專(zhuān)利名稱(chēng)：去除剩余活性污泥中重金屬的一種方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用土著氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌去除剩余活性污泥中重金屬的方法，用于污水處理廠(chǎng)剩余活性污泥重金屬的去除技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)70%的污水處理廠(chǎng)采用生物法處理污水。活性污泥法是最常用的生物法之一?；钚晕勰嘀形⑸镌趦艋鬯耐瑫r(shí)自身也生長(zhǎng)繁殖，不斷增加，使污水處理池中活性污泥濃度過(guò)高，導(dǎo)致污水中缺乏氧氣，影響污水處理的效果。因此，必須定期排掉一定量的污泥，使污水處理池中活性污泥濃度保持在一定水平，排出的這部分污泥即為剩余活性污泥。目前，處置剩余污泥的方法主要包括填埋、焚燒等，均不能滿(mǎn)足環(huán)保要求。剩余活性污泥的土地回用被認(rèn)為是最具可行性的方法之一。但是，由于污水處理過(guò)程中活性污泥富集了污水中多種重金屬，必須加以去除，才能使之應(yīng)用于農(nóng)田。因此，去除剩余活性污泥中有毒有害重金屬的過(guò)程就顯得至關(guān)重要。
通常使用化學(xué)法去除污泥中的重金屬，如氯化、離子交換、絡(luò)合和酸化等。但是化學(xué)法具有成本高、操作困難、能耗高和金屬溶解量低等缺點(diǎn)。因此，去除剩余活性污泥中重金屬受到限制。
生物淋濾是國(guó)際上近年興起的一項(xiàng)金屬浸提技術(shù)。對(duì)生物淋濾技術(shù)的研究和應(yīng)用正在逐步擴(kuò)展到環(huán)境污染治理領(lǐng)域。生物淋濾技術(shù)是利用自然界中一些自養(yǎng)微生物的直接作用或其代謝產(chǎn)物的間接作用，將固相中不溶性成分(重金屬)分離浸提出來(lái)的方法。生物淋濾采用的主要細(xì)菌是氧化亞鐵硫桿菌(77z/o^a7/^/e roojaWara, 7:/)和氧化硫硫桿菌(77n'o6acz7/ws ^'ooxWam, 7^)等嗜酸性硫桿菌，在其新陳代謝過(guò)程中，產(chǎn)生氧化、還原、絡(luò)合、吸附或溶解作用。
生物淋濾中，z:/和7: f被用作有效的淋濾載體。這種嗜酸性的化能自養(yǎng)型細(xì)菌以大氣中的co2為碳源，分別以鐵的無(wú)機(jī)鹽或單質(zhì)硫s為能源來(lái)維持生長(zhǎng)，不需要為它提供外來(lái)的碳源和電子供體。另外，由于pH值很低，抑制了其它細(xì)菌的生長(zhǎng)，所以在實(shí)際操作過(guò)程中無(wú)需嚴(yán)格的無(wú)菌條件。因此，生物淋濾法具有成本低、操作簡(jiǎn)單、能耗低、金屬去除率高，且副產(chǎn)物無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了采用生物淋濾法，并同時(shí)接種土著氧化亞鐵硫桿菌r /和氧化硫硫桿菌z /去除剩余活性污泥中重金屬的方法，以提高剩余活性污泥中重金屬
Cu、 Zn、 Cr、 Ni 、 As的去除率。
本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
1) 從待處理剩余活性污泥中分離土著7: /和r "具體方法為采用9K培養(yǎng)基，在3(TC， 150rpm振蕩條件下，將定量待處理剩余活性污泥培養(yǎng)7 — 10
天，得到7:/菌液和t:/菌液；
2) 采用稀釋梯度培養(yǎng)法對(duì)土著7:/進(jìn)行菌種純化，采用固體平板劃線(xiàn)培養(yǎng)法對(duì)
土著7^進(jìn)行菌種純化；
3) 將上述已純化的7:/菌液或7^菌液轉(zhuǎn)移至新鮮9K培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)，分別得到r/或單菌的富集培養(yǎng)液；
4) 將上述純化并富集好的7:/和Z /培養(yǎng)液接種于含有脫水污泥5-20 % (w/v)的淋濾體系中，土著r/禾口 Z /的接種量均為2.0 - 5.0% (v/v);
5) 淋濾反應(yīng)溫度在28-35。C的振蕩(80-150rpm)培養(yǎng)；
6) 淋濾體系的初始pH為4.0-7.0;
7) 淋濾培養(yǎng)時(shí)間為6-12天；
