高于母羊(0.009%),冬春(3.51%)高于夏秋(1%),舍饲(7.72%)高于放牧(0.5%),膘情好(8.21%)高于配种膘情(1.52%),种公羊(7.72%)高于非种用公羊(0.27%)。由此可见,养羊生产中尿结石的形成与羊的品种、性别、年龄、日粮配方和养殖管理等诸多因素有关,其中需要特别关注羊的品种、性别、年龄、饲料饲草及配方中的营养均衡情况和养殖管理等因素。

3.1品种、性别和年龄

有些绵羊品种(特克塞尔等),磷在尿中排泄的比例增加,易发生结石。公羊的发病率显著高于母羊,周岁以上公羊多发,且去势公羊特别是早期去势公羊发病率最高。结石发病率与年龄呈正相关,1岁以内多以磷酸盐结石为主,1岁以后碳酸盐和尿酸盐发病率增加。

3.2饲料和饲草因素

因为羊尿结石属于营养代谢病,诸多致病因素中,饲料原料及营养配方常被人们关注。饲料因素不仅影响结石发病率,也会导致羊体内结石的化学组成差异。

3.2.1日粮精粗比

以往诸多研究表明,超量精料导致的多为磷酸盐结石[5-6]。目前,养殖场为追求育肥效果,特别是在冬春季粗饲料缺乏期,往往提高补饲精料量,甚至补饲猪配合料。近年来,随着全价配合颗粒料的推广,在缺乏副产品和粗饲料的区域,配方设计中玉米和豆粕等精料原料使用量甚至超过80%,导致结石发病率有增加趋势,需要配合营养和养殖管理手段,控制结石发病率。

3.2.2日粮中钙、磷、钾和镁含量超标及比例失调是主要致病因素

肉羊从日粮中吸收的矿物质营养素通过粪便、尿液、泌乳、排汗和掉毛等方式排出体外。尿结石的形成与尿液的理化性质、尿中矿物质营养素含量和比例息息相关。结石中所含矿物质元素,诸如钙、磷、钾和镁等在日粮中的含量和比例,会在一定程度上提高其在血浆中的离子浓度,也会导致从尿路排出的矿物量的增加,为结石形成提供物质基础。高钙饲料多形成钙结石。肉羊钙和磷的维持需要量主要与干物质采食量而不是与体质量相关[7-9]。舍饲状态下,因为配方设计、配料控制或者对矿物质原料钙含量控制不到位等原因,导致日粮中钙含量严重超标,钙多磷少,甚至钙磷比例超过8∶1,容易导致尿结石发病率提高。在放牧羊或者牧草丰富的季节,羊大量采食钙多磷少且富含草酸的牧草,如三叶草、苜蓿和甜菜叶等,草酸与钙的结合会生成草酸钙,并使尿液呈碱性,导致钙结石的形成。生产中舍饲肉羊钙的需要量可以参考NY/T816—2004《肉羊饲养标准》、美国NRC(2007)和英国AFRC(1993)等。根据NY/T816—2004《肉羊饲养标准》,对于生长育肥期肉羊,在日粮干物质条件下,钙建议含量为1.07%,全混颗粒的钙含量建议控制在0.70%~1.10%。高磷饲料多形成磷酸盐结石。Bushman等[10]以绵羊作为试验对象,研究饲喂高磷饲料对羔羊结石发病率的影响,结果表明,饲喂绵羊高磷饲料可导致其结石发病率升高。精料中富含的谷物原料钙磷比例一般为1∶4~1∶6,特别是玉米和麸皮等原料,其中麸皮的钙磷比例接近1∶8,因而在日粮精料比例高的情况下,过多的磷进入羊体内,进入到尿中,导致尿的磷酸盐结石产生。高镁和高钾日粮容易导致形成磷酸钾(铵)镁结石。镁通过粪便、尿液和泌乳排出,其中尿液是镁的主要排出途径之一[11]。

