CN105776788B - 一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，解决了城市污水处理厂污泥中含有较多重金属Cu的问题，处理过后的污泥可以作为肥料农用。其具体步骤如下：将污泥中原有的硫杆菌进行富集培养得到驯化污泥，并以此最为接种物，加入到生污泥中，并投加Na2S2O3和FeSO4底物，Na2S2O3投加量控制在3～5g/L，FeSO4投加量控制在4～6g/L，并且以1.0～1.5/min向污泥中鼓入空气，并以一定的的转速搅拌，温度控制在20～30℃，对污泥进行生物淋滤。经过3～4d生物淋滤时间，使得重金属Cu的去除率达到90%以上。本发明设计合理，实用性强。

Description

一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法
技术领域
本发明涉及一种去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，尤其是一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法。
背景技术
污泥是城市污水处理厂处理污水过程中的必然产物。随着国内污水处理事业的发展，污水厂总处理水量不断增加，处理程度不断提高，产生的污泥量也日益增加。显然，如此大量的污泥如果处理不当，不仅会影响污水处理厂的正常运行，而且因为污泥中含有大量的有害物质，如重金属、细菌、各种寄生虫卵、大量的病原微生物等，很容易造成二次污染。另外，污泥中含有丰富的有机物及氮、磷、钾等营养元素，如果不加处理任意排放，不仅污染环境，同时也是对资源的严重浪费。为防止污泥造成的二次污染及保证污水处理厂的正常运行和处理效果，实现污泥的减量化、无害化、稳定和资源化是目前环境领域急需解决的问题。所以研究寻找合理处理、处置并充分利用污泥的有效途径具有重要的现实意义。
污泥中的重金属种类繁多主要有Cu、Pb、Zn、Ni、Cr、Hg和Cd等是污泥资源化利用的最主要障碍。以处理生活污水为主所产生的污泥，重金属含量通常较低，而以处理工业污水为主所产生的污泥，重金属含量往往较高。由于重金属具有难迁移、易富集和危害大等特点已成为限制污泥农业利用的最主要因素。不论是城市污泥还是工业污泥，由于其大多含有毒性较大的重金属元素，如果处理不当将会对污水处理厂乃至使用污水污泥的地区周边生态环境构成严重危害。因此，降低或去除污泥中的超标重金属元素成为有效处置和利用污泥的关键。目前，为解决城市污泥中重金属元素对生态环境可能造成的危害以及对污泥农用的制约所开展的研究较多，但多数是从稳定和降低重金属元素毒性角度进行的，从降低污泥中重金属总量的研究相对较少。
生物淋滤利用自然的一些微生物直接作用或其代谢产物的间接作用，例如氧化，还原，酸化等作用，将污泥某些难溶性或不溶性成分(如重金属、硫等)分离浸出。再将污泥进行脱水，实现去除污泥中重金属的目的。生物淋滤具有以下优点：与化学淋滤相比，可节约耗酸量，不需加酸对污泥进行预酸化，可与好氧污泥消化相结合，充分利用已有的运行设施，降低操作成本和基建费；启动迅速，淋滤效率高，时间短，适于处理任何类型污泥；操作简单，运行过程无需特殊控制，在10℃～37℃范围内均能淋滤重金属；污泥经生物淋滤后，脱水性能大幅提高，脱水时不需要添加凝聚剂，有效节省污泥脱水成本；生物淋滤既能有效去除重金属又能杀灭病原菌，并使VSS下降。
生物淋滤采用的主要细菌是氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans，T.f)和氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans，T.t)等嗜酸性硫杆菌，在其新陈代谢过程中，产生氧化、还原、酸化、溶解等作用。在利用生物淋滤技术去除城市污水处理厂污泥中重金属的现有技术中，有部分技术以纯种的T.f和T.t作为淋滤接种菌体，此种方法操作复杂，处理成本高，不易大规模使用；也有部分现有技术不需要额外接种细菌，利用污泥中固有的细菌进行富集培养得到驯化污泥，然后将驯化污泥接种至生污泥中进行生物淋滤，但所需添加的能源物质浓度高，驯化污泥接种量大，而且重金属的去除效果一般。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种以Na2S2O3和FeSO4为能源物质、并且能源物质的添加浓度低的生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其包括如下步骤：
(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的FeSO4为底物，富集培养生污泥中固有的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌，富集培养至污泥pH降至2.5以下，得到第一次富集培养后的驯化污泥；
(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比4～6％接种到生污泥中，添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的FeSO4为底物，在相同的条件下富集培养，直至pH值降至2.5以下，得到第二次富集培养后的驯化污泥；
将第二次富集培养重复至少一次，所得驯化污泥混合液为接种物；
(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比4～6％接种到生污泥中，添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的FeSO4为底物，初始pH值调为5～7，在20～30℃温度下淋滤培养3～4天，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属Cu分离浸出至水相；
(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低金属Cu含量的污泥和高金属Cu含量的污水。
往步骤(4)污泥沉淀后所得的污水中投加Na2S进行金属沉淀，固液分离，分别得到上清液和固体重金属沉淀。
步骤(3)的淋滤培养的曝气强度控制在1.0～1.5L/(min·L)。
