CN112225415A - 一种改性活性炭介导的污泥生物沥浸去除重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种改性活性炭介导的污泥生物沥浸去除重金属的方法，包括以下步骤：首先，调节污泥含固率至2％‑6％，加入10‑30g/L能源底物FeSO4·7H2O，在25‑30℃条件下震荡培养，直至污泥pH值下降稳定至2.0‑3.0，获得驯化污泥；按5％‑15％的接种比例于灭菌的9K液体培养基中，重复上述过程3‑5次，获得富集菌液；将活性炭放入超纯水中洗去杂质并过滤烘干；加入固液比为5％‑10％HNO3，加热搅拌2‑6h，对活性炭进行表面官能团改性；改性后经过多次水洗后稳定其滤液pH，并经过冻干及烘干后过标准筛。本发明实现了污泥的无害化、资源化，在较低经济成本、时间成本下高效去除了污泥中重金属，改善了污泥脱水性能。

Description

一种改性活性炭介导的污泥生物沥浸去除重金属的方法
技术领域
本发明涉及固废废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种改性活性炭介导的污泥生物沥浸去除重金属的方法。
背景技术
随着我国城镇化进程的加快，我国城镇污水处理厂污水的排放量逐年增加。作为污水处理的衍生品，每年城镇污水处理厂在污水处理过程中也产生的大量的污泥。污水处理过程中，50％～80％的重金属聚集在污泥中，未经妥善处理的污泥露天堆放或者施用于农田后，污泥中的重金属随降水过程会逐渐溶出并渗入到土壤中，或者随雨水流入河流湖泊，污染土壤、地下水和地表水。污泥中的病原微生物如沙门菌、痢疾菌等，一旦重新回到环境中，极有可能会引起相应的传染性疾病，故在排放污泥之前必须进行合适的灭菌预处理。因此，如何安全高效的处置和利用污泥成为我国环境保护中的重大课题。
生物沥浸技术在修复受重金属污染的土壤、底泥等方面已取得一定的研究进展，主要是利用嗜酸性细菌的生物氧化作用及其生长代谢过程中产生的酸性环境，将固相中重金属溶解出来进入水相，随后通过固液分离实现重金属的去除，并且生物浸出过程改变了污泥颗粒表面的电化学性质，使污泥颗粒易于聚集浓缩，可以改善污泥脱水性能。
从运行费用看，在生物淋滤处理中采用的污泥浓度越高，越有利于减少污泥处理成本。污泥是一个复杂的缓冲体系，其浓度越高，pH的缓冲性能就越好，因此生物淋滤过程中pH下降速度受到限制，从而影响了污泥中重金属的淋出效果。本发明选择污泥缓冲能力较大的固体浓度，在更短的时间内去除了污泥中重金属。
发明内容
本发明目的是提供一种以氧化亚铁硫杆菌为接种菌，改性活性炭介导处理含重金属污泥的方法。
一种改性活性炭介导的污泥生物沥浸去除重金属的方法，具体步骤：
(1)取污水处理厂的浓缩/脱水污泥，调节其含固率为2％-3％；
(2)向步骤(1)所得的污泥中加入10-30g/L能源底物FeSO4·7H2O，在25-30℃、180rpm条件下震荡培养，直至污泥pH值下降稳定至2.0-3.0，获得驯化污泥；
(3)取步骤(2)驯化污泥混合液按5％-15％的接种比例于灭菌的9K液体培养基中，重复上述过程3-5次，获得富集菌液；
(4)改性活性炭的制备，将活性炭放入超纯水中洗去杂质并过滤烘干；随后加入固液为5％-10％，质量分数为65％的HNO3，加热搅拌2-6h，对活性炭进行表面官能团改性；改性后经过多次水洗后稳定其滤液pH，并经过冻干及烘干后过100目标准筛；
(5)调节污泥含固率为4％-8％，投加5-10g/L步骤(4)制备的改性活性炭、10-30g/L能源底物FeSO4·7H2O、10％-20％接种比例的步骤(3)所得富集菌液，在25-30℃、180rpm条件下震荡4-16天，结束生物沥浸反应。
所制备的改性活性炭可作为生物沥浸污泥重金属反应过程中的电子穿梭体，加速重金属的浸出速率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明实现了污泥的无害化、资源化，在较低经济成本、时间成本下高效去除了污泥中重金属。
(2)在所采用的反应条件下，加入改性生物炭后可较大程度提高污泥生物沥浸反应速率，可使污泥沥浸体系在较高污泥浓度范围内减小污泥缓冲能力的影响。
(3)生物沥浸处理有效去除污泥中重金属，对Zn、Ni、Cd等的去除率达到73-93％，重金属浓度均下降到《农用污泥中污染物控制标准GB4284-2018》规定的A级污泥产物限值以下。
(4)加入改性活性炭可在较短时间内改善污泥脱水性能，使其内部结合水转换为自由水。
附图说明
图1是本发明的技术路线图。
图2是本发明是实施例生物沥浸过程中污泥中3种重金属去除率曲线图。
图3是本发明是实施例生物沥浸过程中污泥脱水性能指标CST值柱状图。
具体实施方式
(1)污泥的基本信息
本实施选取天津市某污泥处理厂的机械脱水污泥作为生物沥浸反应污泥，该污泥的基本特性见表1。
Figure BDA0002741896540000021
(2)菌液的制备：
污泥驯化：使用超纯水调节(1)中所述污泥含固率至2％，在500mL烧杯中加入300mL污泥混合液，投加20g/L的FeSO4·7H2O，在28℃、180rpm条件下震荡培养7天，直至污泥pH值下降稳定至2.5左右或ORP值上升稳定至500mV左右。
富集培养：取驯化完成的污泥混合液按10％接种比例(体积比)于灭菌的9K液体培养基中，在180r/min、28℃条件下震荡培养数天，直至ORP值上升稳定至500mV左右。再次重复上述步骤3次，最终获得***菌液，此菌液以氧化亚铁硫杆菌为优势菌。
灭菌的9K培养基由A,B两液体混合组成。A液体组分：(NH4)2SO4，3g/L；KCl0.1g/L；K2HPO4，0.5g/L；MgSO4.7H2O，0.5g/L；Ca(NO3)2，0.01g/L；超纯水800mL。通过(1+3)H2SO4调节A液体pH为2.0-2.2，在高压灭菌锅中121℃灭菌20min。B液体组分：FeSO4·7H2O，44.72g/L；超纯水200mL。通过(1+3)H2SO4调节B液体pH为2.0-2.2，通过0.22μm滤膜灭菌后于A液体混合。
(3)改性活性炭的制备：
去杂质：称取一定量的活性炭于1000mL烧杯中，加入600mL超纯水，300rpm转速下磁力搅拌清洗3h并过滤，以去除活性炭中的杂质，打开通道，于烘箱中105℃烘干，得到预处理的活性炭。
改性：称取一定量预处理的活性炭于1000mL烧杯中，加入5％(m/V)的65％HNO3，在90℃下搅拌5h进行改性。
水洗过筛：将改性活性炭倒入烧杯中，加入超纯水，300rpm转速下磁力搅拌清洗3h并过滤，重复此步骤数次，直至抽滤液pH不变，近呈中性。将清洗完成的改性活性炭放入冷冻干燥机内干燥至含水率低于10％后取出，冻干后的活性炭放入烘箱中105℃烘干，以除去剩余水分，使用玛瑙研钵研磨后过100目标准筛。
(4)改性活性炭介导的污泥生物沥浸
使用超纯水调节污泥含固率至4％，将180mL上述污泥放入250mL锥形瓶中，按10％接种比例加入20mL***富集培养的菌液，投加浓度为20g/L的FeSO4·7H2O与5g/L的改性活性炭，以未投加改性活性炭的处理作为对照，每组试验均做3个重复，取平均值作为实验结果。将所用锥形瓶用无菌透气封口膜封口，置于180r/min、28℃恒温摇床中振荡培养，每24h测定沥浸反应组中pH(笔试pH计，雷磁E-301-F)和氧化还原电位ORP(笔试ORP计，雷磁501)变化，直至pH值稳定至2.5左右，ORP值稳定在500mV左右视为反应结束，采取6mL污泥混合液用于测定浸出液中重金属(Zn、Ni、Cd)的含量，4mL污泥混合液用于测定污泥毛细吸水时间(CST)。污泥培养期间采用称量法补充每天因蒸发而损失的水分。
(5)重金属、CST测定结果：
采取的6mL污泥混合液放入50mL离心管中，在4200rpm条件下离心30min，上清液通过0.45μm后采用电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-OES(Thermo ScientificTMiCAPTM7200)进行测定Zn、Ni、Cd。通过测定，各组重金属去除率如图2所示。对照组在第10天时浸出达到稳定，而改性活性炭在第4天三种重金属Zn、Ni、Cd去除率分别可达到约93％、75％、73％，同时期的对照组去除率约为34％、49％、15％。
采用英国CST测定仪(Triton,Model 304B)，将4mL活性污泥倒入直径为18mm的不锈钢圆柱中，通过随仪器附带的滤纸产生的毛细吸水压力从污泥中吸收水分，以滤液润湿半径从1cm上升到3cm所需时间为CST值，代表污泥脱水性能。各组CST值如图3所示。对照组在第十天时CST值达到最低值18s，而改性活性炭在第4天CST值稳定在19.2s。

