申请日2008.11.10
公开(公告)日2009.04.08
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明公开了一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒及其制备和用于重金属废水治理的方法。为避免高浓度金属离子对SRB的毒害和控制出水COD浓度，将SRB污泥与碳源固定材料共同包埋于同一颗粒小球中。包埋小球吸附内聚有机碳源后用于重金属废水的处理，金属离子的去除率高达99%，出水COD低于120mg/L。允许进水金属离子浓度达到g/L级水平，包埋小球可以再生使用。本发明可用于高、中、低浓度重金属废水的处理，也可用于水中重金属的沉淀回收。
翻译权利要求书
1、一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒，其特征在于，所述的固定化颗粒是SRB固定 化小球固定吸附有机碳源构成，所述的SRB固定化小球包埋了SRB污泥和有机碳源固定材 料。
2、根据权利要求1所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒，其特征在于，所述的 有机碳源是指碳原子长度为1～4的短链脂肪酸或其脂肪酸盐、碳原子长度为1～4的挥发性脂 肪酸或其脂肪酸盐、或者是碳原子长度为1～3的醇类。
3、根据权利要求2所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒，其特征在于，所述的 碳原子长度为1～4的短链脂肪酸或其脂肪酸盐为乳酸或乳酸盐;所述的碳原子长度为1～4的 挥发性脂肪酸为乙酸或丁酸;所述的碳原子长度为1～4的挥发性脂肪酸盐为乙酸盐或丁酸盐; 所述的碳原子长度为1～3的醇类为乙醇或丙醇。
4、根据权利要求1所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒，其特征在于，所述SRB 污泥是指用污水处理厂活性污泥、河塘污泥经过SRB培养基驯化培养SRB占优势的污泥。
5、根据权利要求1所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒，其特征在于，所述有 机碳源固定材料是指对有机物具有吸附作用的材料。
6、根据权利要求5所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒，其特征在于，所述对 有机物具有吸附作用的材料为活性炭或沸石。
7、权利要求1所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于以下步 骤：
1)SRB固定化小球的制备
将包埋剂加热搅拌溶解，冷却;将SRB污泥、有机碳源固定材料加入到冷却后的包埋剂 溶液中搅拌形成SRB污泥混合溶液，SRB污泥混合溶液含有质量分数为25～40%的SRB污 泥、8～12%的包埋剂、4～6%的有机碳源固定材料，其余为水;利用蠕动泵将混合溶液压入交 联剂溶液中交联，形成SRB固定化小球。
2)有机碳源的内聚
将步骤1中制备好的SRB固定化小球浸入有机碳源溶液中，固定吸附碳源，形成内聚营 养源的SRB污泥固定化颗粒。
8、根据权利要求7所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于所 述SRB污泥是指用污水处理厂活性污泥、河塘污泥经过SRB培养基驯化培养SRB占优势的 污泥。
9、根据权利要求7所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于， 所述有机碳源固定材料是指对有机物具有吸附作用的材料。
10、根据权利要求9所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于， 所述有机碳源固定材料为活性炭或沸石。
11、根据权利要求7所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于， 所述的包埋剂为聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或两种。
12、根据权利要求7所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于， 所述的交联剂为氯化钙和饱和硼酸溶液或者是氯化钙和硫酸铵溶液;氯化钙溶液浓度为 2～5%，硫酸铵溶液浓度为20～45%。
13、根据权利要求7或12所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征 在于，交联时间为20～35h。
14、根据权利要求7所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于， 所述的有机碳源是指碳原子长度为1～4的短链脂肪酸或其脂肪酸盐、碳原子长度为1～4的挥 发性脂肪酸或其脂肪酸盐、或者是碳原子长度为1～3的醇类。
