申请日2013.06.03
公开(公告)日2014.04.09
IPC分类号C02F1/52; C02F101/20; C02F1/56
摘要
本发明公开了一种在重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法，属于环境工程领域。含重金属的废水处理过程中得到的化学污泥多为絮状悬浮态的污泥，其稳定性、沉降性和脱水性较差，严重影响了出水水质和工艺运行效率。受形成生物颗粒污泥的诱导核假说和胞外聚合物假说启发，本发明应用改进的并流加料控制结晶法，改变了重金属沉淀的反应历程，并通过添加晶种和絮凝剂，得到了非生物重金属颗粒污泥。此方法运行周期短，流程简单，操作简便，可有效提高重金属化学污泥的稳定性，沉降污泥含水率较普通絮状污泥降低了7%-8%，沉降速率提高了4～5倍。
权利要求书
1.一种在重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)沉淀反应采用并流加料控制沉淀法生成重金属氧化物沉淀物：在搅拌速度为400～800rpm条件下，向100-300mL含晶种物质的悬浮水溶液中通过并流加料的方式分别滴加重金属离子浓度为100～1000mg/L的重金属废水和沉淀剂0.01～0.02mol/L的氢氧化钠水溶液;控制重金属废水的滴加速率不超过3mL/min;通过调节氢氧化钠水溶液的滴加速率控制反应体系的pH值为8.0～10.5;反应1小时;所述的晶种物质包括纳米或微米级的二氧化硅、氧化锌、氧化铜、氧化铅和氧化镉中的一种或多种;所述的含有晶种物质的悬浮水溶液的固体浓度为0.5～2.0g/L;反应过程中控制反应温度不低于25℃;2)絮凝反应在步骤1)反应后的悬浮溶液体系中投加质量分数为0.1%的聚丙烯酰胺絮凝剂，使其在体系中的浓度为8～12mg/L;然后400～800rpm搅拌0.5～1min，再在25～100rpm搅拌10～15min，静置30min，使颗粒污泥稳定并完全沉降。
2.根据权利要求1所述的在重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法，其特征在于，所述的重金属包括Zn2+、Cu2+、Pb2+和Cd2+中的一种或多种。
说明书
一种重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法
技术领域
本发明属于环境工程领域，具体涉及一种重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法。
背景技术
在重金属废水处理过程中，污泥的固液分离性能是一个非常重要的指标，若产生的污泥结构不稳定、沉降分离效果差，在后续沉降和运输过程中极易造成污泥反溶，污泥中的重金属会重新回到上清液中，使出水的重金属浓度和浊度都有所提高，严重影响了处理效果。
目前重金属废水处理工艺运行中得到污泥有两种状态，一种是絮状悬浮态污泥，一种是生物颗粒污泥。絮状悬浮态污泥存在于大部分的化学沉淀法和活性污泥法工艺中，它们无规则的外形，密度和强度较低，沉降性能差，普通的絮状活性污泥的沉降速度仅为0.17-0.42cm/s。然而，厌氧和好氧颗粒污泥的出现则克服了这些缺点。与普通的絮状悬浮态污泥相比，生物颗粒污泥的结构较为稳定，具有规则的外形，密度大，强度高，尤其是沉降性能较为突出，其沉降速度最大可达到6.6cm/s，远远超过了絮状污泥。这主要是因为在生物颗粒污泥形成过程中，微生物代谢分泌的、包裹在细胞壁外的高分子聚合物EPS(Extracellular PolymericSubstance)，可在邻近细胞之间或者细胞与其他颗粒物质之间形成架桥，促使其聚集形成颗粒状。