Claims (3)

1.一种改性活性炭介导的污泥生物沥浸去除重金属的方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)调节污泥含固率至2％-6％，加入10-30g/L能源底物FeSO4·7H2O，在25-30℃条件下震荡培养，直至污泥pH值下降稳定至2.0-3.0，获得驯化污泥；
(2)取步骤(1)驯化污泥混合液按5％-15％的接种比例于灭菌的9K液体培养基中，重复上述过程3-5次，获得富集菌液；
(3)改性活性炭的制备，将活性炭放入超纯水中洗去杂质并过滤烘干；
随后加入固液比为5％-10％HNO3，加热搅拌2-6h，对活性炭进行表面官能团改性；改性后经过多次水洗后稳定其滤液pH，并经过冻干及烘干后过标准筛。
2.根据权利要求1所述的一种改性活性炭介导的污泥生物沥浸去除重金属的方法，其特征在于，调节污泥含固率为4％-8％，投加5-10g/L改性活性炭、10-30g/L能源底物FeSO4·7H2O、10％-20％接种比例接种菌液，在25-30℃条件下震荡4-16天后结束生物沥浸反应。
3.根据权利要求1所述的一种改性活性炭介导的污泥生物沥浸去除重金属的方法，其特征在于，所制备的改性活性炭可作为反应过程中的电子穿梭体，加速重金属的浸出速率。
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