步骤(3)的淋滤培养的搅拌转速为150～250r/min。
淋滤培养3～4天后，污泥pH降至2.0以下。
本发明采用以上技术方案，具有如下的有益效果：
1)富集污泥中自身的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌生物淋滤；所需富集培养后驯化污泥的接种量低，接种体积比为4～6％，而专利CN103274575A需要的接种体积比为10～15％；
2)以Na2S2O3和FeSO4作为底物为硫杆菌提供能源物质，由于其二者之间具有协同作用，相较于单独以底物硫粉或单独以底物FeSO4作为能源物质，能给T.t和T.f提供更好的生长环境；
3)所需添加的Na2S2O3和FeSO4的用量低，分别只需要3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的FeSO4，而专利CN103274575A中以S为底物，需要添加S的量为10～20g/L；
4)对重金属Cu的去除效果好，淋滤后污泥中金属Cu的最大去除率为92.3％，淋滤后的污泥可以用于土地利用。
本发明所需底物量低，去除污泥中重金属Cu的成本低，对重金属Cu的去除效果好，设计合理，实用性强。
具体实施方式
一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其包括如下步骤：
(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的FeSO4为底物，富集培养生污泥中固有的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌，富集培养至污泥pH降至2.5以下，得到第一次富集培养后的驯化污泥；
(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比4～6％接种到生污泥中，添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的FeSO4为底物，在相同的条件下富集培养，直至pH值降至2.5以下，得到第二次富集培养后的驯化污泥；
将第二次富集培养重复至少一次，所得驯化污泥混合液为接种物；
(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比4～6％接种到生污泥中，添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的FeSO4为底物，初始pH值调为5～7，在20～30℃温度下淋滤培养3～4天，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属Cu分离浸出至水相；
(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低金属Cu含量的污泥和高金属Cu含量的污水。
往步骤(4)污泥沉淀后所得的污水中投加Na2S进行金属沉淀，固液分离，分别得到上清液和固体重金属沉淀。
所述生污泥为CASS工艺处理城市生活污水产生的剩余污泥。
步骤(3)的淋滤培养的曝气强度控制在1.0～1.5L/(min·L)。
步骤(3)的淋滤培养的搅拌转速为150～250r/min。
淋滤培养3～4天后，污泥pH降至2.0以下。
实施例1
一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其包括如下步骤：
(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加3g/L的Na2S2O3和6g/L的FeSO4为底物，富集培养生污泥中固有的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌，富集培养至污泥pH降至2.5以下，得到第一次富集培养后的驯化污泥；
(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比5％接种到生污泥中，添加3g/L的Na2S2O3和6g/L的FeSO4为底物，在相同的条件下富集培养，直至pH值降至2.5以下，得到第二次富集培养后的驯化污泥；
将第二次富集培养重复至少一次，所得驯化污泥混合液为接种物；
(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比5％接种到生污泥中，添加3g/L的Na2S2O3和6g/L的FeSO4为底物，初始pH值调为6，在20℃温度下淋滤培养3天，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属Cu分离浸出至水相；
(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低金属Cu含量的污泥和高金属Cu含量的污水。
往步骤(4)污泥沉淀后所得的污水中投加Na2S进行金属沉淀，固液分离，分别得到上清液和固体重金属沉淀。
所述生污泥为CASS工艺处理城市生活污水产生的剩余污泥。
步骤(3)的淋滤培养的曝气强度控制在1.0L/(min·L)。
步骤(3)的淋滤培养的搅拌转速为150r/min。
淋滤培养3天后，污泥pH降至2.0以下。
实施例2
一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其包括如下步骤：
(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加4g/L的Na2S2O3和4g/L的FeSO4为底物，富集培养生污泥中固有的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌，富集培养至污泥pH降至2.5以下，得到第一次富集培养后的驯化污泥；
(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比4％接种到生污泥中，添加4g/L的Na2S2O3和4g/L的FeSO4为底物，在相同的条件下富集培养，直至pH值降至2.5以下，得到第二次富集培养后的驯化污泥；
将第二次富集培养重复至少一次，所得驯化污泥混合液为接种物；