8) 淋濾前后的污泥采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP)法進(jìn)行重金屬的含量檢測(cè)。
9) 上述9K培養(yǎng)基基本配方為(NH4)2S04 3.00 g， K2HP04 0.5 g， MgS04.7H200.50 g， KC10.10g， Ca(N03)2.4H20 0.01 g，蒸餾水1000 ml。使用時(shí)，根據(jù)所培養(yǎng)菌種不同，再加入FeS04.7H20 44.0g或單質(zhì)硫S lO.Og作為能源物質(zhì)。即培養(yǎng)7:/時(shí)，加入FeS04.7H20，培養(yǎng)7^時(shí)加入單質(zhì)硫S;同時(shí)培養(yǎng)使用7:/和If時(shí)，二者都加。
本發(fā)明的有益效果是:采用土著1/和混合菌群對(duì)剩余活性污泥進(jìn)行淋
濾，具有更高的重金屬去除率，并且優(yōu)于和單菌的淋濾效果。土著？:/和
7:r混合菌群對(duì)剩余活性污泥中重金屬的去除率分別達(dá)到Cu 98.32%， Zn 98.60%， Cr 93.47%, Ni 97.88%, As 96.09%。該工藝過(guò)程具有耗酸量少、能耗低、處理成本低、金屬溶出率高、處理?xiàng)l件溫和、常溫常壓反應(yīng)、、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，
4因而，具有極好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明具體實(shí)施方式
為
1. 土著i:/的分離
采用9K培養(yǎng)基100ml，加入1.0 —2.0g剩余活性污泥，30°C， 150rpm振 蕩培養(yǎng)7 — 10天。9K培養(yǎng)基配方如下(NH4)2S04 3.00 g， K2HP04 0.5 g， MgS04.7H20 0.50 g， KC10.10g， Ca(N03)2.4H20 0.01 g， FeS04.7H20 44.0 g， 蒸餾水1000 ml， pH2.0。
培養(yǎng)過(guò)程中，培養(yǎng)液顏色先變?yōu)榧t棕色，然后變?yōu)辄S褐色，并產(chǎn)生黃鐵釩沉 淀。由于7:/代謝過(guò)程中產(chǎn)酸，10天后溶液pH降為2.0。
選取上述菌液轉(zhuǎn)接入新鮮培養(yǎng)基富集培養(yǎng)，2天后，培養(yǎng)液變黃；3天后， 培養(yǎng)液變?yōu)榧t棕色；4天以后，培養(yǎng)液顏色變?yōu)辄S褐色，并且有黃鐵釩沉淀。整 個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，培養(yǎng)液顏色逐漸變深。
2. 土著Z/的純化與富集
采用稀釋梯度法進(jìn)行純化。
第一次稀釋培養(yǎng)
分別向12支試管中加入9.0ml9K液體培養(yǎng)基；取上述分離得到的7:/菌 液l.Oml加入第一支試管，得到的菌液濃度為10—1 ;取10—1濃度的菌液l.Oml 加入第二支試管，得到的菌液濃度為l(T2 ;按此方法，每次取l.Oml菌液加入 下一試管，使菌液濃度稀釋至10—12。將菌液放入30°C培養(yǎng)箱中，150rpm振蕩 培養(yǎng)10天。1(rs濃度試管中的培養(yǎng)液變?yōu)辄S褐色，且產(chǎn)生黃鐵釩沉淀，說(shuō)明有 I/生長(zhǎng)，由于10—9未出現(xiàn)生長(zhǎng)跡象，推測(cè)10—8為單種純菌。
第二次稀釋培養(yǎng)
將上述10—s得到的菌液作為原液，使?jié)舛葟?0'1遞減到10—1()，進(jìn)行稀釋培 養(yǎng)。3(TC培養(yǎng)箱中，150rpm振蕩培養(yǎng)10天。結(jié)果是10"到10—1Q濃度的菌 液全部產(chǎn)生黃鐵釩沉淀。取濃度為10'ia的菌液，透射電鏡觀(guān)察，菌體形態(tài)單一， 為桿狀，約1.0-2.0pm長(zhǎng)，0.5-1.0nm寬。
取上述菌液5.0 mL轉(zhuǎn)移至新鮮的9K培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)，得到r /單菌的 富集培養(yǎng)液。
3. 土著t: /的分離