在肉羊生产中,4个方面容易导致日粮镁超标:1)在放牧条件下,防止青草搐搦和抗应激时,多有镁盐预防;2)为预防因镁缺乏引起的生产上的疾病,预混料生产中添加镁盐,因为高镁引起的中毒对反刍动物影响有限,所以设计者为保险起见,普遍采用大于推荐量的添加方案;3)氧化镁与碳酸氢钠按照1∶2的比例添加,氧化镁添加量一般为0.5%,对缓解高精料日粮育肥引起瘤胃酸中毒等代谢性疾病有积极作用,这也使得日粮中镁的含量增加;4)饲料配方中高镁原料,如棉饼、向日葵饼、亚麻仁饼、小麦麸和米糠等的过量添加,增加日粮高镁风险[11]。这些措施即成为公羊结石发生的关键因素。因此,在舍饲育肥公羊比例高的情况下,应该注意到日粮中镁的问题。高镁可能会降低尿液中结石抑制因子的能力,引发尿石症[12]。根据NY/T816—2004《肉羊饲养标准》,对于生长育肥期肉羊,在日粮干物质条件下,建议镁含量小于0.40%,建议配方设计时控制在0.15%~0.30%。肉羊尿结石的发病率不仅与矿物质营养素的绝对含量有关,与矿物质营养素及尿液中其他代谢产物之间的比例也有很大关系,其中钙磷比例研究最为广泛。日粮中的钙磷比例对结石的形成有至关重要的影响。肉羊日粮钙磷比例偏高,会增加磷通过尿液向体外的排泄量,所以钙磷比例失衡极易引起结石病[13]。钙磷比例的适宜范围为1.2∶1~2∶1。另外也有报道指出,钙镁比例过高、钙钾比例偏高和镁钾比例偏低可引发结石,需要更多研究结果给出各比例的适当推荐范围。根据NY/T816—2004《肉羊饲养标准》,对于生长育肥期肉羊,在日粮干物质条件下,矿物质推荐含量为磷0.38%、镁0.18%和钾0.80%[11]。

3.2.3日粮能蛋比例失调

日粮中超量的蛋白供应,或者氨基酸比例不合理,增加蛋白尿代谢通路负担,代谢产生的氨会使尿液呈碱性,pH值大于7.2,结石风险增加。另外,黏蛋白还可以作为结石的凝结核。日粮常用豆科植物粕类作为蛋白来源,其中富含雌激素类黄酮成分,会增加尿的黏蛋白浓度,从而生成结石。过量添加的蛋白质会使肥育羔羊形成结石。颗粒饲料也会增加尿中的黏蛋白浓度。黏多糖与身体的迅速生长有关,通常也与结石的形成有关。当饲喂某些饲料,如棉籽饼和西非高梁,会导致黏多糖的增加,增加尿结石发病风险。筛选黏多糖含量低的原料的同时,建议肉羊育肥蛋白管理中,育肥前期日粮蛋白含量控制在16%以内,育肥后期控制在15%以内。

3.2.4日粮维生素A不足和维生素D含量过高

维生素A缺乏,会影响上皮细胞修复,增加脱落膀胱上皮细胞数量,为矿物质析出提供充足的凝结核,使得结石风险增加。自然放牧状态下,青绿饲料中含有丰富的维生素A的前提物质胡萝卜素(维生素A原)。舍饲肉羊缺乏维生素A来源,在额外添加不充分的情况下,会因为维生素A缺乏导致肉羊结石高发。另外,维生素D含量过高,易造成钙磷大量存积,形成结石[14]。维生素A缺乏同时维生素D含量过高时,更易发生结石。3.2.5日粮抗营养因子和霉菌毒素超标日粮抗营养因子和霉菌毒素常会导致日粮配方与肉羊机体吸收的预期不符,肝和肾等器官损伤,血液及尿液中的有机物和无机盐浓度异常。例如,中国棉区传统饲喂模式下,羊和牛尿石症发生的报道较多,发病率为17.0%~33.4%[15-16]。从营养素角度分析,棉饼和棉粕等都属于低钙、高磷、高钾、高镁且富含蛋白质的饲料,过量添加会增加通过尿液向体外排出的氮、钙、磷、钾和镁的排泄量[17]。长期饲喂超过体质量0.3%的棉粕,超过体质量1%的棉籽壳、棉酚可使泌尿系统器官上皮细胞通透性异常,导致磷酸根、钾、镁离子和大分子物质异常滤过,导致尿结石多发[12]。

3.3饮水品质和饮水量

长期饮用矿化度高的水、涝坝余水、盐碱水和泥沙含量高的浊水容易引发结石[18]。脱水是各种结石发展的关键因素,饮水量不足时,会使尿的浓度增高,尿中矿物质处于超饱和状态。某些地区,在日粮配方设计过程中,因为忽略地下水中的高钙、高钾、高磷和高镁因素,导致尿中超量的磷酸钾镁盐类产生,也容易引起尿结石。

3.4尿路感染

某些细菌能够产生脲酶,例如变形杆菌属、葡萄球菌属和克雷伯氏菌属等。此类细菌感染后,其产生的脲酶能够将尿液中的尿素分解成氨和二氧化碳,使尿液呈碱性,铵根离子可与尿中的镁离子和磷酸根离子结合,生成磷酸铵镁。当pH值上升到7.2以上或者尿液中的磷酸铵镁达到过饱和水平时,便会析出结晶,晶体慢慢积聚最终形成磷酸铵镁结石。目前普遍认为磷酸铵镁结石是由尿路细菌感染引起[19]。感染性结石的生长十分迅速,4~6周便可形成。所以金霉素等抗生素,可以通过抑制致病菌,降低尿液中脲酶活性,在一定程度上降低磷酸铵镁结石的发病风险[20]。