(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比4％接种到生污泥中，添加4g/L的Na2S2O3和4g/L的FeSO4为底物，初始pH值调为5，在30℃温度下淋滤培养4天，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属Cu分离浸出至水相；
(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低金属Cu含量的污泥和高金属Cu含量的污水。
往步骤(4)污泥沉淀后所得的污水中投加Na2S进行金属沉淀，固液分离，分别得到上清液和固体重金属沉淀。
所述生污泥为CASS工艺处理城市生活污水产生的剩余污泥。
步骤(3)的淋滤培养的曝气强度控制在1.5L/(min·L)。
步骤(3)的淋滤培养的搅拌转速为250r/min。
淋滤培养4天后，污泥pH降至2.0以下。
实施例3
一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其包括如下步骤：
(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加5g/L的Na2S2O3和5g/L的FeSO4为底物，富集培养生污泥中固有的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌，富集培养至污泥pH降至2.5以下，得到第一次富集培养后的驯化污泥；
(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比6％接种到生污泥中，添加5g/L的Na2S2O3和5g/L的FeSO4为底物，在相同的条件下富集培养，直至pH值降至2.5以下，得到第二次富集培养后的驯化污泥；
将第二次富集培养重复至少一次，所得驯化污泥混合液为接种物；
(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比6％接种到生污泥中，添加5g/L的Na2S2O3和5g/L的FeSO4为底物，初始pH值调为7，在25℃温度下淋滤培养4天，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属Cu分离浸出至水相；
(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低金属Cu含量的污泥和高金属Cu含量的污水。
往步骤(4)污泥沉淀后所得的污水中投加Na2S进行金属沉淀，固液分离，分别得到上清液和固体重金属沉淀。
所述生污泥为CASS工艺处理城市生活污水产生的剩余污泥。
步骤(3)的淋滤培养的曝气强度控制在1.2L/(min·L)。
步骤(3)的淋滤培养的搅拌转速为200r/min。
淋滤培养4天后，污泥pH降至2.0以下。
对照实验1：将实施例3中的底物Na2S2O3替换为底物S，其余条件不变。
对照实验2：将实施例3中的底物FeSO4去掉，不添加FeSO4底物，其余条件不变。
对照实验3：将实施例3中的底物Na2S2O3去掉，不添加Na2S2O3底物，其余条件不变。
表1各实施例和各对照实验不同处理方法的重金属Cu的去除效果比较
从表1可以看出，以Na2S2O3和FeSO4为底物的重金属的去除率明显优于以S和FeSO4为底物的重金属的去除率；以Na2S2O3和FeSO4为底物的重金属的去除率明显优于分别以Na2S2O3或FeSO4为底物的重金属的去除率。重金属的去除率除了跟底物有关，还跟富集次数等息息相关。

Claims (5)

1.一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
（1）第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的 FeSO4为底物，富集培养生污泥中固有的氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌，富集培养至污泥pH降至2.5以下，得到第一次富集培养后的驯化污泥；
（2）第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比4～6%接种到生污泥中，添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的 FeSO4为底物，在相同的条件下富集培养，直至pH值降至2.5以下，得到第二次富集培养后的驯化污泥；
将第二次富集培养重复至少一次，所得驯化污泥混合液为接种物；
（3）生物淋滤：用步骤（2）所得的接种物，按体积比4～6%接种到生污泥中，添加3～5g/L的Na2S2O3和4～6g/L的 FeSO4为底物，初始pH值调为5～7， 在20～30℃温度下淋滤培养3～4天， 氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化作用，将生污泥中的重金属Cu分离浸出至水相；
（4）污泥沉淀：将步骤（3）进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低金属Cu含量的污泥和高金属Cu含量的污水。
2.根据权利要求1所述的一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其特征在于：往步骤（4）污泥沉淀后所得的污水中投加Na2S进行金属沉淀，固液分离，分别得到上清液和固体重金属沉淀。
3.根据权利要求1所述的一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其特征在于：步骤（3）的淋滤培养的曝气强度控制在1.0～1.5 L/(min•L)。
4.根据权利要求1所述的一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其特征在于：步骤（3）的淋滤培养的搅拌转速为150～250r/min。
5.根据权利要求1所述的一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，其特征在于：淋滤培养3～4天后，污泥pH降至2.0以下。
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