申请日2013.03.26
公开(公告)日2013.09.04
IPC分类号C02F11/02
摘要
本发明公开了一种高效净化城市污泥重金属的方法，包括如下步骤：(1)以生污泥为材料，添加10-20g/L的S为底物，富集培养氧化硫杆菌;之后以所得的氧化硫杆菌为菌种，添加到另一以生污泥为材料、10-20g/L的S为底物的培养液，进行二次富集培养氧化硫杆菌;富集培养进行至少三次，使该菌液成为高浓度的氧化硫杆菌接种液;(2)待处理的污泥的浓度调为1-5%，用经至少三次培养的带菌接种液接种，接种量为待处理污泥体积的10-15%，添加10-20g/L的S为底物，pH值调为4，温度25-32℃，淋滤培养2-5天。利用本发明的方法，当污泥中超标重金属的含量在农用标准5.0倍范围内时，4天均可去除所有超标重金属，使肥料达到农用标准。
权利要求书
1.一种高效净化城市污泥重金属的方法，包括如下步骤：
(1)以生污泥为材料，添加10-20g/L的S为底物，富集培养氧化硫杆菌，至底物 消耗完全;之后以所得的氧化硫杆菌为菌种，添加到另一以生污泥为材料、10-20 g/L的S为底物的培养液，进行二次富集培养氧化硫杆菌;富集培养进行至少 三次，使该菌液成为高浓度的氧化硫杆菌接种液;
(2)待处理的污泥的浓度调为1-5%，用经至少三次培养的带菌接种液接种，接种量 为待处理污泥体积的10-15%，添加10-20g/L的S为底物，pH值调为4以下，温度 25-32℃，淋滤培养4天。
2.如权利要求1所述的一种高效净化城市污泥重金属的方法，其特征在于：还包括步骤 (3)，处理后的污泥留下足够的量作菌种，直接加入下一次待处理的污泥进行下一次 的生产。
3.如权利要求1所述的一种高效净化城市污泥重金属的方法，其特征在于：所述的生污 泥来源于污水处理厂。
4.如权利要求1所述的一种高效净化城市污泥重金属的方法，其特征在于：步骤(1)富 集培养次数为3次。
5.如权利要求1或2所述的一种高效净化城市污泥重金属的方法，其特征在于：每次富 集培养结束的判断为测pH值，如果pH值低于2则判断为底物已基本消耗完全。
6.如权利要求1所述的一种高效净化城市污泥重金属的方法，其特征在于：步骤(2)的 淋滤培养转速为150-250r/min。
7.如权利要求1所述的一种高效净化城市污泥重金属的方法，其特征在于：步骤(2)的 接种量为10-15%。
8.如权利要求1所述的一种高效净化城市污泥重金属的方法，其特征在于：
当污泥中超标重金属含量在农用标准5.0倍范围内，步骤(1)中以15g/L的S为底 物;步骤(2)中带处理的污泥浓度调为1.0-4.0%，以15g/L的S为底物;用三次培养 的菌接种，接种量为15%，pH值调为4以下，温度32℃;淋滤培养4天。
说明书
一种高效净化城市污泥重金属的方法
技术领域
本发明涉及环保领域，具体地涉及一种高效净化城市污泥重金属的方法。
背景技术
随着城市化进程的加快和污水处理率的提高，城市污泥的产量与日俱增。仅厦门市 2007年的污泥产量就达到9.5*104M3(含水率76%)。大多数城市污泥都含有丰富的有机质 和N、P、K等养分，农田回用是污泥资源化利用的主要途径和最优选择，但其重金属含量 问题成为它施用于土壤的最大障碍。
生物淋滤法在现有几种去除城市污泥重金属技术(化学方法、电化学法、植物修复法、 超临界流体萃取)中运行成本低、实用性强的一种经济有效、极具有潜力的重金属去除方 法。该方法除了具有高效去除污泥中重金属的作用，而且具有同步杀死污泥中病原菌的作 用。
其原理是在生污泥中添加适宜的微生物底物，利用氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌等 嗜酸性硫杆菌的直接作用或其代谢产物的间接作用，通过氧化、还原、络合、吸附、溶解 过程，将污泥中的难溶性重金属分离浸提出来，再通过固液分离技术清除大量的重金属。 因此，探讨适宜的淋滤条件是提高重金属淋滤效果的关键。
Wong和Henry用氧化亚铁硫杆菌对加拿大厌氧消化污泥进行序批式生物淋滤试验。 结果表明，pH为4时重金属的去除效率最好，而pH值>4或<1.5时，生物淋滤会受到抑 制。生物淋滤最适宜的温度为25～35℃，超过40℃时重金属的去除率急剧下降。B1ai S 等在序批式反应器实验中，研究了两种硫杆菌对美国23种污泥中重金属的去除效果，经 过10天的淋滤后，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌对重金属的去除率相近，Zn的去除率 分别可达85%和82%，Cd的去除率分别为82%和74%，两种菌都可很好地应用于重金 属的去除。王丹等(2009)分别以FeSO4·7H2O、单质S粉为底物进行研究，结果表明经 14d的生物沥滤，以单质S粉为底物时，底物为6g/L的污泥样品Cu、Zn滤出率最高， 分别为18.8和34.8;以FeSO4·7H2O为底物时，底物为25g/L的污泥样品Cu、Zn滤出 率最高，分别为29.1和36.8。此种序批式生物淋滤法需较长时间(6～12天)才能达到高 去除率。于是人们开始对连续流反应器进行了更多的研究。
