專利名稱：一種去除剩余活性污泥中重金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物法去除剩余活性污泥重金屬，屬于環(huán)境工程技術(shù)。
背景技術(shù)：
剩余活性污泥是指污水處理廠在凈化污水的過程中產(chǎn)生的沉淀物，雖然含有大量的有機(jī)質(zhì)、氮和磷等植物養(yǎng)分，但也富集了污水中大量的重金屬。難以用于農(nóng)田。剩余活性污泥的資源化處理是目前環(huán)境治理中亟待解決的問題之一。
目前，污泥的處置方式包括很多種類，如填埋、焚燒、投海以及制作建筑業(yè)材料等，污泥的農(nóng)用無疑是化害為利避免二次污染的最好處置方法之一。然而，剩余污泥中較多的重金屬是剩余污泥能否安全用于農(nóng)田的限制因子。因此，降低或去除剩余污泥中的重金屬對(duì)于剩余污泥的資源化利用具有非常重要的意義。
事實(shí)上，去除重金屬的方法主要有兩種化學(xué)法和微生物法(生物淋濾法)。利用無機(jī)酸或有機(jī)絡(luò)合劑等化學(xué)試劑去除重金屬的化學(xué)法，雖能在短時(shí)間內(nèi)大幅度的去除重金屬，但耗酸量大、處理費(fèi)用高，使其難以付諸于工程實(shí)踐。而微生物法具有運(yùn)行成本低、重金屬去除率高、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，是化學(xué)法無法比擬的，值得更深入地研究。
早在上世紀(jì)50年代美國就開始利用生物淋濾法浸出銅礦，60年代加拿大又采用該法浸出鈾礦。最近十幾年生物淋濾法被應(yīng)用在去除污泥重金屬領(lǐng)域，Xiang，L等人從厭氧消化污泥中分離得到一株氧化亞鐵硫桿菌，其對(duì)重金屬生物淋濾產(chǎn)生一定效果。周立祥等也采用氧化亞鐵硫桿菌進(jìn)行了污泥重金屬的處理。隨著環(huán)境污染的加劇，剩余活性污泥重金屬污染日益嚴(yán)重，迫切需要提高微生物法去除剩余活性污泥中重金屬的效率，縮短去除重金屬所需要的時(shí)間。已有技術(shù)存在的問題包括去除重金屬效率不高、去除重金屬所需時(shí)間長(zhǎng)、可操作性差。本發(fā)明的裝置是一個(gè)去除剩余活性污泥重金屬效率高、操作易行的裝置；所提出的去除剩余活性污泥中重金屬的方法是一種操作簡(jiǎn)單、效果明顯和經(jīng)濟(jì)可行的剩余活性污泥資源化的方法。

發(fā)明內(nèi)容
1.一種去除剩余活性污泥中重金屬的方法，主要的步驟包括(1)將氧化亞鐵硫桿菌(AS1.1478)和土著嗜酸性異養(yǎng)菌以3.0-8.0％的量接種于含有重金屬的剩余活性污泥液中，在自行設(shè)計(jì)的重金屬去除裝置中進(jìn)行生物反應(yīng)；(2)處理前后的污泥采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP)法檢測(cè)重金屬的含量；2.上述重金屬去除裝置包括以下部分反應(yīng)桶(1)、沉淀桶(2)、流出管(3)、流出橫流泵(4)、回流管(5)、回流橫流泵(6)、溫度計(jì)(7)、恒溫磁力攪拌器(8)、微電腦時(shí)控開關(guān)(9)和磁性攪拌轉(zhuǎn)子(10)；其特征表現(xiàn)為反應(yīng)桶(1)通過微電腦時(shí)控開關(guān)(9)、流出恒流泵(4)和回流恒流泵(6)以及流出管(3)和回流管(5)等部件與沉淀桶(2)相連通；反應(yīng)桶置于恒溫磁力攪拌器(8)內(nèi)，桶內(nèi)有磁性攪拌轉(zhuǎn)子(10)，桶頂置有溫度計(jì)(7)，整個(gè)裝置為一個(gè)整體，自動(dòng)地完成污泥的重金屬去除過程，包括反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液通過流出管恒流泵自動(dòng)流至沉淀桶，取出去除了重金屬的污泥。在沉淀桶中，上清液加入重金屬鰲合劑或氧化鈣使重金屬沉淀，酸性菌液經(jīng)回流恒流泵重新轉(zhuǎn)入反應(yīng)桶。
