申请日2017.07.31
公开(公告)日2017.12.01
IPC分类号C12P1/04; C02F3/34
摘要
本发明属于污泥资源化利用和含砷废水修复技术领域，具体涉及一种利用污泥制备生物铁絮凝剂的方法，通过借助污泥中的微生物NAFO过程产生生物铁絮凝剂;工艺具体包括污泥的预培养、制备NAFO培养基、制备生物铁絮凝剂和干化生物铁絮凝剂等步骤;其通过生物的NAFO过程，将污泥转化为生物铁絮凝剂，可以实现污泥的资源化利用，该过程无二次污染物产生，能耗低;其制备的生物铁絮凝剂能够有效去除水中的三价砷和五价砷，能够实现不同类型含砷废水的修复。
权利要求书
1.一种利用污泥制备生物铁絮凝剂的方法，其特征在于其制备工艺具体包括以下步骤：
(1)污泥的预培养
按照重量份选取城镇污水场污泥、工业有机污泥或厌氧消化污泥200-500份加入70重量份的硫酸亚铁和40份的硝酸钾后放入培养器中搅拌混合，充氮气20-60分钟，控制温度在20-30℃下静置培养7-10天后制得预培养污泥备用;
(2)制备NAFO培养基
将培养基按下列重量配比加入到生物反应器中：NH4Cl 25-30份、K2HPO4 20-30份、MgSO410-15份、CaCl2 1-3份、无水乙酸钠80-410份、硝酸钠80-170份或硝酸钾100-210份、FeCl2·4H2O200-400份或七水FeSO4 270-560份或硫化铁85-180份和水100-1000份;混合即得NAFO培养基;
(3)制备生物铁絮凝剂
将步骤(1)制备的预培养污泥按照体积比5-30%的接种量接种到步骤(2)制备的NAFO培养基中，调节PH值为6.5-7.8，然后向生物反应器中充入氮气30-60分钟，控制温度在20-30℃下密封培养5-25天后，污泥由黑色变成黄棕色，即生物反应器内壁形成的生物铁絮凝剂;
(4)干化生物铁絮凝剂
将生物反应器静置1-5小时沉淀后，对步骤(3)中制备的生物铁絮凝剂经6000rpm离心5-15分钟后，滤掉上清液后，将剩余固体放置在冷冻干燥机中在-55至-65℃下冻干20-36小时，即得生物铁絮凝剂干粉。
说明书
一种利用污泥制备生物铁絮凝剂的方法
技术领域：
本发明属于污泥资源化利用和含砷废水修复技术领域，具体涉及一种利用污泥制备生物铁絮凝剂的方法，通过借助污泥中的微生物NAFO过程产生生物铁絮凝剂。
技术背景：
由于城镇化和经济发展需求，我国近年来城镇污水处理量呈上升趋势，作为污水的衍生品，近年来市政污泥产量也在不断上升;但是，我国所面临的问题之一就是污泥有效利用率偏低，部分污水处理企业采取直接倾倒或者简单填埋处置手段处理污泥，不但威胁土壤环境和居民健康也造成资源的浪费;砷是水体环境中一种常见的高毒污染物，砷污染主要有人为原因和自然原因两类，金属矿区的开采与冶炼、砷产品的加工与使用等人为因素导致局部地区土壤、水体中砷含量骤增，污染区的砷主要以亚砷酸盐(三价砷)和砷酸盐(五价砷) 等无机砷形式存在;目前含砷废水的修复主要有植物修复、离子交换、吸附、沉淀、化学氧化等方法，吸附法能够快速有效的修复含砷废水，但砷的吸附效率与吸附剂种类密切相关，利用污泥制备污水吸附剂已有相关的专利申请，如专利申请号(201510261494.3)、(201510978536.5)、(201310169985.6)等，上述均利用化学方法改性来制备吸附剂，通常会增加成本，易带来二次污染，且对砷的吸附效率十分有限，因此，有必要利用污泥开发一种环境友好型的高效除砷絮凝剂或吸附剂。
微生物的Nitrate-dependent anaerobic ferrous oxidation(NAFO)过程，即硝酸盐还原铁氧化过程，是一种有价值的微生物活动，该过程能够在硝酸盐还原过程中将二价铁(硫酸亚铁、氯化亚铁、硫化亚铁等)氧化为三价铁，形成生物铁氧化物，主要发生以下化学反应：
Fe2++NO3-+12H2O→5Fe(OH)3↓+0.5N2+9H+
上述反应是个能量产生过程，中性环境时Fe2+/Fe3+电子对的氧化还原电势约为+200mV，其电势显著低于NO3-/N2的电子对(+710mV)。在NAFO过程中，NAFO细胞表面生成大量的三价铁氧化物和氢氧化物;与无机铁氧化物相比，生物铁絮凝剂具有更高的比表面积，对污染物的吸附效率更高，且制备成本低廉，无二次污染，为此，本发明利用NAFO过程制备环境友好型的生物铁絮凝剂并用于修复含砷废水，本发明也为污泥的资源化利用和含砷废水的修复提供了新的思路。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求提供一种利用污泥制备生物铁絮凝剂的方法，通过借助污泥中的微生物NAFO过程，在生物反应器中产生生物铁絮凝剂。
为了实现上述目的，本发明涉及的利用污泥制备生物铁絮凝剂的工艺具体包括以下步骤：
(1)污泥的预培养
按照重量份选取城镇污水场污泥、工业有机污泥或厌氧消化污泥200-500 份加入70重量份的硫酸亚铁和40份的硝酸钾后放入培养器中搅拌混合，充氮气20-60分钟，控制温度在20-30℃下静置培养7-10天后制得预培养污泥备用;
(2)制备NAFO培养基
将培养基按下列重量配比加入到生物反应器中：NH4Cl 25-30份、K2HPO4 20-30份、MgSO4 10-15份、CaCl2 1-3份、无水乙酸钠80-410份、硝酸钠80-170 份或硝酸钾100-210份、FeCl2·4H2O200-400份或七水FeSO4 270-560份或硫化铁85-180份和水100-1000份;混合即得NAFO培养基;
(3)制备生物铁絮凝剂
将步骤(1)制备的预培养污泥按照体积比5-30%的接种量接种到步骤(2) 制备的NAFO培养基中，调节PH值为6.5-7.8，然后向生物反应器中充入氮气 30-60分钟，控制温度在20-30℃下密封培养5-25天后，污泥由黑色变成黄棕色，即生物反应器内壁形成的生物铁絮凝剂;
(4)干化生物铁絮凝剂
将生物反应器静置1-5小时沉淀后，对步骤(3)中制备的生物铁絮凝剂经 6000rpm离心5-15分钟后，滤掉上清液后，将剩余固体放置在冷冻干燥机中在 -55至-65℃下冻干20-36小时，即得生物铁絮凝剂干粉。
将本发明制备的生物铁絮凝剂或生物铁絮凝剂干粉投入到含砷的废水中，通过测量废水中的PH值调整生物铁絮凝剂的投入量，在温度20-30℃下反应2-8 小时后，能够去除废水中的砷;同时，也可以将含砷的废水直接加入到生物铁絮凝剂的生物反应器中调节生物反应器的搅拌速率和含砷废水的污染负荷，在 20-30℃室温条件下，反应2-8h可实现含砷废水的完全去除。
本发明与现有技术相比通过生物的NAFO过程，将污泥转化为生物铁絮凝剂，可以实现污泥的资源化利用，该过程无二次污染物产生，能耗低;其制备的生物铁絮凝剂能够有效去除水中的三价砷和五价砷，能够实现不同类型含砷废水的修复。