此外，生物颗粒污泥形成过程中的诱导核假说认为内核物质(如原有的惰性物质、外加的无机颗粒、污泥碎片等)的存在为微生物的吸附生长提供表面，有助于微生物在内核上面附着、聚集生长。因此，本发明拟借鉴形成生物颗粒污泥的诱导核假说和胞外聚合物假说，通过选择适合的晶种并控制反应条件，以期在重金属废水处理过程中获得非生物颗粒物，可大大的提高污泥的沉降性、脱水性稳定性。传统中和法处理重金属废水过程中的反应一般为Me2++2OH-→Me(OH)2↓，其中Me2+代表Zn2+、Cu2+、Pb2+或Cd2+等重金属离子。此工艺过程中产生的重金属氢氧化物Me(OH)2沉淀为粒径极小的非晶态物质，限制了非生物颗粒污泥的形成。为了促进非生物颗粒污泥的形成，应致力于改变重金属废水处理沉淀物非晶态的本质。目前在重金属废水处理领域，除添加晶种的方法外，其他相关研究鲜见报道。但由于重金属氢氧化物在溶液中极易达到过饱和而发生爆发成核，形成大量细小、结晶度差的晶核，故仅通过添加晶种也难以改变重金属氢氧化物沉淀非晶态的本质。在纳米材料制备领域，有学者采用并流加料的方法控制生成金属氧化物及其在体系中的浓度和成核速度，可在常温下实现重金属的沉淀结晶，得到结晶度高、单分散性好的重金属氧化物MeO纳米颗粒，其反应方程式为Me2++2OH-→MeO↓+H2O。尽管在重金属废水处理过程中，最终目标是形成较大的非生物颗粒污泥，上述并流加料法同样为我们提供了新思路：通过控制加料方式实现反应历程的改变，即反应生成物从氢氧化物转变为氧化物。更重要的是，与传统并流加料法不同，在本体系中引入晶种，通过快速搅拌，即保证反应离子在溶液中的高度分散，又使其与晶种发生有效碰撞，促使结晶反应仅在晶种表面发生，沉淀物则以在晶种表面生长的形式析出，最终获得了结晶度高、尺寸大的重金属氧化物沉淀颗粒，实现了重金属废水处理过程中非生物颗粒污泥的形成。
发明内容
针对目前重金属废水处理过程中污泥难以固液分离的问题，本发明的目的是提供一种在重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法。该方法操作简单，运行周期短，无需复杂的设备就可以形成具有较好沉降性能的非生物颗粒污泥。为实现上述目的，本法是通过以下方式实现的：一种在重金属废水处理过程中形成非生物颗粒污泥的方法，包括以下步骤：1)沉淀反应采用并流加料控制沉淀法生成重金属氧化物沉淀物：在搅拌速度为400～800rpm条件下，向100-300mL含晶种物质的悬浮水溶液中通过并流加料的方式分别滴加重金属离子浓度为100～1000mg/L的重金属废水和沉淀剂0.01～0.02mol/L的氢氧化钠水溶液;控制重金属废水的滴加速率不超过3mL/min，;通过调节氢氧化钠水溶液的滴加速率控制反应体系的pH值为8.0～10.5;反应1小时;所述的晶种物质包括纳米或微米级的二氧化硅、氧化锌、氧化铜、氧化铅和氧化镉中的一种或多种;所述的含有晶种物质的悬浮水溶液的固体浓度为0.5～2.0g/L;反应过程中控制反应温度不低于25℃;2)絮凝反应在步骤1)反应后的悬浮溶液体系中投加质量分数为0.1%的聚丙烯酰胺絮凝剂，使其在体系中的浓度为8～12mg/L;然后400～800rpm搅拌0.5～1min，再在25～100rpm搅拌10～15min，静置30min，使颗粒污泥稳定并完全沉降。
所述的重金属包括Zn2+、Cu2+、Pb2+和Cd2+中的一种或多种。与现有技术相比，本发明的优点有流程简单，主要涉及了重金属的沉淀反应和颗粒物的絮凝反应;无需复杂设备，操作简单;反应周期远远低于生物颗粒污泥(20～100d);发明中形成的颗粒污泥结构稳定，且具有非常好的沉降性能，沉降污泥含水率较普通絮状污泥降低了7%-8%，沉降速率提高了4～5倍;对重金属废水处理工艺具有重要作用。