3.上述土著嗜酸性異養(yǎng)菌的獲得方法在去除剩余活性污泥重金屬實(shí)驗(yàn)前，先以氧化亞鐵硫桿菌1.5-4.0％的接種量在500-600mL反應(yīng)液中，對(duì)30.0-35.0g的脫水污泥進(jìn)行去除重金屬反應(yīng)；反應(yīng)液成份為向經(jīng)過15分鐘121℃滅菌過的490mL鹽溶液中加入已過濾除菌的14.78％FeSO4.7H2O溶液90.0mL；其中鹽溶液成份為(NH4)2SO42.1g，KCl 0.07g，K2HPO40.35g，MgSO4·7 H2O 0.35g，Ca(NO3)20.007g，蒸餾水490mL；用接種環(huán)取反應(yīng)5天后的酸性反應(yīng)液(pH＝1.0-2.5)一環(huán)，在PDA平板上劃線分離，于28-30℃下培養(yǎng)3-4天，分離單菌落至純培養(yǎng)。
4.根據(jù)上述3所述的PDA培養(yǎng)基，其特征在于馬鈴薯浸出液1000mL，葡萄糖15.0-20.0g，瓊脂15.0g-25.00g。
5.上述1所提出的去除剩余活性污泥中重金屬的方法是一種操作簡(jiǎn)單、去除作用時(shí)間短、效果明顯和經(jīng)濟(jì)可行的剩余活性污泥資源化的方法。上述2所提出的裝置是一個(gè)去除剩余活性污泥重金屬效率高、操作易行的裝置。


圖一去除剩余活性污泥中重金屬的反應(yīng)裝置(1)反應(yīng)桶、(2)沉淀桶、(3)流出管、(4)流出恒流泵、(5)回流管、(6)回流恒流泵、(7)溫度計(jì)、(8)恒溫磁力攪拌器、(9)微電腦時(shí)控開關(guān)、(10)磁性攪拌轉(zhuǎn)子。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.
1.實(shí)驗(yàn)儀器1)反應(yīng)桶本實(shí)驗(yàn)使用一個(gè)3升的有機(jī)玻璃生物反應(yīng)桶，頂部有進(jìn)液孔、出液孔和溫度計(jì)插孔，反應(yīng)桶置于具有磁力攪拌功能的恒溫水浴裝置內(nèi)，以確保反應(yīng)過程中的溫度恒定和攪拌均勻。
2)流出和回流恒流泵流出、回流橫流泵可以在固定的時(shí)間內(nèi)排出或加入固定量培養(yǎng)液，與微電腦開關(guān)配合使用，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可從生物反應(yīng)桶中泵出一定量的反應(yīng)液。
1.3微電腦時(shí)控開關(guān)可預(yù)置時(shí)間，定時(shí)開啟和關(guān)閉，控制生物反應(yīng)、反應(yīng)液的流出和酸性菌液的回流等。使整個(gè)去除重金屬的各個(gè)過程自動(dòng)完成。
1.4污泥硝化瓶通過此裝置將處理前后的污泥經(jīng)高氯酸和濃硝酸硝化，使固相的重金屬溶出進(jìn)入水相，經(jīng)稀硝酸過濾后定溶，為ICP檢測(cè)重金屬含量提供樣品。
1.5酸度計(jì)規(guī)定時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)液的pH值測(cè)定。
2.程序1)處理前污泥重金屬含量的測(cè)定取1.0克污水處理廠的脫水污泥，用高氯酸和濃硝酸的混合液進(jìn)行硝化，使用1.0％的硝酸過濾定容25ml，取10.0ml送樣進(jìn)行ICP檢測(cè)。
