申请日2013.03.05
公开(公告)日2013.05.08
IPC分类号C02F3/32
摘要
本发明涉及一种利用钙化藻处理含镉废水的方法，该方法首先将喜钙念珠藻接入连续运行反应器中，并生长1个月-2个月后至反应器内壁已形成部分藻生物膜，将藻生物膜反应器中加入含Cd2+废水，同时加入由CaCl2配置的成Ca2+，在室温中运行，控制水力停留时间，反应器交替光照培养，在反应器Ca2+处于饱和状态，在反应器运行期间，控制CO32-的浓度和HCO3-的浓度，pH值为8-9，Cd2+被CaCO3晶体吸附或在CaCO3生成过程中Cd2进入晶格而被固定，即可完成了利用钙化藻处理含镉的废水。本发明所述的方法操作简便、易于控制，成本低，产品合成率高，无二次污染，可广泛用于重金属工业废水行业。
权利要求书
1.一种利用钙化藻处理含镉废水的方法，其特征在于按下列步骤进行：
a、将喜钙念珠藻接入生物膜反应器中，接种量为10-20%，光照为10- 50 μmol/(m2·s)，生长1-2个月至反应器内壁已形成部分藻生物膜;
b、将藻生物膜反应器中加入含Cd2+废水，同时在反应器进水中加入由CaCl2配置的Ca2+浓度为2-5 mmol/L的溶液，在室温中运行，控制温度为22-30℃，湿度为20-70%，控制水力停留时间为8-10d，反应器上部光照为20-50μmol/(m2·s)，交替光照培养，光照12h，暗光12h，进水水样pH值为6-7，控制反应器中Ca2+处于饱和状态;
c、在反应器运行期间，控制CO32- 浓度为0.1-0.6 mmol/L，和HCO3- 浓度为1.0-2.0 mmol/L，pH值为8-9，Cd2+被CaCO3晶体吸附或在CaCO3生成过程中Ca2+进入晶格而被固定，即可完成了利用钙化藻处理含镉的废水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中生物膜反应器为3个长方体连续运行反应器，其中长为80-150 cm，宽为8-15cm，高为5-10 cm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中藻生物膜反应器中接入含Cd2+废水为1-4 μmol/L。
说明书
一种利用钙化藻处理含镉废水的方法
技术领域
本发明涉及一种利用钙化藻处理含镉废水的方法，属于生物环境污染修复技术领域。
背景技术
由于新疆干旱少雨水资源总量有限，水资源已成为制约新疆跨越式发展目标的实现和可持续性发展的重要限制因素。随着工农业的快速发展和城市化进程的加快，重金属废水的排放量也日益严重。同时新疆作为我国的矿产能源基地，开采、加工矿产过程中产生的矿山废水所导致重金属污染问题已引起广泛关注。因此，为了新疆经济社会的健康持续发展，探索适合新疆干旱区环境友好型的重金属废水处理的工作已刻不容缓。
在新疆，水资源十分短缺的情况下，水体重金属污情况也十分严峻。面积为1000 km2的博斯腾湖，每年有近2亿吨农田废水和800万吨工业废水排入通过富集因子法和地质累计指数法研究博斯腾湖沉积物中重金属分布，发现博斯腾湖西南小湖区重金属Pb和Cd污染中等，主要来源于农业活动总磷酸盐肥料的使用。调查新疆奎屯垦区水体中重金属污染情况，发现奎屯垦区水体As含量超标达58.62%;127团排碱渠的Pb含量达到重污染;66.67%的灌溉水Cd含量超过了农业灌溉水要求，其中33.33%达到了重度污染。米泉市污灌水的Cd含量接近于饮用水标准的上限。新疆天池景区天池中心和出水口出的Cd浓度达到0.05 mg/L，为地表饮用水标准的10倍，属IV类水体。
念珠藻是一类具有良好钙化功能的藻类，通过对贵州喀斯特地貌的马岭河峡谷区域藻类多样性，发现念珠藻是该区域一种常见的藻种，说明了其可能与该区域钙华的形成有着重要的关系。念珠藻的适应期较短(<45 h)，生长快速，当周围环境pH达到8.90时，便可诱导生成碳酸钙沉淀并且能除去培养基中90%的钙离子(Heath et al., 1995)。念珠藻属中的喜钙念珠藻(Nostoc calcicola)被认为是一类最主要的在内陆碳酸岩表面生长的藻类(曹建华和袁道先, 1999)。李强等(2005)从云南白水台钙华池内分离出喜钙念珠藻，并研究其钙化机理后发现，其在胞外碳酸酐酶的作用下使HCO3-脱水形成CO2而被利用，引起水体CO2平衡体系的移动，加速2HCO3-+ Ca2+ → CaCO3↓+ H2O + CO2↑反应进程。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用钙化藻处理含镉废水的方法，该方法首先将喜钙念珠藻接入连续运行反应器中，并生长1个月-2个月后至反应器内壁已形成部分藻生物膜，将藻生物膜反应器中加入含Cd2+废水，同时加入由CaCl2配置的成Ca2+，在温室中运行，控制水力停留时间，反应器交替光照培养，在反应器Ca处于饱和状态， 在反应器运行期间，控制CO32- 的浓度和HCO3- 的浓度，pH值为8-9，Cd2+被CaCO3晶体吸附或在CaCO3生成过程中Cd2+进入晶格而被固定，即可完成了利用钙化藻处理含镉的废水。本发明所述的方法操作简便、易于控制，成本低，产品合成率高，无二次污染，可广泛用于重金属工业废水行业。
本发明所述的一种利用钙化藻处理含镉废水的方法，按下列步骤进行：
