毒物及其作用機制
廢水中凡是能延緩或完全抑制微生物生長的化學物質(zhì)，統(tǒng)稱為有毒有害物質(zhì)，簡稱毒物。這些毒物，從化學性質(zhì)上來分可劃分為有機物和無機物兩大類。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制主要有如下方式：
1、損傷細胞結(jié)構(gòu)成分和細胞外膜。如：70%濃度的乙醇能使蛋白凝固達到殺菌作用;酚、甲酚、表面活性劑作用于細胞外膜，破壞細胞膜的半透性。
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。當廢水中存在一種化學結(jié)構(gòu)與代謝物質(zhì)相類似的有機物時便會發(fā)生。因為二者都能在酶的活性中心與酶相結(jié)合，它們的競爭將抑制中間產(chǎn)物的形成，使酶的催化反應速率降低。
4、對細胞成分合成過程的抑制作用。當某些化學物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似于細胞成分的結(jié)構(gòu)時，它們便會被細胞吸收并同化，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、對細胞壁合成的抑制作用。如青霉素便是通過干擾細胞壁的合成從而達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)的適應能力將逐步加強。微生物這種巨大的適應性(變異性)是由它們的小體積決定的。
如一個微球細胞僅具有約100000個蛋白質(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存在合適的基質(zhì)時才會產(chǎn)生。在某些條件下這類可誘導的酶可占蛋白質(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(此時的濃度叫極限允許濃度)，正是這種極限又要求含毒物有機廢水在生物處理前需要一定的預處理。
微生物由于其體積的細小，而具有巨大的適應性(變異)。因此可以采用人工改變微生物生活環(huán)境的方法進行誘導變異，讓微生物直接適應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，是處理含毒有機廢水的一種基本方法。
在城市生活污水處理廠中，當進水中酚的濃度突然增加到50 mg/L時，便會對生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的破壞作用。嚴重時，會導致全系統(tǒng)的崩潰。可是，某焦化廠采用適應性變異的方法對菌種進行馴化即菌種馴化法，使微生物內(nèi)的酶逐步適應了這種毒物的大量存在，便將這種毒物當成其底物而加以分解吸收。實際運行表明，進水中酚的平均濃度為117.5 mg/L時，酚的去除率高達99.6%.
含酚廢水處理是應對一種不穩(wěn)定性毒物的例子，當毒物很穩(wěn)定時，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準或另外采取其它措施加以控制。
預處理方法
馴化是生物處理法中應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就需要一定的預處理。目前，預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。當其濃度超過某一極限允許濃度時，毒物就成為毒物;在極限允許濃度以下時，毒物就不表現(xiàn)出毒性甚至成為營養(yǎng)。當廢水中毒物濃度超過生物處理的極限允許濃度時，為保證生物處理的正常進行，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，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)濟方面的考慮，方法①應是首選。
(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)化法去除時才能使用。這是由于①這種方法的不經(jīng)濟性。采用清水稀釋本身就要花費大量的水費;原水采用大量的清水稀釋后，處理投資和運行費都要增加。②隨著環(huán)境管理的加強，已由濃度排放控制過渡到排放總量控制。
轉(zhuǎn)化法
化學物質(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，可以通過化學方法，將有機廢水中的毒物轉(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行;②最終出水中，毒物濃度也應滿足排放標準。
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。采用這種方法時應注意如下幾點：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行;②必須保證最終出水各項指項(包括毒物)達到國家排放標準;③轉(zhuǎn)移到氣相或固相的毒物必須進行妥善處理，不允許出現(xiàn)二次污染。