申请日2013.04.15
公开(公告)日2013.07.10
IPC分类号C02F101/22; C02F9/14
摘要
一种生物处理废水中重金属镉的装置及方法，属于水处理技术领域。装置及方法如下：(1)硫酸盐还原生物滤池的建立和启动(2)除铁除锰生物滤池的建立和启动(3)含镉废水流经硫酸盐还原生物滤池，硫酸盐还原菌将硫酸根(SO42-)中正六价的硫还原为硫离子(S2-)，镉与硫离子结合形成硫化镉的难溶物，并且大部分被截留。未被截留的流入除铁除锰生物滤池，利用滤池中生成的新生态二氧化锰及铁的氧化物的吸附性，将这部分镉吸附去除。(4)原废水依次经过两级生物滤池过滤，出水镉低于0.005mg/L，达到国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中二至三类水对镉的含量要求。
权利要求书
1.一种生物处理废水中重金属镉的装置，包括含镉的原水进水管①、硫酸盐 投加装置②、硫酸盐还原生物滤池③、管道④、跌水池⑤、锰盐和铁盐投 加装置⑥、除铁除锰生物滤池⑦和出水管⑧，含镉的原水进水管①通过硫 酸盐投加装置②与硫酸盐还原生物滤池③连接，硫酸盐还原生物滤池③通 过管道④与跌水池⑤连接，跌水池⑤与除铁除锰生物滤池⑦连接，除铁除 锰生物滤池⑦底部设有出水管⑧;硫酸盐还原生物滤池③底部的上层为含 有硫酸盐还原菌的活性填料滤层⑨，活性填料滤层⑨的下层为砾石承托层 ⑩;除铁除锰生物滤池⑦底部内上层为含有铁锰氧化细菌的活性填料滤层 下部为砾石承托层⑩。
2.利用权利要求1的装置处理废水中重金属镉的方法，其特征在于，包括以 下步骤：
(1)硫酸盐还原生物滤池的建立和启动
①硫酸盐还原生物滤池的建立
硫酸盐还原生物滤池的滤层载体填料采用无机亲水矿物材料，例如沸石、 石英砂等，原水水质范围，pH：6.0～8.0;温度11～33℃;原水为含有镉的废水;
②硫酸盐还原活性载体填料制作
将硫酸盐还原菌菌悬液通过浓缩获得浓度不小于108个/mL的细菌浓缩液， 通过细菌包埋固定化技术，同滤层中的载体一起制成生物活性载体填料，细菌 浓缩液同载体填料混合的体积比为1:200，将这种生物活性载体填料装填到滤池 中作为滤层;
③硫酸盐还原菌活性填料的驯化
向装填好的生物滤池中，连续通入原水即含有镉离子的废水，起始流量为 设计流量的50%，通过取样来检测出水镉离子的含量，随着出水中镉离子含量 的不断降低，逐步提高原水的进水流量直至设计流量，当连续7天内出水中镉 离子的含量不大于0.1mg/L时，即认为活性填料驯化完成;
(2)除铁除锰生物滤池的建立和启动
①除铁除锰生物滤池的建立
除铁除锰生物活性载体填料的制作，采用上述同样的方法，细菌为铁、锰 氧化细菌，原水水质范围，pH：6.0～8.0;温度11～33℃;
②生物滤池的曝气
对一级还原生物滤池出水进行曝气充氧，溶解氧控制在4～5mg/L;
③铁锰氧化细菌活性填料的驯化
活性填料的驯化：连续通入原水即含有镉、锰、铁的原水，锰的浓度不低 于0.5mg/L，铁的浓度不低于0.2mg/L，起始流量为设计流量的50%，通过取样 来检测出水镉、锰、铁的含量，随着出水中镉、锰、铁含量的不断降低，逐步 提高原水的进水流量直至设计流量，当连续7天内出水中镉的含量不高于 0.005mg/L，锰的含量不高于0.05mg/L，铁的含量不高于0.1mg/L时，即认为活 性填料驯化完成;
(3)镉离子的去除
