申请日2018.09.13
公开(公告)日2018.12.21
IPC分类号C02F11/02; C05F7/00
摘要
本发明涉及一种去除污泥中重金属的方法，通过生物炭负载硫杆菌的方式进行污泥的生物淋滤，结合排除、更新积液，生物炭吸附等，可高效去除污泥中多种重金属，无需煅烧加热，能源消耗量低，成本低廉，经本申请处理的污泥由于重金属清除率高，可以广泛应用于制备有机肥料、生物炭等，极大的提高了污泥处理的经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种去除污泥中重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)生物炭负载硫杆菌：将生物炭添加至硫杆菌溶液，混合搅拌5-10分钟，得负载硫杆菌的生物炭;
(2)生物淋滤：将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的1-5%，调整污泥含水量至100-150%，调整污泥pH至3-4，每隔2小时搅动20-30分钟，24-48小时后静置5-15小时，将污泥上层积液排出，再次调整污泥含水量至100-150%，每隔2小时搅动20-30分钟，24-48小时后静置5-15小时，将污泥上层积液排出;
(3)再吸附：在步骤(2)排出积液的污泥中添加未负载硫杆菌的生物炭，添加量为污泥量的10-30%，搅拌1-3小时后，调整污泥的pH至大于6。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中生物炭与硫杆菌的重量比为100∶1-3，混合搅拌6-8分钟;步骤(2)中将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的2-4%，调整污泥含水量至150%，调整污泥pH至3.5，每隔2小时搅动30分钟，48小时后静置12小时，将污泥上层积液排出，再次调整污泥含水量至150%，每隔2小时搅动30分钟，48小时后静置12小时，将污泥上层积液排出;步骤(3)中在步骤(2)排出积液的污泥中添加未负载硫杆菌的生物炭，添加量为污泥量的20%，搅拌2小时后，调整污泥的pH至6.5。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中生物炭与硫杆菌的重量比为100∶2，混合搅拌7分钟;步骤(2)中将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的3%。
4.一种污泥制备有机肥料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)生物炭负载硫杆菌：将生物炭添加至硫杆菌溶液，混合搅拌5-10分钟，得负载硫杆菌的生物炭;
(2)生物淋滤：将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的1-5%，调整污泥含水量至100-150%，调整污泥pH至3-4，每隔2小时搅动20-30分钟，24-48小时后静置5-15小时，将污泥上层积液排出，再次调整污泥含水量至100-150%，每隔2小时搅动20-30分钟，24-48小时后静置5-15小时，将污泥上层积液排出;
(3)再吸附：在步骤(2)排出积液的污泥中添加未负载硫杆菌的生物炭，添加量为污泥量的10-30%，搅拌1-3小时后，调整污泥的pH至大于6;
(4)制备有机肥：将步骤(3)所得污泥脱水至含水 率50-80%，堆置发酵3-10天，制备成粒径为1-5mm的颗粒，干燥后即得本发明由污泥制备的有机肥。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中生物炭与硫杆菌的重量比为100∶1-3，混合搅拌6-8分钟;步骤(2)中将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的2-4%，调整污泥含水量至150%，调整污泥pH至3.5，每隔2小时搅动30分钟，48小时后静置12小时，将污泥上层积液排出，再次调整污泥含水量至150%，每隔2小时搅动30分钟，48小时后静置12小时，将污泥上层积液排出;步骤(3)中在步骤(2)排出积液的污泥中添加未负载硫杆菌的生物炭，添加量为污泥量的20%，搅拌2小时后，调整污泥的pH至6.5;步骤(4)中将步骤(3)所得污泥脱水至含水量60%，堆置发酵5天，干燥脱水后制备成粒径为3mm的颗粒。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中生物炭与硫杆菌的重量比为100∶2，混合搅拌7分钟;步骤(2)中将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的3%。
7.根据权利要求4-6任一项所述方法制备得到的有机肥料。
说明书
一种去除污泥中重金属的方法
技术领域
本发明涉及污泥的处理领域，具体涉及一种去除污泥中重金属的方法。
背景技术
伴随着我国城镇人口的不断增加和工业规模的不断增大，生活污水、工业污水的处理需求不断增大，伴随着我国污水处理能力的不断提高，对于污水处理过程中所出现的污泥如何处理的问题变得越来越突出。由于污泥中含有多种有机物、无机物和重金属离子，往往具有恶臭的气味，随意排放掩埋，不仅污染空气，还可能造成重金属对于土壤、水源的污染。
对于污泥的处理，一般采用浓缩、调质、脱水、稳定、干化或焚烧进行污泥的减量化或无害化处理，虽然可以相当程度上实现对污泥的处理，但步骤繁琐，需要消耗大量能源，为了进一步利用污泥中的有机物质和无机物质，人们尝试将污泥制备成有机肥料，但由于污泥中重金属的存在，由污泥制备的有机肥料可导致重金属在农作物中的累积，并最终导致重金属在人体或动物体内的累积，从而危害人和动物的身体健康，该问题的存在严重制约了将污泥制备成有机肥料产业的发展。