a、将喜钙念珠藻接入生物膜反应器中，接种量为10-20%，光照为10- 50 μmol/(m2·s)，生长1-2个月至反应器内壁已形成部分藻生物膜;
b、将藻生物膜反应器中加入含Cd2+废水，同时在反应器进水中加入由CaCl2配置的Ca2+浓度为2-5 mmol/L的溶液，在温室中运行，控制温度为22-30℃，湿度为20-70 %，控制水力停留时间为8-10d，反应器上部光照为20-50 μmol/(m2·s)，交替光照培养，光照12h，暗光12h，进水水样pH值为6-7，在反应器Ca2+处于饱和状态;
c、在反应器运行期间，控制CO32- 浓度为0.1 -0.6 mmol/L，和HCO3- 浓度为1.0-2.0 mmol/L，pH值为8-9，Cd2+被CaCO3晶体吸附或在CaCO3生成过程中Ca2+进入晶格而被固定，即可完成了利用钙化藻处理含镉的废水。
步骤a中生物膜反应器为3个长方形连续运行反应器，其中长为80-150 cm，宽为8-15cm，高为5-10 cm。
步骤b中藻生物膜反应器中接入含Cd2+废水为1-4 μmol/L。
本发明所述的一种利用钙化藻处理含镉废水的方法，该方法中采用的喜钙念珠藻藻生长过程中可显著提高出水pH值，降低出水的溶解性无机碳含量，其对废水中Ca2+的去除率高达(98.16±1.49)% -(98.70±1.83)%。Cd在藻体中主要以有机结合态存在，碳酸盐结合态和可交换态较少，同时在晶体物质表面有少量的Cd。
本发明所述的方法中的主要优点：①利用喜钙念珠藻处理含铬废水，避免产生二次污染，且成本低;②该方法处理效果高，对多种重金属均有吸附钙化作用，处理后续处理简单;③该方法材料来源广，污染重金在碱性环境下可与碳酸盐结合形成稳定的晶体结构不再呈现污染二次转移的土壤，其修复技术稳定且环保。
具体实施方式
实施例1
将喜钙念珠藻接入3个长方形长80cm，宽8cm，高为5 cm的生物膜反应器中，形成连续运行反应器，接种量为10%，光照为10μmol/(m2·s)，生长1个月至反应器内壁已形成部分藻生物膜;
将藻生物膜反应器中加入含Cd2+废水1μmol/L，同时在反应器进水中加入由CaCl2配置的浓度为2-5 mmol/L的Ca2+溶液，在温室中运行，控制温度为22℃，湿度为20 %，控制水力停留时间为8d，反应器上部光照为20μmol/(m2·s)，交替光照培养，光照12h，暗光12h，进水水样pH值为6，在反应器Ca2+处于饱和状态;
在反应器运行期间，控制CO32- 的浓度为0.1 mmol/L，和HCO3- 的浓度为1.0mmol/L，pH值为8，Cd2+被CaCO3晶体吸附，其中Cd2+去除率为97.09±3.84%。
实施例2
将喜钙念珠藻接入3个长方形长100cm，宽10cm，高为8 cm的生物膜反应器中，形成连续运行反应器，接种量为15%，光照为20μmol/(m2·s)，生长2个月至反应器内壁已形成部分藻生物膜;
将藻生物膜反应器中加入含Cd2+废水为2μmol/L，同时在反应器进水中加入由CaCl2配置浓度为3mmol/L的Ca2+溶液，在温室中运行，控制温度为25℃，湿度为40 %，控制水力停留时间为9d，反应器上部光照为30 μmol/(m2·s)，交替光照培养，光照12h，暗光12h，进水水样pH值为7，在反应器Ca2+处于饱和状态;
在反应器运行期间，控制CO32- 的浓度为0.3 mmol/L，和HCO3- 的浓度为1.5mmol/L，pH值为9，在CaCO3生成过程中Cd2进入晶格而被固定，其中Cd2+去除率为97.89±2.54%。
实施例3
将喜钙念珠藻接入3个长方形长120 cm，宽12cm，高为10cm的生物膜反应器中，形成连续运行反应器，接种量为18%，光照为40μmol/(m2·s)，生长1个月至反应器内壁已形成部分藻生物膜;
将藻生物膜反应器中加入含Cd2+废水为3μmol/L，同时在反应器进水中加入由CaCl2配置的浓度为4mmol/L的Ca2+溶液，在温室中运行，控制温度为28℃，湿度为50%，控制水力停留时间为10d，反应器上部光照为40μmol/(m2·s)，交替光照培养，光照12h，暗光12h，进水水样pH值为6，在反应器Ca2+处于饱和状态;
在反应器运行期间，控制CO32- 的浓度为0.5 mmol/L，和HCO3- 的浓度为1.8mmol/L，pH值为8，Cd2+被CaCO3晶体吸附，其中Cd2+去除率为98.23±0.04%。
实施例4
将喜钙念珠藻接入3个长方形长150 cm，宽15cm，高为10cm的生物膜反应器中，形成连续运行反应器，接种量为20%，光照为50μmol/(m2·s)，生长2个月至反应器内壁已形成部分藻生物膜;
将藻生物膜反应器中加入含Cd2+废水为4μmol/L，同时在反应器进水中加入由CaCl2配置的浓度为5mmol/L的Ca2+，在温室中运行，控制温度为30℃，湿度为70%，控制水力停留时间为10d，反应器上部光照为50μmol/(m2·s)，交替光照培养，12h光照、12h暗光，进水水样pH值为7，在反应器Ca2+处于饱和状态;
在反应器运行期间，控制CO32- 的浓度为0.6 mmol/L，和HCO3- 的浓度为2.0mmol/L，pH值为9，在CaCO3生成过程中Cd2进入晶格而被固定，其中Cd2+去除率为99.52±0.04%。