3.5限食饲养相比

自由采食,每天分次集中饲喂的限制饲喂方式会导致羊采食后,机体为保证消化用水,调控抗利尿激素的释放,暂时性减少排尿行为,导致高浓度尿液滞留,增加结石风险。

3.6早期

公羊因其尿道细长,又有“S”形弯曲及尿道突,故易发生阻塞,尿结石更多的是在公羊中出现。早龄措施,会导致有关性激素分泌量下降,影响和尿道的发育,导致成年公羊的尿道相对狭窄,因而容易出现结石阻塞。

3.7治疗药物的使用

生产中,长期使用磺胺类等易形成结晶的药物,会促进结石形成[14]。

3.8运动不足

肉羊养殖过程中,由于运动场不足、修蹄不及时和肢体病发病率高等原因,会导致运动不足,微小结石不能及时排出,从而增加结石发病率。

4尿结石诊断

临床上,一般根据刺激和阻塞症状进行诊断,但是不能避免误诊。尿瘾闭是指组织变形或者病变,导致后天的尿道封闭和排尿困难等问题,在临床上容易被误诊为尿结石[21]。非完全阻塞性尿结石可能会与肾盂炎或膀胱炎相混淆。所以还需要通过对饲料构成成分的调查、直肠触诊等尿道探诊、病理解剖、结石外观的显微镜和电镜观察以及实验室结石成分分析等手段对发病程度和发病原因进行综合判断。

4.1病理解剖

肾肿大,断面,肾盂内有不同数量和大小不等的结石(或无),膀胱中充满大量桔黄色尿液及大量砂样结石,也有的在膀胱底部形成很厚的一层结晶,尿道完全被黏稠的砂样物堵塞,也有的是局部堵塞[22]。

4.2结石外观

在放大镜和显微镜下观察,尿结石由细砂样和颗粒状结石混合而成,肾盂和尿道结石多为颗粒状。颗粒状结石呈白色、淡黄色或褐色,每颗结石的质量约为5~15mg,直径约为1.20~4.60mm,显微镜下呈龟裂田块状结构;细砂样结石多呈白色,疏松且易被碾成更细的粉末,其粒径为0.01~0.10mm,显微镜下呈细小颗粒和柱状晶体的混合体。

4.3结石结构及成分分析

实验室可以采用扫描电镜观察和应用化学定性分析、X-射线能谱分析、X-射线物相分析及红外光谱分析等方法,对尿结石样品的显微结构和成分进行分析。有研究表明,颗粒状结石具有明显的蜂窝状核心结构和片状堆积层状外周结构。能谱分析结果显示,结石主要元素为磷、镁和钾,外层主要元素为磷和镁;细砂状结构多为未形成外层包裹的蜂窝状核心结构,有的含有细针状晶体,其主要元素是钙,而柱状和斜方柱形晶体的主要元素是磷和镁[6]。

5尿结石治疗

5.1保守治疗

生产中,一般种公羊和育肥后期公羊容易发生尿结石。对于病情较轻、结石体积小且可通过下尿道的不完全阻塞病例,应采用以中西医药物排石、对症辅助治疗控制感染和防止阻塞为原则的保守治疗方式。

5.1.1中西医利尿排石

所有的利尿药物的使用,都应在保证大量清洁饮水的前提下给药。中医根据清热利湿、通淋排石、病久者肾虚并兼顾扶正的原则,多用排石汤(石苇汤)加减的方案。其中,排石中药包括海金沙、鸡内金、石苇、海浮石、滑石、瞿麦、扁蓄、车前子、泽泻和生白术等。生产中许多养殖场有自己的利尿排结石验方,西医常用速尿(呋喃苯氨酸和呋塞米)利尿,可采用口服和肌肉注射2种方式给药,按体质量2.5~5.0mg/kg,1~2次/天,连续口服2~3天为一疗程。按体质量肌注0.5~1.0mg/kg,1次/天,隔日用药,连用2~3次为一疗程。

