生物淋滤对城市污泥重金属去除及形态变化的影响研究

以氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)为淋滤菌,对城市污泥进行生物淋滤,考察淋滤过程中污泥重金属(Cu、Zn、Ni、Cr)的去除及其形态变化规律,并根据淋滤前后重金属形态分布探讨重金属的淋滤去除机制。结果表明,生物淋滤可有效去除城市污泥中的Cu、Zn和Ni,对Cr几乎没有去除。生物淋滤后,Cu、Zn、Ni、Cr 4种重金属的去除率分别为55.97%、47.66%、26.10%、2.10%。pH是影响Zn和Ni去除的主要因素,而Cu在低pH和高氧化还原电位(ORP)条件下更易去除。BCR形态分析表明,生物淋滤之后污泥中Cu、Zn和Ni的4种形态含量均发生了不同程度的改变,其生物有效性和迁移性得到有效控制。通过重金属形态变化规律间接得出,Cu的生物淋滤过程以直接机制为主,Zn和Ni的生物淋滤过程是直接机制和间接机制共同作用的结果。     

基于生物淋滤的城市污泥重金属溶出及形态迁移

利用生物淋滤法处理城市污泥,以生物淋滤过程中pH、ORP(氧化还原电位)变化以及重金属(Zn、Cu、Cd)溶出率为指标,考察淋滤菌接种比例、初始pH、淋滤时间对生物淋滤的影响,并分析了生物淋滤前后,重金属形态变化以及重金属的生物有效性和迁移性。结果表明富集筛选的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f)可有效溶出污泥中的重金属。生物淋滤最佳条件为:初始pH=4.00,淋滤菌接种比例30%,重金属Zn,Cu,Cd在第10天的整体处理效果最优,溶出率分别达到75.30%、50.40%和74.44%。BCR形态分析表明:原污泥中Zn,Cu,Cd主要以弱酸提取态、可还原态和氧化态存在,残渣态较少;生物淋滤之后,3种重金属弱酸提取态、可还原态和氧化态含量有不同程度降低,其中,可还原态含量降低最为显著,残渣态基本无变化,并且淋滤后污泥中重金属氧化态及残渣态所占比例较淋滤前高,污泥稳定性得到提升。生物淋滤可以通过减少污泥中重金属含量和改变重金属形态降低其生物有效性和迁移性。     

生物淋滤技术对城市污泥中高浓度重金属的去除

实验以单质硫粉作为能源基质,考查了生物淋滤技术针对城市污泥中高浓度重金属的去除效果,探讨了生物淋滤处置前后污泥中重金属的形态变化规律。结果表明,生物淋滤技术能够有效去除污泥中的高浓度重金属。在硫粉投加量为4 g·L~(-1)、HRT为5 d、污泥回流比为50%、污泥浓度为4%、温度为30℃的条件下,生物淋滤系统pH值可降低至1.5左右,污泥中残留重金属Zn、Cu、Cr、Ni分别可降低至400、400、900和200 mg·kg~(-1)左右,达到了《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(CJ/T 362~(-2)011)标准重金属限值。生物淋滤处置后,污泥中残留重金属Zn、Cu、Cr、Ni均主要以稳定形态存在,环境风险较低,为进行土地利用奠定了物质基础。     

沉淀、絮凝和超滤排除电镀漂洗水中的重金属

由氢氧化物沉淀、絮凝和超滤可有效地从电镀漂洗水中除去铬、镍、铜和锌。进行沉淀以前,用硫酸亚铁把铬从六价还原成三价的形式,铜、锌漂洗水中氰化物用次氯酸钠氧化。对铬、镍、铜、锌漂洗水独立分批实验,渗透液中金属的最低浓度分别是0.17(Cr),0.26(Ni),0.30(Cu)和1.84(Zn)     

含锌离子模拟废水沉淀研究及污泥表征

采用氢氧化钙、碳酸钠和硫化钠处理含锌废水,在溶液pH、锌离子浓度、颗粒粒径、颗粒Zeta电位、上清液浊度和污泥体积等指标测定的基础上,结合沉淀产物表征,探讨了沉淀剂用量对锌离子去除率的影响及沉淀机理。研究结果表明,n(Ca(OH)2∶n(Zn)=1.5,去除率达到最大值99.65%,n(Na2CO3)∶n(Zn)=1.5,去除率达到最大值99.89%,n(Na2S)∶n(Zn)=2.5,去除率达到最大值99.95%。X-射线衍射和热重分析表明,氢氧化钙与废水生成的沉淀物为碳酸钙和氧化锌,碳酸钠与废水生成的沉淀物为氧化锌和碱式碳酸锌,硫化钠与废水生成的沉淀物为硫化锌,这对污泥处理处置以及回收利用有指导意义。     