2)氧化亞鐵硫桿菌準(zhǔn)備培養(yǎng)基的配制，準(zhǔn)備A液(NH4)2SO43.0g，KCl 0.1g，K2HPO40.5g，MgSO4·7 H2O 0.5g，Ca(NO3)20.01g，蒸餾水700mL，5mol/L H2SO41mL，121℃下濕熱滅菌15.0min；準(zhǔn)備B液14.78％FeSO4.7H2O溶液300mL，過濾除菌；將A液與B液按體積比7∶3進(jìn)行混合，將3.0升的培養(yǎng)液，置于生物反應(yīng)桶中。以1.5-4.0％的接種量接入氧化亞鐵硫桿菌懸液于上述含有3.0升培養(yǎng)液的生物反應(yīng)桶中，培養(yǎng)兩天，此時(shí)pH值明顯降低，菌體濃度明顯升高。
3)土著嗜酸異養(yǎng)菌的準(zhǔn)備
在去除剩余活性污泥重金屬實(shí)驗(yàn)前，先以氧化亞鐵硫桿菌1.5-4.0％的接種量在500-600mL反應(yīng)液中，對(duì)30.0-35.0g的脫水活性污泥進(jìn)行去除重金屬反應(yīng)；反應(yīng)液成份為向經(jīng)過15分鐘121℃滅菌過的490mL鹽溶液中加入已過濾除菌的14.78％FeSO4.7H2O溶液90.0mL；其中鹽溶液成份為(NH4)2SO42.1g，KCl 0.07g，K2HPO40.35g，MgSO4·7 H2O 0.35g，Ca(NO3)20.007g，蒸餾水490mL；以接種環(huán)取反應(yīng)5天后的酸性反應(yīng)液(pH＝1.0-2.5)一環(huán)，在PDA平板上劃線分離，于28-30℃下培養(yǎng)3-4天，分離單菌落至純培養(yǎng)；PDA培養(yǎng)基配方為馬鈴薯浸出液1000mL，葡萄糖15.0-20.0g，瓊脂15.0-25.0g，115℃滅菌20分鐘；4)重金屬去除稱取200克脫水污泥置入2)所述的培養(yǎng)液中，同時(shí)，以1.5-4.0％的接種量接入嗜酸異養(yǎng)菌進(jìn)行重金屬去除。反應(yīng)進(jìn)行3天后，終止反應(yīng)，使污泥沉降，通過恒流泵將反應(yīng)桶中的反應(yīng)液液移至沉淀桶。從反應(yīng)桶中取出去除了重金屬的污泥，又可進(jìn)行下一次反應(yīng)。向沉淀桶中的反應(yīng)液中加入重金屬螯合劑或氧化鈣使重金屬沉淀。上清液經(jīng)回流橫流泵重新轉(zhuǎn)入反應(yīng)桶。從沉淀桶中取出沉淀的重金屬，又可進(jìn)行下一次反應(yīng)。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)施例21.實(shí)驗(yàn)儀器1)生物反應(yīng)桶本實(shí)驗(yàn)使用一個(gè)3升的有機(jī)玻璃生物反應(yīng)桶，頂部有進(jìn)液孔、出液孔和溫度計(jì)插孔，反應(yīng)桶置于具有磁力攪拌功能的恒溫水浴裝置內(nèi)，以確保反應(yīng)過程中的溫度和攪拌。
2)流出和回流恒流泵流出、回流橫流泵可以在固定的時(shí)間內(nèi)排出或加入固定量培養(yǎng)液，與微電腦開關(guān)配合使用，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可從生物反應(yīng)桶中泵出一定量的反應(yīng)液。
3)微電腦時(shí)控開關(guān)可預(yù)置時(shí)間，定時(shí)開啟和關(guān)閉，控制生物反應(yīng)、反應(yīng)液的流出和酸性菌液的回流等。使整個(gè)去除重金屬的各個(gè)過程自動(dòng)完成。
