申请日2018.01.23
公开(公告)日2018.06.22
IPC分类号C02F11/00; C02F11/12; C02F101/20
摘要
本发明提供的城市污泥中重金属的去除方法先将城市污泥进行超声波预处理，超声波预处理能破坏污泥的结构，改善污泥的脱水性能，同时，通过超声波预处理与生物沥浸结合，有效去除了城市污泥中的重金属，并有效去除了城市污泥中的总大肠菌群和粪大肠菌群。另外，本发明提供的去除方法对城市污泥的脱水效果较优，生物沥浸时间短。通过进一步限定接种菌的种类为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，在进行生物沥浸时，这两种自养型微生物可以直接将硫化物氧化成可溶解的硫酸盐而将重金属沥出，同时还可以通过细菌氧化的中间代谢产物来溶解重金属。因而，对于去除城市污泥中的重金属、总大肠菌群和粪大肠菌群有明显的促进作用，污泥的脱水效果也得到提高。
权利要求书
1.一种城市污泥中重金属的去除方法，包括：
A)对城市污泥进行超声波预处理，得到预处理后的城市污泥;
B)将接种菌接种到预处理后的城市污泥中，得到接种后的城市污泥;
C)将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，得到除去重金属的城市污泥。
2.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述超声波预处理的超声频率为21～28kHz，所述超声波预处理的声能密度为0.02～0.03W/mL，所述超声波预处理的超声时间为5～10s。
3.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，步骤A)中，所述超声波预处理后，还包括向超声波预处理后的城市污泥中添加Fe2+和S0;
所述Fe2+的添加量为1～2g/L，所述S0的添加量为1.2～2.4g/L。
4.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述接种菌为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌。
5.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，步骤B)中，所述接种菌在接种之前还包括在液体培养基中培养接种菌，得到培养后的接种菌;
培养后的每种接种菌的菌体细胞数在107～108个/mL。
6.根据权利要求5所述的去除方法，其特征在于，所述培养接种菌的温度为28～30℃。
7.根据权利要求5所述的去除方法，其特征在于，所述培养后的接种菌占所述预处理后的城市污泥的6～10wt%。
8.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述生物沥浸的温度为28～30℃，所述生物沥浸的曝气量为1.2～1.5m3/h，所述生物沥浸的时间为24～30h。
9.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述生物沥浸的过程中，还包括：每隔12h采取称重法补充蒸发的水分，保持接种后的城市污泥的浓度为25～30g/L。
10.根据权利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述生物沥浸后，还包括将所述生物沥浸后的城市污泥进行压滤;
所述压滤的压力为4～5MPa，所述压滤的时间为1～1.5h。
说明书
城市污泥中重金属的去除方法
技术领域
本发明涉及环境保护和资源综合利用领域，尤其涉及一种城市污泥中重金属的去除方法。
背景技术
随着各国对污水治理的日益重视，以及城市污水处理厂的不断新建，污泥的产量不断增长。据预测，按照污水有效处理率来推算，2020年的污泥产量将达到8000多万吨。城市污泥是污水处理过程中形成的沉淀物，具有高含水率、高有机物含量、高重金属含量以及有害菌群较多等特点，如不妥善处理将对生态环境造成巨大危害。
生物沥浸技术可以实现污泥重金属的脱除，而且不损失污泥有机质的含量，因而，生物沥浸技术是去除污泥重金属的有效途径，具有广泛的应用前景。然而，生物沥浸周期长，对重金属的沥浸效率低。因此，如何提高重金属的生物沥浸效率已经成为目前国内外研究的热点。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种城市污泥中重金属的去除方法，这种去除方法对重金属的去除效果较优，同时，对城市污泥中总大肠菌群和粪大肠菌群的去除效果较优。
本发明提供了一种城市污泥中重金属的去除方法，包括：
A)对城市污泥进行超声波预处理，得到预处理后的城市污泥;
B)将接种菌接种到预处理后的城市污泥中，得到接种后的城市污泥;
C)将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，得到除去重金属的城市污泥。