15、根据权利要求14所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于， 所述的碳原子长度为1～4的短链脂肪酸或其脂肪酸盐为乳酸或乳酸盐;所述的碳原子长度为 1～4的挥发性脂肪酸为乙酸或丁酸;所述的碳原子长度为1～4的挥发性脂肪酸盐为乙酸盐或 丁酸盐;所述的碳原子长度为1～3的醇类为乙醇或丙醇。
16、根据权利要求7或14或15所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其 特征在于，所述的有机碳源溶液浓度为30～50g/L。
17、根据权利要求7所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，其特征在于， 将SRB小球放入有机碳源溶液中，室温下吸附8～12小时。
18、应用权利要求1所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒处理重金属废水的方法， 其特征在于，将内聚营养源SRB污泥固定化颗粒与重金属废水厌氧条件下进行混合振荡反 应，去除废水中重金属离子和硫酸根离子。
19、根据权利要求18所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒在处理重金属废水的 应用，其特征在于所述的混合振荡反应温度为20～40℃。
20、根据权利要求18或19所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒在处理重金属废 水的应用，其特征在于所述的混合振荡反应振荡速率80～120rpm。
21、根据权利要求20所述的一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒在处理重金属废水的 应用，其特征在于所述的混合振荡反应时间为5～24小时。
说明书
一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒及制备和其在处理重金属废水上的应用
技术领域
本发明属于环境工程领域，具体涉及一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒及制备和其在 处理重金属废水上的应用。
背景技术
重金属属于环境中持久性污染物，毒性大、污染严重。其中，铅、铜、镍、镉、铬、汞等 9种被列入我国水中优先控制的68种污染物的“黑名单”。随着人类对重金属的开采、冶炼、 加工等生产活动的日益增多，产生的重金属废水不论是从数量上还是从种类上都大大增加。造 成了不少重金属进入生态系统，引起了严重的环境污染和资源浪费。生物沉淀法主要是利用微 生物代谢活动将废水中的重金属转化为水不溶物而去除，所使用的微生物主要以硫酸盐还原菌 SRB(Sulfate Reducing Bacteria)代表。厌氧条件下的SRB能还原硫酸盐，将硫酸根转化为硫氢 根离子，使重金属生成不溶的金属硫化物沉淀而去除。由于大多重金属都以硫酸盐的形式存在， 因此无需外加硫酸盐。同时，SRB具有处理重金属种类多、处理彻底、处理潜力大等特点，在 矿山酸性废水、电镀废水的治理方面得到了应用。一般来说，SRB能将废水的pH值从2.5～3.5 提高到7.5～8.5，pH指标达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)，处理后出水重金属离子 浓度低至0.1mg/L。
从以有的研究和工程实践反馈来看，目前SRB法存在两大不足，一是现有的技术，无论 是游离的SRB，还是载体化的SRB，由于SRB与废水中金属离子直接接触，难以避免客观存 在的金属离子的毒害作用;二是由于加入的SRB生长必需的有机碳源很难被其全部利用，出 水COD偏高，导致处理无机重金属废水过程出现有机物的二次污染问题。
为此，我们提出了重金属废水治理的“内聚营养源SRB污泥固定化技术”。该技术是将有 机碳源固定材料与SRB污泥共同包埋于同一颗粒小球内部，再吸附SRB生长所需的有机碳源， 构造了SRB生长良好的内、外环境，既可以避免金属离子对SRB的毒害，又可解决有机物污 染的问题，同时更有利于SRB对碳源的利用，提高重金属废水处理效率。
发明内容
本发明的第一个目的是提供了一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒，用于重金属废水处 理。
本发明的第二个目的是提供了内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备方法，
本发明的第三个目的是提供了一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒在重金属废水处理上 应用。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒是SRB固定化小球固定吸附有机碳源构成，所述 的SRB固定化小球包埋了SRB污泥和有机碳源固定材料。
所述的有机碳源是指碳原子长度为1～4的短链脂肪酸或其脂肪酸盐、碳原子长度为1～4 的挥发性脂肪酸或其脂肪酸盐、或者是碳原子长度为1～3的醇类。