混合质电镀污泥中金属分离富集与分质回收研究

对混合质电镀污泥进行了湿法分离和金属回收研究,拟采用硫化分离富集—分质回收的工艺路线实现重金属的全组元回收。结果表明,在常温下采用分段硫化可以实现电镀污泥中Cu、Ni、Zn、Cr的分离与富集,在控制pH为3.8时,浸出液中Cu、Ni、Zn的硫化沉淀率均大于98%,Cu、Ni、Zn与Fe、Cr取得了较好的分离,在pH为4.1时,Cr与Fe取得了较好的分离效果,Fe的硫化沉淀率达到了93.35%,Cr最终在铬泥中得到富集;富集了Cu、Ni、Zn的硫化渣和富集了Cr的铬泥容易实现金属的分质回收;对重金属含量较低的混合质电镀污泥,采用硫化分离富集—分质回收的工艺是可行的,可将Cu、Ni、Zn、Cr等重金属予以全组元回收,同时处理后废渣可作为一般工业固废进行处理。     

离子浮选法处理电镀废水实验研究

进行离子浮选法处理电镀废水的研究,对影响因素pH、CA∶CMe(摩尔比)、离子强度、浮选时间和通气量等进行了实验研究。实验结果表明:离子分离选择性递减顺序为:Cd2+Zn2+Fe2+Cu2+Ni2+。当CA∶CMe为2.5～3∶1,pH为8.5～9,离子强度不高于0.0001 mol/L时,离子浮选对镉、锌、铜、镍等金属离子均有很高的去除率,Cd2+、Zn2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+残余浓度最低分别可达0.05、0.20、0.22、0.28和0.33 mg/L,处理后的电镀废水各污染物浓度均达到排放标准。泡沫产品中镉、锌、铜、镍品位分别达到3.2%、9.3%、18.1%和13.2%,具有极高的资源回收价值。     

丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用

利用氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)对采自株洲霞湾港底泥中的Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属进行生物淋滤实验,在实验中加入丝状菌考察其对重金属去除效果的影响。结果表明,丝状菌可以有效抑制低分子量有机酸对A.f的毒害作用,促进各种重金属的去除。当加入10%(体积比)的丝状菌后,生物淋滤过程中系统pH值在5 d内降低到2以下,Fe2+在4 d内完全氧化。经过10 d的处理,Cu、Cd、Pb和Zn 4种重金属的最高去除率分别达到76.3%、92.5%、52.6%和88.5%,与不加入丝状菌的处理相比,达到最大去除率所需的时间缩短1~2 d,4种重金属中,丝状菌的加入对Pb的去除促进作用最为明显,其去除率增加1倍左右。因此,在生物淋滤处理重金属-有机物复合污染底泥工艺中接入丝状菌对处理效果有很好的促进作用。     

催化剂Cu/HZSM-5的硅铝比对催化分解N2O的影响

为系统研究Cu/HZSM-5硅铝比对其各类性能的影响,采用等体积浸渍法与离子交换法,以硅铝比为27、50、117的HZSM-5为载体,制备负载型N_2O催化分解催化剂Cu/HZSM-5和Cu/ZSM-5,催化剂的活性组分为CuO。通过催化剂反应活性评价、X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析结果,对2种方法制备催化剂活性的差异进行了分析。利用比表面积孔径分析仪(BET)、X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线荧光光谱分析(XRF)、氢气程序升温还原分析(H_2-TPR)、氨气程序升温脱附分析(NH_3-TPD)等表征手段对催化剂物化性质等进行分析,得到载体HZSM-5的硅铝比差异对催化剂特征结构、比表面积、特征形貌、酸性位数量、可还原性能的影响规律。等体积浸渍法制备的催化剂活性评价结果表明,硅铝比为27的Cu_8/HZSM-5催化剂活性最好,完全催化分解N_2O的温度在400℃左右。水热稳定性实验结果以及寿命实验结果表明,硅铝比为27的Cu_8/HZSM-5具有良好的水热稳性,3种硅铝比的Cu_8/HZSM-5催化剂均具备良好的热稳定性。Cu/HZSM-5的活性评价以及各种表征结果显示,在一定范围内,硅铝比越低,催化剂活性越好。     

氧化硫硫杆菌JJU-1生物淋滤去除污泥中的重金属

将前期分离得到的嗜酸性氧化硫硫杆菌JJU-1(Thiobacillus thiooxidans JJU-1)接种于污水处理厂污泥中,进行为期7 d的生物淋滤实验,对淋滤过程中的pH值、氧化还原电位(ORP)和重金属去除率进行检测。研究结果表明:氧化硫硫杆菌JJU-1不同接种量处理浸出液的pH下降幅度不同,当接种量为15%时,浸出液pH下降最快,其ORP达到最大值(444m V),Cu、Cd和Pb的去除率分别高达79.2%、96.6%和93.4%。添加能源物质S可以明显降低淋滤液的pH,当能源物质S投入量增加到12 g·L~(-1)时,淋滤7 d后,浸出液的pH下降至1以下,浸出液的ORP在S添加量为16 g·L~(-1)时达到最大值(477 m V),20 g·L~(-1)S粉添加量条件下,Cr、Cu和Pb的去除率最大,分别为98.8%、74.3%和85.8%;然而,添加能源物质S对Cd的浸出无明显影响。以上研究结果表明,氧化硫硫杆菌JJU-1在去除污泥中重金属方面有着广阔的前景。     