优选的，所述超声波预处理的超声频率为21～28kHz，所述超声波预处理的声能密度为0.02～0.03W/mL，所述超声波预处理的超声时间为5～10s。
优选的，步骤A)中，所述超声波预处理后，还包括向超声波预处理后的城市污泥中添加Fe2+和S0;
所述Fe2+的添加量为1～2g/L，所述S0的添加量为1.2～2.4g/L。
优选的，所述接种菌为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌。
优选的，步骤B)中，所述接种菌在接种之前还包括在液体培养基中培养接种菌，得到培养后的接种菌;
培养后的每种接种菌的菌体细胞数在107～108个/mL。
优选的，所述培养接种菌的温度为28～30℃。
优选的，所述培养后的接种菌占所述预处理后的城市污泥的6～10wt%。
优选的，所述生物沥浸的温度为28～30℃，所述生物沥浸的曝气量为1.2～1.5m3/h，所述生物沥浸的时间为24～30h。
优选的，所述生物沥浸的过程中，还包括：每隔12h采取称重法补充蒸发的水分，保持接种后的城市污泥的浓度为25～30g/L。
优选的，所述生物沥浸后，还包括将所述生物沥浸后的城市污泥进行压滤;
所述压滤的压力为4～5MPa，所述压滤的时间为1～1.5h。
本发明提供了一种城市污泥中重金属的去除方法，包括：
A)对城市污泥进行超声波预处理，得到预处理后的城市污泥;
B)将接种菌接种到预处理后的城市污泥中，得到接种后的城市污泥;
C)将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，得到除去重金属的城市污泥。
本发明提供的去除方法先将城市污泥进行超声波预处理，超声波预处理能破坏污泥的结构，改善污泥的脱水性能，同时，通过超声波预处理与生物沥浸的结合，可以有效去除城市污泥中的重金属，并对城市污泥中总大肠菌群和粪大肠菌群的去除效果较优。另外，本发明提供的去除方法对城市污泥的脱水效果较优，生物沥浸时间短。本发明进一步限定接种菌的种类为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，在进行生物沥浸时，这两种自养型微生物可以直接将硫化物氧化成可溶解的硫酸盐而将重金属沥出，同时还可以通过细菌氧化的中间代谢产物来溶解重金属。因而，对于去除城市污泥中的重金属、总大肠菌群和粪大肠菌群有明显的促进作用，同时，污泥的脱水效果也得到了提高。
实验结果表明，本发明提供的去除方法对城市污泥中重金属Cu的去除率不低于65%，对重金属Zn的去除率不低于88%，对重金属Cr的去除率不低于53%。对城市污泥中总大肠菌群(TC)和粪大肠菌群(FC)的去除率可以超过99%，甚至更高。城市污泥的比阻降低至0.39×1013，甚至更低，极大改善了污泥的脱水性能，压滤后污泥含水率降低到50%以下。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种城市污泥中重金属的去除方法，包括：
A)对城市污泥进行超声波预处理，得到预处理后的城市污泥;
B)将接种菌接种到预处理后的城市污泥中，得到接种后的城市污泥;
C)将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，得到除去重金属的城市污泥。
本发明先将城市污泥进行超声波预处理，得到预处理后的城市污泥。超声波预处理能破坏污泥的结构，改善污泥的脱水性能，同时，通过超声波预处理与生物沥浸的结合，可以有效去除城市污泥中的重金属，并对城市污泥中总大肠菌群和粪大肠菌群的去除效果较优。另外，本发明提供的去除方法对城市污泥的脱水效果较优，生物沥浸时间短。
所述超声波预处理的超声频率优选为21～28kHz。在本发明的某些实施例中，所述超声波预处理的超声频率为21kHz或28kHz。所述超声波预处理的声能密度优选为0.02～0.03W/mL。在本发明的某些实施例中，所述超声波预处理的声能密度为0.02W/mL或0.03W/mL。所述超声波预处理的超声时间优选为5～10s。在本发明的某些实施例中，所述超声波预处理的超声时间为5s或10s。
所述超声波预处理后，优选还包括向超声波预处理后的城市污泥中添加营养物质Fe2+和S0。所述Fe2+的添加量优选为1～2g/L，所述S0的添加量优选为1.2～2.4g/L。在本申请的某些实施例中，所述Fe2+的添加量为1g/L或2g/L，所述S0的添加量为1.2g/L或2.4g/L。
得到预处理后的城市污泥后，将接种菌接种到预处理后的城市污泥中，得到接种后的城市污泥。
在本发明中，所述接种菌优选为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌。本发明进一步限定接种菌的种类为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，在进行后续的生物沥浸时，这两种自养型微生物可以直接将硫化物氧化成可溶解的硫酸盐而将重金属沥出，同时还可以通过细菌氧化的中间代谢产物来溶解重金属。因而，对于去除城市污泥中的重金属、总大肠菌群和粪大肠菌群有明显的促进作用，同时，污泥的脱水效果也得到了提高。