采用硫粉代替9K培養(yǎng)基中的FeS04分離7: /。 100 ml培養(yǎng)基中加入1 -2g剩余活性污泥，30°C， 150 rpm振蕩培養(yǎng)7—10天。培養(yǎng)基配方如下 (NH4)2S04 3.00g， K2HPO40.50g， MgS04.7H20 0.50g， KC10.10g， Ca(N03)2.4H20 0.01 g，硫粉lO.OOg，蒸餾水1000ml, pH3.5-4.0。培養(yǎng)10天后，培養(yǎng)基的pH 由初始的3.8降低到了 1.0。向少許培養(yǎng)液中加入飽和Ba(OH)2溶液，產(chǎn)生白色 沉淀者推測(cè)培養(yǎng)液中有7:,生長(zhǎng)，因?yàn)?:,能夠利用硫粉，產(chǎn)生硫酸，從而出現(xiàn) BaSO4沉淀。
選取上述pH最低并能夠出現(xiàn)BaS04沉淀，推測(cè)有7:f生長(zhǎng)的培養(yǎng)液轉(zhuǎn)入新 鮮培養(yǎng)基，進(jìn)行富集培養(yǎng)，同時(shí)做不加菌液的空白對(duì)照，以驗(yàn)證pH的降低及 硫酸根的產(chǎn)生不是由硫的自然氧化引起。3-5天后，接入菌液的培養(yǎng)液變渾，而 對(duì)照瓶中依然澄清。10天后富集培養(yǎng)液的pH降低至1.0以下，而對(duì)照瓶的pH 僅有微小變化。
4. 土著i:f的純化與富集
采用平板劃線(xiàn)分離培養(yǎng)法進(jìn)行r z純化。
用接種環(huán)沾取上述少許富集培養(yǎng)液，在固體培養(yǎng)基劃線(xiàn)，置入培養(yǎng)箱，30°C 培養(yǎng)。培養(yǎng)基配方如下(NH4)2S04 0.30g, K2HP04 0.05 g， MgS04.7H20 0.05 g, KC1 0.01 g, Ca(N03)2.4H20 0.001 g, Na2S203 l.OOg，蒸餾水100 ml, pH 4.0,瓊脂3%.
4天后，固體平板上開(kāi)始出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的菌落。菌落為淺黃色，圓形。由于 菌體代謝過(guò)程產(chǎn)酸，菌落外圍有一層透明圈。
挑取菌落外圍有透明圈的單菌落接入新鮮液體培養(yǎng)基富集培養(yǎng)，3(TC， 150 rpm振蕩培養(yǎng)。IO天后菌懸浮液的pH降至1.0以下。透射電鏡觀(guān)察，菌體形 態(tài)單一，均為桿狀，長(zhǎng)1.0-2.0pm ，寬0.3-0.5pm。
將上述純化了的I /轉(zhuǎn)移至新鮮的9K培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)，得到7: r單菌的 富集培養(yǎng)液。
5. 利用t:/和i:'混合菌進(jìn)行生物淋濾去除剩余活性污泥中的重金屬
生物淋濾反應(yīng)在500mL三角瓶中進(jìn)行，內(nèi)含200mL淋濾液。淋濾液包括9K 培養(yǎng)基液體成分(NH4)2S04 0.6 g， KC1 0.02 g， K2HP04 0.1 g， MgS04 . 7H20 0.1 g， Ca(N03)2 . 4H20 0.002 g，和FeS04.7H20 8.8g和單質(zhì)硫粉S 2.0g。脫水 剩余活性污泥5-20% (w/v)， r/和I /的接種量均為2.0-5.0% (v/v),淋濾液的 初始pH以H2S04調(diào)節(jié)至4.0-7.0。生物淋濾反應(yīng)在溫度為28-35'C的振蕩培養(yǎng)箱 中進(jìn)行，淋濾時(shí)間為6-12天。淋濾前后的污泥分別用濃硝酸和高氯酸消解，通過(guò)ICP法檢測(cè)重金屬含量， 并且計(jì)算重金屬去除率。
污泥消化處理的方法將污泥烘千(105'C)至恒重。取l.Og加入至50ml 定氮燒瓶中，加入9.0ml濃HN03和3.0ml高氯酸，瓶口插入小漏斗，傾斜45 度。以加熱套加熱消煮至沸騰。然后控溫維持沸騰。如液面下降過(guò)多，補(bǔ)加4.5ml 濃HN03和1.5ml高氯酸，消煮過(guò)程中定期振搖，消煮時(shí)間6-10小時(shí)。消煮終 點(diǎn)為上清變澄清，污泥發(fā)白成糊狀。移開(kāi)小漏斗，繼續(xù)加熱。以1.0。/。HNO3清 洗定氮燒瓶，使沉淀完全洗脫，濾紙過(guò)濾，濾液定容至25ml，再以0.45pm濾 膜過(guò)濾，取10ml濾液進(jìn)行ICP檢測(cè)。
具體實(shí)施例 實(shí)施例1.