含镉的废水流经硫酸盐还原生物滤池时，通过生物滤池中硫酸盐还原菌的 作用，将硫酸根(SO42-)中正六价的硫还原为硫离子(S2-)，同镉离子结合生成 硫化镉的难溶物，被滤层截留，从而将镉离子去除;未被截留的硫化镉微小絮 体和部分镉离子进入除铁除锰生物滤池，利用滤池中生成的新生态二氧化锰及 铁的氧化物的吸附性，将其吸附去除;两个滤池截留下来的镉，通过滤池的反 冲洗过程实现清除。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，硫酸盐还原生物滤池的滤速为0.4m/h， 除铁除锰生物滤池的滤速为5-10m/h。
说明书
一种生物处理废水中重金属镉的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种生物处理废水中重金属镉的方法，适用于对废水中重金属 镉的去除，属于水处理技术领域。
背景技术
镉是一种剧毒污染物，它在电镀、颜料、蓄电池、塑料、冶金等行业有着 广泛的应用，由于人类对镉的不断开发利用，现在造成大量含镉废水排入河流 湖泊。近几年，我国已经发生了多起镉污染事件，严重影响群众健康：2006年 湘江湖南株洲段镉污染、2009年湖南省浏阳市镉污染、2012年广西龙江镉污染 等，其中广西龙江的镉污染事件波及下游约300公里河段，镉含量超《地表水 环境质量标准》Ⅲ类标准约80倍，在国内历次镉污染事件中是罕见的。据环保 部公布的2010年《环境统计年报》数据显示，2010年全国镉的排放量为30.1 吨，对我国的水环境造成严重的污染，因此对于废水中金属镉的治理刻不容缓。
现阶段国内外针对含镉废水的处理方法主要有化学沉淀法、气浮法、活性 炭吸附法、离子交换法等。但这些传统的物理化学除镉离子的方法往往具有投 资高、处理时间长、去除效果不好、系统稳定性差等缺点。
水中镉污染可分为两种类型，第一类为工矿企业综合废水，该类废水中镉 污染浓度范围一般在1mg/L至20mg/L;第二类为受镉污染的地下水，该类水体 中镉浓度一般在0.005-0.1mg/L范围内。本发明针对第一类镉污染问题，排放目 标水体为地表功能水体，出水镉低于0.005mg/L，达到国家《地表水环境质量标 准》(GB3838-2002)中二至三类水对镉的含量要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有传统除镉工艺的缺陷，提供一种生物处理废水 中重金属镉的装置及方法。该方法采用两级生物处理过滤流程，具有简单、高 效、能耗低，运行稳定等优点。在本发明的工艺流程为，含镉废水依次流经富 含有硫酸盐还原菌的厌氧生物滤池和除铁除锰细菌的曝气生物滤池，经过二级 生物处理后，出水中镉的含量≤0.005mg/L，可以满足国家《地表水环境质量标 准》(GB3838-2002)中二至三类水对镉的含量要求，并且出水的浊度大幅度降 低。
两级生物过滤的核心是，第一级利用硫酸盐还原菌将硫酸根(SO42-)中正 六价的硫还原为硫离子(S2-)的功能，将废水中的镉离子转化生成硫化镉的难 溶物质，并且大部分被截留;第二级是第一级中未被截留的硫化镉微小絮体及 镉离子流入除铁除锰生物滤池，利用滤池中生成的新生态二氧化锰及铁的氧化 物的强吸附性，将剩余的镉吸附去除。
本发明所采用的技术方案：
一种生物处理废水中重金属镉的装置，包括含镉的原水进水管①、硫酸盐 投加装置②(若硫酸根离子不够用时，才采用外加硫酸盐，但一般情况下，废 水中的硫酸根离子是完全能够满足要求的)、硫酸盐还原生物滤池③、管道④、 跌水池⑤、锰盐和铁盐投加装置⑥、除铁除锰生物滤池⑦和出水管⑧，含镉的 原水进水管①通过硫酸盐投加装置②与硫酸盐还原生物滤池③连接，硫酸盐还 原生物滤池③通过管道④与跌水池⑤连接，跌水池⑤与除铁除锰生物滤池⑦连 接，除铁除锰生物滤池⑦底部设有出水管⑧;硫酸盐还原生物滤池③底部的上 层为含有硫酸盐还原菌的活性填料滤层⑨，活性填料滤层⑨的下层为砾石承托 层⑩;除铁除锰生物滤池⑦底部内上层为含有铁锰氧化细菌的活性填料滤层 下部为砾石承托层⑩。