本发明对所述接种菌的来源并无特殊的限制，可以自制，也可以为一般市售。本发明优选从驯化的污泥中分离出氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，并经16sRNA测序鉴定，获得氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌。
所述接种菌在接种之前优选还包括培养接种菌，得到培养后的接种菌。所述接种菌优选在液体培养基中进行培养。更优选的，具体为：将所述氧化亚铁硫杆菌接种于SM液体培养基中进行培养，将所述氧化硫硫杆菌接种于改进型9K培养基中进行培养。所述培养后的每种接种菌的菌体细胞数优选为107～108个/mL。更优选的，具体为：培养后的氧化亚铁硫杆菌的菌体细胞数为107～108个/mL;培养后的氧化硫硫杆菌的菌体细胞数为107～108个/mL。
所述培养的温度优选为28～30℃。在本发明的某些实施例中，所述培养的温度为28℃或30℃。
所述培养优选在往复式摇床中进行，所述往复式摇床的摇摆速度优选为180～200r/min。
得到培养后的接种菌后，将所述培养后的接种菌接种到预处理后的城市污泥中，得到接种后的城市污泥。
在本发明中，所述培养后的接种菌优选占所述预处理后的城市污泥的6～10wt%。在本发明的某些实施例中，所述培养后的接种菌占所述预处理后的城市污泥的6wt%、8wt%或10wt%。
得到接种后的城市污泥后，将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，得到除去重金属的城市污泥。
所述生物沥浸的温度优选为28～30℃。在本发明的某些实施例中，所述生物沥浸的温度为28℃或30℃。所述生物沥浸的曝气量优选为1.2～1.5m3/h。在本发明的某些实施例中，所述生物沥浸的曝气量为1.2m3/h或1.5m3/h。所述生物沥浸的时间优选为24～30h。在本发明的某些实施例中，所述生物沥浸的时间为24h或30h。
所述生物沥浸的过程中，优选还包括：每隔12h采取称重法补充蒸发的水分，保持接种后的城市污泥的浓度为25～30g/L。
所述生物沥浸后，优选还包括将所述生物沥浸后的城市污泥进行压滤。在本发明中，所述压滤的压力优选为4～5MPa。在本发明的某些实施例中，所述压滤的压力为4MPa或5MPa。所述压滤的时间优选为1～1.5h。在本发明的某些实施例中，所述压滤的时间为1h或1.5h。
本发明提供了一种城市污泥中重金属的去除方法，包括：
A)对城市污泥进行超声波预处理，得到预处理后的城市污泥;
B)将接种菌接种到预处理后的城市污泥中，得到接种后的城市污泥;
C)将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，得到除去重金属的城市污泥。
本发明提供的去除方法先将城市污泥进行超声波预处理，超声波预处理能破坏污泥的结构，改善污泥的脱水性能，同时，通过超声波预处理与生物沥浸的结合，可以有效去除城市污泥中的重金属，并对城市污泥中总大肠菌群和粪大肠菌群的去除效果较优。另外，本发明提供的去除方法对城市污泥的脱水效果较优，生物沥浸时间短。本发明进一步限定接种菌的种类为氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，在进行生物沥浸时，这两种自养型微生物可以直接将硫化物氧化成可溶解的硫酸盐而将重金属沥出，同时还可以通过细菌氧化的中间代谢产物来溶解重金属。因而，对于去除城市污泥中的重金属、总大肠菌群和粪大肠菌群有明显的促进作用，同时，污泥的脱水效果也得到了提高。
实验结果表明，本发明提供的去除方法对城市污泥中重金属Cu的去除率不低于65%，对重金属Zn的去除率不低于88%，对重金属Cr的去除率不低于53%。对城市污泥中总大肠菌群(TC)和粪大肠菌群(FC)的去除率可以超过99%，甚至更高。城市污泥的比阻降低至0.39×1013，甚至更低，极大改善了污泥的脱水性能，压滤后污泥含水率降低到50%以下。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种城市污泥中重金属的去除方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
对城市污泥进行超声波预处理，所述超声波预处理的超声频率28kHz、声能密度0.02W/mL、超声时间10s。向超声波预处理后的城市污泥中添加营养物质Fe2+和S0，Fe2+的添加量为1g/L，S0的添加量为1.2g/L，得到预处理后的城市污泥。