1. 處理前污泥重金屬含量的測(cè)定
污水處理廠(chǎng)的剩余活性污泥，離心得到沉淀部分于105°C烘干后，取1.0 g 用濃硝酸和高氯酸的混合酸液進(jìn)行消解，使用1%HN03清洗燒瓶，把沉淀完全 洗脫，用濾紙過(guò)濾，濾液定容至25mL，再用0.45pm濾膜過(guò)濾，取10 mL濾 液，用ICP方法檢測(cè)重金屬含量。
2. 氧化亞鐵硫桿菌？:/的準(zhǔn)備
培養(yǎng)基的配制，準(zhǔn)備液體部分(NH4)2S04 0.6 g, KC1 0.02g ， K2HP04 0.1 g， MgS04 . 7H20 0.1 g, Ca(N03)2 . 4H20 0.002 g，蒸餾水200 mL，用 H2S04調(diào)節(jié)pH至2.0， 121°C高壓蒸汽滅菌20 min;準(zhǔn)備固體部分FeS04 .7H208.8 g，紫外滅菌60min。 二者混合后，接種5mL7:/菌液。30°C， 150 rpm振蕩培養(yǎng)7天。
3. 氧化硫硫桿菌t:'的準(zhǔn)備
培養(yǎng)基的配制，準(zhǔn)備液體部分(NH4)2S04 0.6 g， KCI 0.02 g， K2HP04 0.1 g， MgS04 . 7H20 0.1 g， Ca(N03)2 . 4H20 0.002 g，蒸餾水 200 mL，用 H2S04調(diào)節(jié)pH至3.5 — 4.0， 121°C高壓蒸汽滅菌20min;準(zhǔn)備固體部分硫 粉2g,紫外滅菌60min。 二者混合后，接種5mL7^菌液。30°C， 150 rpm振 蕩培養(yǎng)7天。
4. 重金屬去除…生物淋濾操作
準(zhǔn)備500 mL三角瓶，內(nèi)裝200mL上述培養(yǎng)基液體部分，向瓶中加入10.0g脫水污泥，10mL7/菌液和10mL7:f菌液，8.8gFeS04禾Q 2gS。
淋濾液的初始pH用H2S04調(diào)節(jié)至4.0。生物淋濾反應(yīng)在溫度為30°C的 振蕩培養(yǎng)箱中進(jìn)行，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為150rpm。 9天后停止淋濾反應(yīng)。
5. 處理后污泥重金屬含量的測(cè)定
淋濾后的污泥離心得到沉淀部分，在105°C烘干后，取1.0 g用于消解， 進(jìn)行ICP檢測(cè)重金屬含量。
6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
生物淋濾前后重金屬的去除率
重金屬種類(lèi) 去除率
As96.09 %
Cr93.47%
Cu98,32 %
Ni97.88 %
Zn98.60 %
實(shí)施例2.
1. 處理前污泥重金屬含量的測(cè)定同實(shí)施例1
2. 氧化亞鐵硫桿菌的準(zhǔn)備同實(shí)施例1
3. 氧化硫硫桿菌準(zhǔn)備同實(shí)施例1
4. 重金屬去除---生物淋濾操作
準(zhǔn)備三角瓶及內(nèi)裝液成份同實(shí)例1，向瓶中加入20.0g脫水污泥，4mL7:/菌 液禾口 4mL77菌液，8.8gFeS04禾口 2gS。
淋濾液的初始pH用H2S04調(diào)節(jié)至5.0。生物淋濾反應(yīng)在溫度為28°C的 振蕩培養(yǎng)箱中進(jìn)行，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為150rpm。 12天后停止淋濾反應(yīng)。
5. 處理后污泥重金屬含量的測(cè)定同實(shí)施例1
6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
生物淋濾前后重金屬去除率
重金屬種類(lèi) 去除率
As 86.72%
Cr 85.29%
Cu 97.71%
Ni 95.26%Zn 97.58%
實(shí)施例3.