采用上述装置处理废水中重金属镉的方法，包括以下步骤：
(1)硫酸盐还原生物滤池的建立和启动
①硫酸盐还原生物滤池的建立
硫酸盐还原生物滤池的滤层载体填料采用无机亲水矿物材料，例如沸石、 石英砂等，原水水质范围，pH：6.0～8.0;温度11～33℃;原水为含有镉的废水。
②硫酸盐还原活性载体填料制作
将硫酸盐还原菌菌悬液通过浓缩获得浓度不小于108个/mL的细菌浓缩液， 通过细菌包埋固定化技术，同滤层中的载体一起制成生物活性载体填料(细菌 浓缩液同载体填料混合的体积比为1:200，将这种生物活性载体填料装填到滤池 中作为滤层;
③硫酸盐还原菌活性填料的驯化
向装填好的生物滤池中，连续通入原水即含有镉离子的废水，起始流量为 设计流量的50%，通过取样来检测出水镉离子的含量，随着出水中镉离子含量 的不断降低，逐步提高原水的进水流量直至设计流量，当连续7天内出水中镉 离子的含量不大于0.1mg/L时，即认为活性填料驯化完成。
此为常规的驯化操作方法，如：刚开始情况下出水镉离子的含量降低比较 快，一般每降低20-30%，则增加10-15%的原水流量，随着镉离子的含量降低则 原水的增加量也逐渐减少，最终使得出水的镉离子的含量不大于0.1mg/L，且保 证出水镉的含量稳定超过7天，则认为驯化成功。
(2)除铁除锰生物滤池的建立和启动
①除铁除锰生物滤池的建立
除铁除锰生物活性载体填料的制作，采用上述同样的方法，细菌为铁、锰 氧化细菌，原水水质范围，pH：6.0～8.0;温度11～33℃。
②生物滤池的曝气
对一级还原生物滤池出水进行曝气充氧，一般可以采用喷淋曝气、跌水曝 气等，溶解氧控制在4～5mg/L;
③铁锰氧化细菌活性填料的驯化
活性填料的驯化：连续通入曝气充氧后的原水(一级还原生物滤池出水) 即含有镉、锰、铁的原水，锰的浓度不低于0.5mg/L，铁的浓度不低于0.2mg/L， 起始流量为设计流量的50%，通过取样来检测出水镉、锰、铁的含量，随着出 水中镉、锰、铁含量的不断降低，逐步提高原水的进水流量直至设计流量，当 连续7天内出水中镉的含量不高于0.005mg/L，锰的含量不高于0.05mg/L，铁的 含量不高于0.1mg/L时，即认为活性填料驯化完成;
(3)镉离子的去除
含镉的废水流经硫酸盐还原生物滤池时，通过生物滤池中硫酸盐还原菌的 作用，将硫酸根(SO42-)中正六价的硫还原为硫离子(S2-)，同镉离子结合生成 硫化镉的难溶物，被滤层截留，从而将镉离子去除;未被截留的硫化镉微小絮 体和部分镉离子进入除铁除锰生物滤池，利用滤池中生成的新生态二氧化锰及 铁的氧化物的吸附性，将其吸附去除;硫酸盐还原生物滤池的滤速为0.4m/h， 除铁除锰生物滤池的滤速为5-10m/h，两个滤池截留下来的镉，通过滤池的反冲 洗过程实现清除。
生物滤池的反冲洗：当两个生物滤池运行分别达到水质周期时，分别对其进 行反冲洗。利用滤池的反冲洗过程实现细菌残体及截留物的清除，维持生物滤 池生物量的平衡及系统的正常运行。
本发明的优点：1、硫酸盐还原生物滤池只需在原废水中硫酸盐不足时补加 硫酸盐(一般情况下，原废水中硫酸盐的浓度远远大于镉离子的浓度，甚至大 于几十倍);除铁除锰生物滤池只需在原废水中锰、铁不足时补加锰盐和铁盐(一 般保证进入除铁除锰生物滤池中Mn2+的浓度不低于0.5mg/L，Fe2+浓度不低于 0.2mg/L);无需再投加其他药剂。2、利用生物滤池对难溶物的截留性能直接将 滤层中难溶物去除，工艺过程简单，只需要二级生物过滤过程，处理成本低， 不需要其他附属设备;3、本发明出水镉低于0.005mg/L，可以满足国家《地表 水环境质量标准》(GB3838-2002)中二至三类水对镉的含量要求。