如黄明等(2005)利用氧化硫硫杆菌来去除污泥中重金属，结果表明，在基质投配比 为5g/L并附以15%的驯化污泥回流条件下，能将污泥驯化周期缩短为5天，Cu，Zn和 Cd的去除率分别达到了7O.8%，8O.4%和78.9%;同时，污泥中剩余的重金属含量可满 足污泥农用的国家标准。同年，黄明等(2005)以单质硫为底物的研究表明：在基质投 配比为5g/L并附以15%的驯化污泥回流条件下，能将污泥驯化周期缩短为Cd，Cu、Zn 和Cd的去除率分别达到了70.8%、80.4%和78.9%。接着，黄明等(2006)以硫酸亚 铁为底物，利用简化的SBR工艺进行生物淋滤，表明：在底物投配比为10g/L、污泥接 种量为30%、室温为25℃的条件下连续曝气运行2d，对Cu和Zn的去除率达78.3% 和77.7%，对Cd的去除率接近99%，沥滤处理后污泥中的残余重金属含量符合污泥农 用的国家标准。2009年以硫酸亚铁盐作为底物，进一步研究污泥浓度对重金属的淋滤效 果的影响，结果表明：生物沥滤的污泥浓度宜控制在25.6g/L，沥滤3d后，桂林城 市污泥中残余重金属含量符合污泥农用的国家标准。2010年研究表明单质硫颗粒在165μm 时重金属的淋滤效果最好。但这套连续流反应器法设备复杂抄作繁琐。
由于不同地区不同污水厂超标重金属种类、含量、初始pH值差距甚远，给污泥重金 属的去除特别是产业化带来很大的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效净化城市污泥重金属的方法，以解决背景技术的以上 问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种高效净化城市污泥重金属的方法，包括如下步骤：
(1)以生污泥为材料，添加10-20g/L的S(硫)为底物，富集培养氧化硫杆菌 (Thiobacillus thiooxidans)，至底物消耗完全;之后以所得的氧化硫杆菌为菌种， 添加到另一以生污泥为材料、10-20g/L的S为底物的培养液，进行二次富集培养氧 化硫杆菌;富集培养进行至少三次，使该菌液成为高浓度的氧化硫杆菌接种液。
(2)待处理的污泥的浓度调为1-5%，添加10-20g/L的S为底物，pH值调为4以下， 用经至少三次培养的带菌接种液接种，接种量为待处理污泥体积10-15%，温度25-32℃， 淋滤培养4天。
本发明所述的生污泥可以来源于污水处理厂等。
在本发明的推荐实施例中，步骤(1)富集培养次数为3次。理论上，培养次数越多 浓度越高;实际生产上，只需每天将淋滤后待浓缩的污泥液留下足够的量作菌种即可，操 作简便。
在本发明的推荐实施例中，每次富集培养结束的判断为测pH值，如果pH值低于2 则判断为底物已基本消耗完全。也可以采用菌数到达一定浓度为标准，但不如测pH值快 速，简单、直观。
在本发明的推荐实施例中，步骤(2)的淋滤培养转速为150-250r/min。
在本发明的推荐实施例中，步骤(2)的接种量为10-15%
在本发明的最优实施例中，步骤(1)中以15g/L的S为底物;步骤(2)中以15g/L 的S为底物;用三次培养的菌接种，浓度为15%，待处理的污泥的pH值调为4，温度32 ℃，转速为200r/min。
当污泥中超标重金属含量在农用标准5.0倍范围内，步骤(1)中以15g/L的S为底 物;步骤(2)中以15g/L的S为底物;待处理的污泥浓度调为1.0-4.0%，pH值调为4 以下，用三次培养的菌接种，接种量为15%，温度32℃;淋滤培养4天。
本发明的原理如下：生污泥中原有极少量的嗜酸性硫杆菌，通过对菌种种类、菌种培 养次数、淋滤条件、污泥浓度等的优化，筛选适宜的微生物(氧化硫杆菌)并快速富集培 养至足够浓度(每次培养或淋滤以pH<2为止)。利用氧化硫杆菌直接作用或其代谢产物的 间接作用，通过氧化、还原、络合、吸附、溶解等过程，将污泥中的难溶性重金属分离浸 提出来，再通过固液分离技术清除大量的重金属。之后滤液中的重金属通过碱处理等方式 回收。
由上述描述可知，本发明提供了一种高效净化城市污泥重金属的方法，利用本发明的 方法，可以将污泥中的重金属，尤其是重金属Zn、Cu、Cr、Ni的4天去除率分别为91.88%、 87.34%、84.68%、85.26%。即当污泥中超标重金属Zn、Cu、Cr、Ni的含量在农用标准5.0 倍范围内,4天均可去除所有超标重金属，污泥肥料经浓缩调pH后达到农用标准，直接用 作农业肥料。并且，本发明无需额外添加菌种，减少了成本。所使用的底物为单一底物S， 便于计算用量，以及减少工作量和成本。本发明的方法可以针对由于不同地区不同污水厂， 不同超标重金属种类、含量、初始pH值的污泥，实际生产上，首次生产污泥之后，只需 每天将淋滤后待浓缩的污泥液留下足够的量作菌种即可，操作简便。便于产业化。