1. 處理前污泥重金屬含量的測(cè)定同實(shí)施例1
2. 氧化亞鐵硫桿菌的準(zhǔn)備同實(shí)施例1
3. 氧化硫硫桿菌準(zhǔn)備同實(shí)施例1
4. 重金屬去除---生物淋濾操作
準(zhǔn)備三角瓶及內(nèi)裝液成份同實(shí)例1，向瓶中加入40.0g脫水污泥，8 mL 7:/ 菌液和8mL7:f菌液，8.8gFeS04禾口 2gS。
淋濾液的初始pH用H2S04調(diào)節(jié)至7.0。生物淋濾反應(yīng)在溫度為35°C的 振蕩培養(yǎng)箱中進(jìn)行，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為150rpm。 6天后停止淋濾反應(yīng)。
5. 處理后污泥重金屬含量的測(cè)定同實(shí)施例1
6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
生物淋濾前后重金屬去除率
重金屬種類(lèi) 去除率
As 65.00%
Cr 75.77%
Cu 94.28%
Ni 91.59%
Zn 97.72%
權(quán)利要求
1. 去除剩余活性污泥中重金屬的一種方法，其特征在于采用生物淋濾法，并同時(shí)接種土著氧化亞鐵硫桿菌T.f和氧化硫硫桿菌T.t，所述方法包括下列步驟1)從待處理剩余活性污泥中分離土著T.f或T.t，具體方法為采用9K培養(yǎng)基，在30℃，150rpm振蕩條件下，將定量待處理剩余活性污泥培養(yǎng)7—10天，得到T.f菌液或T.t菌液；2)采用稀釋梯度培養(yǎng)法對(duì)土著T.f進(jìn)行菌種純化；采用固體平板劃線(xiàn)培養(yǎng)法對(duì)土著T.t進(jìn)行菌種純化；3)將上述已純化的T.f菌液或T.t菌液轉(zhuǎn)移至新鮮9K培養(yǎng)基中富集培養(yǎng)，分別得到T.f或T.t單菌的富集培養(yǎng)液；4)將上述純化并富集好的T.f和T.t培養(yǎng)液同時(shí)接種于含有脫水污泥的淋濾體系中，80-150rpm條件下振蕩培養(yǎng)6-12天；淋濾前后的污泥采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP)法進(jìn)行重金屬的含量檢測(cè)。
2. 權(quán)利要求1中所述的去除剩余活性污泥中重金屬的一種方法，其特征在于 土著7:/禾Q i: /的接種量均為2.0 - 5.0% (v/v)。
3. 權(quán)利要求1中所述的去除剩余活性污泥中重金屬的一種方法，其特征在于 生物淋濾體系中剩余活性污泥的含量為5.0-20.0% (w/v)。
4. 權(quán)利要求1中所述的去除剩余活性污泥中重金屬的一種方法，其特征在于 反應(yīng)溫度28-35°C。
5. 權(quán)利要求1中所述的去除剩余活性污泥中重金屬的一種方法，其特征在于 淋濾體系初始pH 4-7。
6. 權(quán)利要求1中所述的去除剩余活性污泥中重金屬的方法，其特征在于上述 9K培養(yǎng)基基本配方為(NH4)2S04 3.00 g， K2HP04 0.5 g， MgS04.7H20 0.50 g， KC10.10g， Ca(N03)2.4H20 0.01 g，蒸餾水1000ml;使用時(shí)，根據(jù)所培養(yǎng)菌 種不同，再加入FeS04.7H20 44.0g或單質(zhì)硫S lO.Og作為能源物質(zhì)；即培養(yǎng)7: / 時(shí)，加入FeSCV7H20，培養(yǎng)7:/時(shí)加入單質(zhì)硫s;同時(shí)接種？:/和7: r時(shí)，二者都加。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了去除剩余活性污泥中重金屬的一種方法，采用土著氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans，T.f)和氧化硫硫桿菌(Thiobacillus thiooxidans，T.t)，在含有剩余活性污泥的體系中，分別接種上述土著T.f和T.t，淋濾反應(yīng)在28-35℃下振蕩培養(yǎng)，初始pH 4-7。淋濾時(shí)間為6-12天。土著T.f和T.t混合菌群淋濾對(duì)剩余活性污泥中的重金屬具有很高的去除率，并且優(yōu)于T.f和T.t單菌的淋濾效果。土著T.f和T.t混合菌群對(duì)剩余活性污泥中重金屬的去除率分別達(dá)到Cu 98.32％，Zn 98.60％，Cr 93.47％，Ni 97.88％，As 96.09％。該工藝過(guò)程具有耗酸量少、能耗低、處理成本低、金屬溶出率高、處理?xiàng)l件溫和、常溫常壓反應(yīng)、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，具有極好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F3/12GK101475259SQ20081015275
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者孫村民, 宋存江, 聰 王, 王淑芳, 飛 鄧, 郭文斌, 娟 陳 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)