5.1.2日粮添加防结石添加剂

肉羊生产中常添加3类添加剂用于预防尿结石,分别是类抗生素物质、尿液pH值控剂和脲酶抑制剂。类抗生素物质可减少尿路细菌感染,减少黏液和脱落上皮等凝结核产生,同时能够减少脲酶产生,利于氮素循环和控制尿液pH值。尿液酸化剂如三磷酸铵、硫酸铵和氯化铵等,其中以氯化铵效率最高,日粮建议添加量为0.5%。而对于胱氨酸盐结石,则投服碳酸氢钠,使尿液碱化,以达到阻止结石形成和促进结石溶解的目的。某些具有脲酶抑制作用的添加剂也可以通过提高氮素循环效率和降低尿液pH值等途径预防结石发生。在种公羊和育肥公羊群体中,合理使用安全有效的添加剂,可以溶石排石,同时减少结石发病率。

5.1.3水冲洗

对导尿管消毒,涂擦剂,缓慢插入尿道或膀胱,注入消毒液体,反复冲洗。适用于粉末状或沙粒状尿石。

5.1.4尿道肌肉松弛剂

当肉羊尿结石严重时,可每只羊肌肉注射2~4mL的2.5%氯丙嗪溶液。

5.2手术治疗尿石阻塞

在膀胱或尿道时,可实施手术切开,将尿石取出。对于普通羊而言,结石病用手术治疗的意义不大,主要是用于贵重种羊。早发现,早疏通,手术简单易学,可以为养殖户减少损失,其治愈率高于80%[14]。

6尿结石预防

6.1合理调配日粮

应查清动物的饲料、饮水和尿石成分,找出尿石形成的原因,合理调配饲料,使饲料中的营养水平科学合理(详见3.2),控制饲料霉变程度,生产中棉籽饼应脱毒后饲喂(可用1%硫酸亚铁溶液浸泡,种公羊禁喂)[1]。

6.2保证饮水量和饮水品质

新鲜和干净的水会增加羊的饮水量,或者平时应适当增喂饲料,以稀释尿液,减少对泌尿器官的刺激,并保持尿中胶体与晶体的平衡。保证充足的饮水槽,增加盐的喂量,夏季和冬季适宜的供水温度能增加饮水量,从而达到稀释尿液的作用。另外,水磁化是让水通过一定强度的磁场,通常用于污水处理、生活用水除垢和人类结石的保健中。羊舍饮水通过磁化后,加快溶液内部的微结晶作用,从而使盐类在受热面上的直接结晶和坚硬沉积大大减少,在代谢过程中,不仅能防止大晶体的结晶,起到预防结石作用,而且能使尿石疏松破碎而排出[23-24]。使用过程中,磁化装置的磁感应强度与水流速要匹配,保证磁化效果。磁化后放入水槽中,1h后,让病畜自由饮水或者每天投放2次。

6.3器官炎症控制

对家畜泌尿器官炎症性疾病应及时治疗,以免出现尿潴留。

6.4保证运动量

舍饲期的种公羊每天不得少于4h的户外运动[1]。

6.5添加剂预防

在日粮中加入碳酸氢钠对尿结石有一定的预防作用,同样,在饲料中补充氯化铵对预防磷酸盐结石会出现令人满意的效果。不能用糖蜜来促使山羊饮水或者掩盖氯化铵气味,因为糖蜜中钾含量高,会降低氯化铵的效果,但添加葡萄糖和蔗糖是可以的。另外,长期饲喂氯化铵会导致母羊骨骼中的矿物质含量降低。

6.6监测羊群的尿液

根据情况,定期抽样监测羊群尿液的pH值,抽样10%,当50%个体尿液的pH值大于8时,饮水或者日粮中应适当添加氯化铵或硫酸铵。对于异地育肥场,在进羊时,特别是抓羔体质量偏大时,建议进行尿液抽样检测。对结石风险高的羊群,强化预防措施,预防原场饲养管理不合理,导致进羊不久集中爆发结石的现象发生。

6.7尿石舔砖的合理使用

尿石舔砖,主要成分为氯化铵、磷酸钙、硫酸钴、碳酸锰、碘酸钙、氧化铁、氧化锌和食盐等。有研究显示,合理补充防尿结石舔砖,不仅可以预防结石,而且羊只毛色较对照组有光泽、精神好且啃咬围栏现象减少[25]。

6.8保证食盐添加量

当食盐供自由采食时,山羊可能摄取超量而无不良影响,但供应不足可能会引起山羊食欲不振、啃土壤或石屑。食盐的推荐量为总干物质摄取量的0.5%,生产中一般建议以0.5%~1.0%的日粮干物质比重添加。

7小结与展望

随着中国特色肉羊养殖模式的发展,舍饲化、集约化和规模化育肥逐渐成为大势所趋,因肉羊代谢病特别是尿结石为养殖户带来的损失也日益被凸显。适宜规模化舍饲的肉羊营养标准也将不断更新,分群饲养管理、全混合日粮自由采食技术及结石预防措施等也会日益成熟。

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