所述的碳原子长度为1～4的短链脂肪酸或其脂肪酸盐为乳酸或乳酸盐;所述的碳原子长 度为1～4的挥发性脂肪酸为乙酸或丁酸;所述的碳原子长度为1～4的挥发性脂肪酸盐为乙酸 盐或丁酸盐;所述的碳原子长度为1～3的醇类为乙醇或丙醇。
所述SRB污泥是指用污水处理厂活性污泥、河塘污泥经过SRB培养基驯化培养SRB占 优势的污泥。
所述有机碳源固定材料是指对有机物具有吸附作用的材料。
所述对有机物具有吸附作用的材料优选活性炭或沸石。
一种内聚营养源SRB污泥固定化颗粒的制备，包括以下步骤：
1)SRB固定化小球的制备
将包埋剂加热搅拌溶解，冷却;将SRB污泥、有机碳源固定材料加入到冷却后的包埋剂 溶液中搅拌形成SRB污泥混合溶液，SRB污泥混合溶液含有质量分数为25～40%的SRB污 泥、8～12%的包埋剂、4～6%的有机碳源固定材料，其余为水;利用蠕动泵将混合溶液压入交 联剂溶液中交联，形成SRB固定化小球。
2)有机碳源的内聚
将步骤1中制备好的SRB固定化小球浸入有机碳源溶液中，固定吸附碳源，形成内聚营 养源的SRB污泥固定化颗粒。
所述的包埋剂为聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或两种。
所述的交联剂为氯化钙和饱和硼酸溶液或氯化钙和硫酸铵溶液，氯化钙溶液浓度为 2～5%，硫酸铵溶液浓度为20～45%。
交联时间为20～35h。
所述的有机碳源溶液浓度为30～50g/L
将SRB小球放入有机碳源溶液中，室温下吸附8～12小时。
应用内聚营养源SRB污泥固定化颗粒处理重金属废水的方法为：将内聚营养源SRB污 泥固定化颗粒与重金属废水厌氧条件下进行混合振荡反应，去除水中重金属离子和硫酸根离 子。
所述的混合振荡反应温度为20～40℃。
所述的混合振荡反应振荡速率80～120rpm。
所述混合振荡反应时间为5～24小时。
内聚营养源SRB污泥固定化颗粒处理重金属废水技术包括SRB固定化小球的制备、有机 营养源的内聚、重金属废水的处理及固定化小球的再生三个过程。
1、SRB固定化小球的制备
称取一定量的包埋剂在70-90℃下搅拌溶解，室温条件下将SRB污泥、有机碳源固定材料 加入到冷却后的包埋剂溶液中，搅拌形成混合液。利用蠕动泵将混合液压入交联剂溶液中，室 温下凝固20～35小时，形成SRB固定化小球。
所述有机碳源固定材料是指对有机物具有吸附作用的材料，如活性炭或沸石等。
所述的包埋剂为聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠或其中之一。
所述的交联剂为氯化钙、饱和硼酸溶液或氯化钙、硫酸铵溶液。
所述SRB污泥是指用污水处理厂活性污泥、河塘污泥等经过SRB专用培养基驯化培养 SRB占优势的污泥。培养基成分：KH2PO40.5g/L、NH4Cl1.0g/L、MgSO4·7H2O 0.06g/L、CaSO4 1.0g/L、FeSO4·7H2O 0.01g/L、Na2SO4 4.5g/L、CaCl2·H2O 0.06g/L、乳酸钠3.5g/L;培养方法： 密封后通氮气30分钟，将污泥瓶放入生化培养箱中30℃下培养，每天替换部分培养基，通氮 气，7-10天培养完成，得到SRB污泥。以3000r/min转速离心10min再用于SRB固定化小球 的制备为佳。
交联之后的SRB固定化小球可在0.5%的戊二醛溶液中浸泡2～3h能优化颗粒小球表面性 能。
将步骤1中制备好的SRB固定化小球浸入高浓度的有机碳源溶液中，利用小球内包埋的 有机碳源固定材料吸附碳源，使碳源充分进入SRB固定化小球内，从而形成内聚营养源的SRB 固定化小球，如图1所示。
所述的有机碳源是指碳原子长度为1～4的短链脂肪酸或其脂肪酸盐、碳原子长度为1～4 的挥发性脂肪酸或其脂肪酸盐、或者是碳原子长度为1～3的醇类。
所述的碳原子长度为1～4的短链脂肪酸或其脂肪酸盐为乳酸或乳酸盐;所述的碳原子长 度为1～4的挥发性脂肪酸为乙酸或丁酸;所述的碳原子长度为1～4的挥发性脂肪酸盐为乙酸 盐或丁酸盐;所述的碳原子长度为1～3的醇类为乙醇或丙醇。
3、重金属废水的处理与小球再生
将步骤2中制备好的内聚营养源小球与重金属废水混合，20～40℃、厌氧条件下反应，去 除水中重金属离子和硫酸根离子。小球内的营养源耗尽后需再生，重复步骤2中有机营养源内 聚的过程，获得再生的内聚营养源小球。
所述的重金属废水是指含锌、铅、镉、汞、铜、镍等能形成金属硫化物的重金属废水，金 属离子的浓度范围100mg/L～4g/L。
本发明引入有机碳源固定材料，将外加有机营养源的方式改为营养源内聚方式，将SRB 所需的有机碳源固定在小球内部，构造SRB生长良好的内、外环境，一方面有利于SRB对碳 源的充分利用，又可解决有机物污染的问题，避免碳源进入水中引起高的出水COD;另一方 面可以避免金属离子对SRB的直接毒害作用。采用本发明处理重金属废水，处理效率高，进 水金属离子允许浓度可达到g/L级水平;出水COD低，控制在120mg/L以下，处理后出水COD、 pH及重金属离子浓度符合国家《污水综合排放标准》(GB 8978-1996);废水处理过程简单， 操作简便，小球可再生使用，处理后的水可进一步回用;处理后得到的渣中重金属含量高，易 回收。