为了降低由污泥中重金属离子的含量，先后出现了利用生物炭吸附重金属以及利用生物淋滤去除重金属的方法，如对于生物炭进行改性(炭化前加入浓硫酸与浓硝酸的混合液处理秸秆)以增强其对重金属的吸附能力(参见CN103506077A)，利用生物炭与污泥制备有机复合肥(参见CN206089492U)。
生物炭是一种难溶的、稳定的、高度芳香化的、富含碳元素的固态物质，为黑炭的一种，具有致密的微孔结构和巨大的比表面积，吸附能力强，能吸附铅、铬、汞、镉等重金属，且成本低廉，但生物炭主要依靠表面吸附作用吸附重金属离子，对于污水中重金属离子的吸附作用较好，对于污泥中重金属离子的吸附作用较弱，且污泥中所含其他成分极大的削弱了生物炭对于重金属的吸附作用，生物炭所吸附的重金属仅固定与生物炭中，并未去除，存在重金属再溶出的风险，以上问题的存在制约了生物炭对于污泥中重金属的去除效果。
生物淋滤技术最初应用于贫矿中金属的溶出与回收，自20世纪80年代后期开始应用于污泥中重金属的浸出，其中生物淋滤是利用特异化的能自养型的嗜酸性硫杆菌降低污泥的pH值，促使重金属溶解，再对污泥进行脱水，从而去除污泥中的重金属。生物淋滤技术所使用的硫细菌不是人和动物的病原菌，且污泥中硫细菌生存能力适应性强，繁殖快，能快速启动淋滤重金属。生物淋滤技术还具有操作简单，运行过程无需特殊控制的优点，但存在着耗时长，难以完全清除污泥中的重金属等问题。
为了进一步的去除污泥中的重金属离子，促使污泥制备有机肥料产业的发展，有必要开发一种重金属离子去除效果更为优异的去除污泥中重金属的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种去除污泥中重金属的方法，其包括以下步骤：
(1)生物炭负载硫杆菌：将生物炭添加至硫杆菌溶液，混合搅拌5-10分钟，得负载硫杆菌的生物炭;
(2)生物淋滤：将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的1-5%，调整污泥含水量至100-150%，调整污泥pH至3-4，每隔2小时搅动20-30分钟，24-48小时后静置5-15小时，将污泥上层积液排出，再次调整污泥含水量至100-150%，每隔2小时搅动20-30分钟，24-48小时后静置5-15小时，将污泥上层积液排出;
(3)再吸附：在步骤(2)排出积液的污泥中添加未负载硫杆菌的生物炭，添加量为污泥量的10-30%，搅拌1-3小时后，调整污泥的pH至大于6。
优选的，步骤(1)中生物炭与硫杆菌的重量比为100∶1-3，混合搅拌6-8分钟;步骤(2)中将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的2-4%，调整污泥含水量至150%，调整污泥pH至3.5，每隔2小时搅动30分钟，48小时后静置12小时，污泥上层积液排出，再次调整污泥含水量至150%，每隔2小时搅动30分钟，48小时后静置12小时，将污泥上层积液排出;步骤(3)中在步骤(2)排出积液的污泥中添加未负载硫杆菌的生物炭，添加量为污泥量的20%，搅拌2小时后，调整污泥的pH至6.5。
更优选的，步骤(1)中生物炭与硫杆菌的重量比为100∶2，混合搅拌7分钟;步骤(2)中将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的3%。
再一个方面，本发明提供一种污泥制备有机肥料的方法，其包括以下步骤：
(1)生物炭负载硫杆菌：将生物炭添加至硫杆菌溶液，混合搅拌5-10分钟，得负载硫杆菌的生物炭;
(2)生物淋滤：将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的1-5%，调整污泥含水量至100-150%，调整污泥pH至3-4，每隔2小时搅动20-30分钟，24-48小时后静置5-15小时，将污泥上层积液排出，再次调整污泥含水量至100-150%，每隔2小时搅动20-30分钟，24-48小时后静置5-15小时，将污泥上层积液排出;
(3)再吸附：在步骤(2)排出积液的污泥中添加未负载硫杆菌的生物炭，添加量为污泥量的10-30%，搅拌1-3小时后，调整污泥的pH至大于6;
(4)制备有机肥：将步骤(3)所得污泥脱水至含水率50-80%，堆置发酵3-10天，制备成粒径为1-5mm的颗粒，干燥后即得本发明由污泥制备的有机肥。
优选的，步骤(1)中生物炭与硫杆菌的重量比为100：1-3，混合搅拌6-8分钟;步骤(2)中将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的2-4%，调整污泥含水量至150%，调整污泥pH至3.5，每隔2小时搅动30分钟，48小时后静置12小时，将污泥上层积液排出，再次调整污泥含水量至150%，每隔2小时搅动30分钟，48小时后静置12小时，将污泥上层积液排出;步骤(3)中在步骤(2)排出积液的污泥中添加未负载硫杆菌的生物炭，添加量为污泥量的20%，搅拌2小时后，调整污泥的pH至6.5;步骤(4)中将步骤(3)所得污泥脱水至含水量60%，堆置发酵5天，干燥脱水后制备成粒径为3mm的颗粒。
更优选的，步骤(1)中生物炭与硫杆菌的重量比为100∶2，混合搅拌7分钟;步骤(2)中将负载硫杆菌的生物炭添加至污泥中，添加量为污泥量的3%。
本发明有益效果：
本发明通过生物炭负载硫杆菌的方式进行污泥的生物淋滤，以生物炭为载体，有利于污泥中重金属离子的溶出和清除。
本发明在生物淋滤的过程中通过排除、更新积液的方式，降低了积液中重金属的含量，有利于促进剩余重金属离子的溶出，从而有利于提高重金属的清除率。
本发明在生物淋滤完成后还包括在污泥中添加不负载硫杆菌的生物炭的步骤，从而将污泥中剩余的重金属吸附固定于生物炭中，吸附完成后调整污泥的pH值，避免了重金属的再溶出。
本发明去除污泥中重金属的方法，无需煅烧加热，能源消耗量低，成本低廉，重金属清除率高，经本申请处理的污泥由于重金属清除率高，因此，可以广泛应用于制备有机肥料、生物炭等，极大的提高了污泥处理的经济效益和社会效益。