从驯化的污泥中分离出氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，并经16sRNA测序鉴定得到氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌，将所述氧化亚铁硫杆菌接种于SM液体培养基中，将所述氧化硫硫杆菌接种于改进型9K培养基中，并将这两种培养基置于往复式摇床培养，所述培养的温度为28℃，直至每种细胞菌体的浓度为107个/mL。
将所述培养后的氧化亚铁硫杆菌和培养后的氧化硫硫杆菌接种到预处理后的城市污泥中，培养后的氧化亚铁硫杆菌和培养后的氧化硫硫杆菌占所述预处理后的城市污泥的6wt%，得到接种后的城市污泥。
将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，所述生物沥浸的温度为28℃、曝气量为1.2m3/h、时间为30h，得到生物沥浸后的城市污泥。同时，每隔12h采取称重法补充蒸发的水分，保持接种后的城市污泥的浓度为25～30g/L。
对生物沥浸后的城市污泥进行性能检测，结果表明，实施例1的去除方法对城市污泥中重金属Cu的去除率为65%，对重金属Zn的去除率为90%，对重金属Cr的去除率为55%。对城市污泥中总大肠菌群(TC)和粪大肠菌群(FC)的去除率为99.3%。城市污泥的比阻降低至0.39×1013，极大改善了污泥的脱水性能。将生物沥浸后的城市污泥在4MPa下压滤1.5h，城市污泥的含水率降低至49%。
实施例2
对城市污泥进行超声波预处理，所述超声波预处理的超声频率21kHz、声能密度0.03W/mL、超声时间5s。向超声波预处理后的城市污泥中添加营养物质Fe2+和S0，Fe2+的添加量为2g/L，S0的添加量为1.2g/L，得到预处理后的城市污泥。
从驯化的污泥中分离出氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，并经16sRNA测序鉴定得到氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌，将所述氧化亚铁硫杆菌接种于SM液体培养基中，将所述氧化硫硫杆菌接种于改进型9K培养基中，并将这两种培养基置于往复式摇床培养，所述培养的温度为30℃，直至每种细胞菌体的浓度为108个/mL。
将所述培养后的氧化亚铁硫杆菌和培养后的氧化硫硫杆菌接种到预处理后的城市污泥中，培养后的氧化亚铁硫杆菌和培养后的氧化硫硫杆菌占所述预处理后的城市污泥的8wt%，得到接种后的城市污泥。
将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，所述生物沥浸的温度为30℃、曝气量为1.2m3/h、时间为28h，得到生物沥浸后的城市污泥。同时，每隔12h采取称重法补充蒸发的水分，保持接种后的城市污泥的浓度为25～30g/L。
对生物沥浸后的城市污泥进行性能检测，结果表明，实施例1的去除方法对城市污泥中重金属Cu的去除率为68%，对重金属Zn的去除率为88%，对重金属Cr的去除率为53%。对城市污泥中总大肠菌群(TC)和粪大肠菌群(FC)的去除率为99.4%。城市污泥的比阻降低至0.31×1013，极大改善了污泥的脱水性能。将生物沥浸后的城市污泥在5MPa下压滤1h，城市污泥的含水率降低至53%。
实施例3
对城市污泥进行超声波预处理，所述超声波预处理的超声频率28kHz、声能密度0.03W/mL、超声时间10s。向超声波预处理后的城市污泥中添加营养物质Fe2+和S0，Fe2+的添加量为2g/L，S0的添加量为2.4g/L，得到预处理后的城市污泥。
从驯化的污泥中分离出氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌，并经16sRNA测序鉴定得到氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌，将所述氧化亚铁硫杆菌接种于SM液体培养基中，将所述氧化硫硫杆菌接种于改进型9K培养基中，并将这两种培养基置于往复式摇床培养，所述培养的温度为28℃，直至每种细胞菌体的浓度为108个/mL。
将所述培养后的氧化亚铁硫杆菌和培养后的氧化硫硫杆菌接种到预处理后的城市污泥中，培养后的氧化亚铁硫杆菌和培养后的氧化硫硫杆菌占所述预处理后的城市污泥的10wt%，得到接种后的城市污泥。
将所述接种后的城市污泥进行生物沥浸，所述生物沥浸的温度为28℃、曝气量为1.5m3/h、时间为24h，得到生物沥浸后的城市污泥。同时，每隔12h采取称重法补充蒸发的水分，保持接种后的城市污泥的浓度为25～30g/L。
对生物沥浸后的城市污泥进行性能检测，结果表明，实施例1的去除方法对城市污泥中重金属Cu的去除率为70%，对重金属Zn的去除率为90%，对重金属Cr的去除率为55%。对城市污泥中总大肠菌群(TC)和粪大肠菌群(FC)的去除率为99.2%。城市污泥的比阻降低至0.27×1013，极大改善了污泥的脱水性能。将生物沥浸后的城市污泥在5MPa下压滤1.5h，城市污泥的含水率降低至50%。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。