4)污泥硝化瓶通過此裝置將處理前后的污泥經(jīng)高氯酸和濃硝酸硝化，使固相的重金屬溶出進(jìn)入水相，經(jīng)稀硝酸過濾后定溶，為ICP檢測(cè)重金屬含量提供樣品。
5)酸度計(jì) 規(guī)定時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)液的pH值測(cè)定。
2.程序1)處理前污泥重金屬含量的測(cè)定取1.0克污水處理廠的脫水污泥，用高氯酸和濃硝酸的混合液進(jìn)行硝化，使用1.0％的硝酸過濾定容25ml，取10.0ml送樣進(jìn)行ICP檢測(cè)。
4)氧化亞鐵硫桿菌準(zhǔn)備培養(yǎng)基的配制，準(zhǔn)備A液(NH4)2SO43.0g，KCl 0.1g，K2HPO40.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，Ca(NO3)20.01g，蒸餾水700mL，5mol/L H2SO41mL，121℃下濕熱滅菌15.0min；準(zhǔn)備B液14.78％FeSO4.7H2O溶液300mL，過濾除菌；將A液與B液按體積比7∶3進(jìn)行混合，將3.0升的培養(yǎng)液，置于生物反應(yīng)桶中。以1.5-4.0％的接種量接入氧化亞鐵硫桿菌懸液于上述含有3.0升培養(yǎng)液的生物反應(yīng)桶中，培養(yǎng)兩天，此時(shí)pH值明顯降低，菌體濃度明顯升高。
5)土著嗜酸異養(yǎng)菌的準(zhǔn)備在去除剩余活性污泥重金屬實(shí)驗(yàn)前，先以氧化亞鐵硫桿菌1.5-4.0％的接種量在500-600mL反應(yīng)液中，對(duì)30.0-35.0g的脫水活性污泥進(jìn)行去除重金屬反應(yīng)；反應(yīng)液成份為向經(jīng)過15分鐘121℃滅菌過的490mL鹽溶液中加入已過濾除菌的14.78％FeSO4.7H2O溶液90.0mL；其中鹽溶液成份為(NH4)2SO42.1g，KCl 0.07g，K2HPO40.35g，MgSO4·7H2O 0.35g，Ca(NO3)20.007g，蒸餾水490mL；以接種環(huán)取反應(yīng)5天后的酸性反應(yīng)液(pH＝1.0-2.5)一環(huán)，在PDA平板上劃線分離，于28-30℃下培養(yǎng)3-4天，分離單菌落至純培養(yǎng)；PDA培養(yǎng)基配方為馬鈴薯浸出液1000mL，葡萄糖15.0-20.0g，瓊脂15.0-25.0g，115℃滅菌20分鐘；4)重金屬去除稱取200克脫水污泥置入2)所述的培養(yǎng)液中，同時(shí)，以1.5-4.0％的接種量接入嗜酸異養(yǎng)菌進(jìn)行重金屬去除。反應(yīng)進(jìn)行5天后，終止反應(yīng)，使污泥沉降，通過恒流泵將反應(yīng)桶中的反應(yīng)液液移至沉淀桶。從反應(yīng)桶中取出去除了重金屬的污泥，又可進(jìn)行下一次反應(yīng)。向沉淀桶中的反應(yīng)液中加入重金屬螯合劑或氧化鈣使重金屬沉淀。上清液經(jīng)回流橫流泵重新轉(zhuǎn)入反應(yīng)桶。從沉淀桶中取出沉淀的重金屬，又可進(jìn)行下一次反應(yīng)。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種去除剩余活性污泥中重金屬的方法，主要的步驟包括(1)將氧化亞鐵硫桿菌(AS1.1478)和土著嗜酸性異養(yǎng)菌以3.0-8.0％的量接種于含有重金屬的剩余活性污泥液中，在自行設(shè)計(jì)的重金屬去除裝置中進(jìn)行生物反應(yīng)；(2)處理前后的污泥采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP)法檢測(cè)重金屬的含量。
2.權(quán)利要求1所述重金屬去除裝置包括以下部分反應(yīng)桶(1)、沉淀桶(2)、流出管(3)、流出橫流泵(4)、回流管(5)、回流橫流泵(6)、溫度計(jì)(7)、恒溫磁力攪拌器(8)、微電腦時(shí)控開關(guān)(9)和磁性攪拌轉(zhuǎn)子(10)；其特征表現(xiàn)為反應(yīng)桶(1)通過微電腦時(shí)控開關(guān)(9)、流出恒流泵(4)和回流恒流泵(6)以及流出管(3)和回流管(5)等部件與沉淀桶(2)相連通；反應(yīng)桶置于恒溫磁力攪拌器(8)內(nèi)，桶內(nèi)有磁性攪拌轉(zhuǎn)子(10)，桶頂置有溫度計(jì)(7)，整個(gè)裝置為一個(gè)整體，自動(dòng)地完成污泥的重金屬去除過程，包括反應(yīng)液通過流出管恒流泵自動(dòng)流至沉淀桶；在沉淀桶中，通過重金屬鰲合劑或氧化鈣使重金屬沉淀，酸性菌液經(jīng)回流恒流泵重新轉(zhuǎn)入反應(yīng)桶。
3.權(quán)利要求1所述土著嗜酸性異養(yǎng)菌的獲得方法在去除剩余活性污泥重金屬實(shí)驗(yàn)前，先以氧化亞鐵硫桿菌1.5-4.0％的接種量在500-600mL反應(yīng)液中，對(duì)30.0-35.0g的脫水污泥進(jìn)行去除重金屬反應(yīng)；反應(yīng)液成份為向經(jīng)過15分鐘121℃滅菌過的490mL鹽溶液中加入已過濾除菌的14.78％FeSO4.7H2O溶液90.0mL；其中鹽溶液成份為(NH4)2SO42.1g，KCl 0.07g，K2HPO40.35g，MgSO4·7H2O 0.35g，Ca(NO3)20.007g，蒸餾水490mL；用接種環(huán)取反應(yīng)5天后的酸性反應(yīng)液(pH＝1.0-2.5)一環(huán)，在PDA平板上劃線分離，于28-30℃下培養(yǎng)3-4天，分離單菌落至純培養(yǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PDA培養(yǎng)基，其特征在于馬鈴薯浸出液1000mL，葡萄糖15.0-20.0g，瓊脂15.0g-25.00g。
全文摘要
本發(fā)明采用自行設(shè)計(jì)的重金屬去除裝置，將氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸性異養(yǎng)菌(3.0－8.0％)接種于剩余活性污泥中進(jìn)行生物反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液通過流出管恒流泵自動(dòng)流至沉淀桶。在沉淀桶中，采用重金屬螯合劑或氧化鈣使上清液中的重金屬沉淀，酸性菌液經(jīng)回流恒流泵重新轉(zhuǎn)入反應(yīng)桶。由于氧化亞鐵硫桿菌對(duì)可溶性有機(jī)物敏感，與嗜酸性異養(yǎng)菌同時(shí)接種可以減低反應(yīng)液中可溶性有機(jī)物的量，從而縮短了氧化亞鐵硫桿菌的生長(zhǎng)周期，提高了去除重金屬的效果。使用該方法和裝置進(jìn)行生物反應(yīng)5－7天，剩余活性污泥中大多數(shù)重金屬的去除率效果明顯。本發(fā)明的裝置是一個(gè)去除剩余活性污泥重金屬效率高、操作易行的裝置；所提出的去除剩余活性污泥中重金屬的方法是一種操作簡(jiǎn)單、效果明顯和經(jīng)濟(jì)可行的剩余活性污泥資源化的方法。
文檔編號(hào)C02F101/20GK101050047SQ200710057288
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者宋存江, 孫亞民, 黃安輝, 曾猛, 鄧飛, 孟鳳林, 陶健, 鄭承綱 申請(qǐng)人:南開大學(xué)