硫化物沉淀系统Cu~(2+)诱导结晶过程研究

以模拟含铜废水为处理对象,在流化床反应装置中对比考察了回流系统以及沉淀剂pH条件改变对硫化物沉淀系统Cu~(2+)诱导结晶过程的影响。结果表明:(1)在硫化物沉淀系统中,当进水Cu~(2+)约为200mg/L、沉淀剂pH为8~12时,系统发生均相成核过程,系统出水中Cu~(2+)去除率可达98%以上,微晶产率低于2%。随着沉淀剂pH提高至12.0,CuS过饱和指数提高至4.08×1011,微晶质量浓度变化不超过1个数量级,低于7mg/L。(2)结晶产物以CuS及Cu(OH)_2为主,并含有无定型非晶成分。     

基于单质硫回收的高含硫废水氧化

采用双氧水在常温常压下对实验室模拟的高浓度含硫废水进行处理,考察了双氧水的浓度、初始p H和反应时间对硫化物去除效果的影响,以及含硫废水去除过程中氧化还原电位(ORP)的控制对氧化产物的影响,分析了固相产物的晶体和表面结构。结果表明,在双氧水浓度为0.147 mol/L、初始p H为6、反应时间为9 min的条件下,废水中硫化物浓度由1 985.46 mg/L降至38.37 mg/L,硫化物去除率达到98.07%,去除效果最佳。在初始ORP值不同的条件下,体系中主要的氧化产物为单质硫和硫酸根;当加入的氧化剂不足时,单质硫和硫酸根随ORP值降低而增加,当加入氧化剂过量时,单质硫和硫酸根随ORP值增加而增加;当体系中ORP值控制在60~178 m V时,单质硫的产量都能达到较为理想的值。X射线衍射(XRD)分析表明,体系中固相产物为环状斜方硫(α-硫)。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,单质硫颗粒为表面不光滑的球状颗粒,粒径呈微米级,越小越易聚集在一起。     

ORP控制在硫化物生物氧化成单质硫过程中的应用

试验采用气升式反应器,接种实验室自行培养的排硫硫杆菌种,在进水pH值为7.0±0.2,温度控制在30±2℃条件下,研究了以ORP为控制参数在硫化物生物氧化成单质硫过程中的应用,并考察了pH和污泥硫负荷对ORP及硫化物生物氧化的影响.结果表明,硫化物去除率和硫酸根生成率均随ORP的降低而下降,不同容积负荷下,控制合适的ORP均可得到单质硫的最大生成率;当ORP为-380～340 mV,pH为7.85～8.63,污泥硫负荷为8.4 kg S/(kg MLSS·d)时,反应器运行状况良好.     

SAPS处理酸性矿山废水的模拟应用研究

根据硫酸盐还原菌(SRB)的生物矿化原理设计了一套连续碱度产生系统(SAPS)反应器,以市政污水处理厂的活性污泥为SRB提供源,南方常见的香芋柄为有机物碳源,选用石灰石为反应器中碱度层填充物,进行实验室模拟SAPS处理酸性矿山废水(AMD)的应用研究,实验结果表明,SAPS处理酸性矿山废水的方法是具有技术可行的:SRB利用有机碳源生长代谢,产生碱度、还原SO2-4和降解COD。最终废水p H从进水4.0左右上升到出水7.0左右;出水COD降低到约200 mg/L;SO2-4还原为各种硫化物,其还原率约为61%;不同金属离子在有机层和碱度层发生反应产生沉淀,其中Fe2+、Cu2+和Zn2+的去除效率分别约为76%、78.5%和82%,而主要靠物理吸附作用的Mn2+去除率较低;初次模拟SAPS运行到56 d时,系统最终因有机碳源不足而各项指标不再改变。     

生物法生成单质硫过程中氧化还原电位的研究

采用升流式好氧反应器,接种实验室自行培养的排硫硫杆菌,进水硫化物质量浓度为343～356 mg/L,在不同容积负荷下,研究不同氧化还原电位(ORP)对硫化物生物转化的影响.结果表明,ORP为(-260±10)mV时,硫化物去除率均达95%以上;随着ORP的降低,硫化物去除率和硫酸根生成率均呈下降趋势;不同容积负荷下,控制合适的ORP均可得到单质硫的最大生成率.     

元素硫颗粒粒径对污泥重金属生物沥滤的影响

以城市污水处理厂剩余污泥作为处理介质,土著嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans,A.thiooxi-dans)为主要沥滤微生物,采用序批式生物沥滤装置,就投加150~725μm的不同粒径元素硫对沥滤的酸化效果、硫酸根产率和重金属去除效果的影响进行了研究。结果表明,在元素硫投配量为3 g/L,曝气强度为1.0 L/(min.L)的条件下,元素硫粒径在165~215μm范围减小时能显著改善污泥酸化速度、提高酸化程度和硫酸根产率。底物元素硫的最佳粒径为165μm,此时沥滤体系pH下降速率为0.85个pH单位/d,硫酸根的产率为454.9 mg/(L.d),沥滤6 d后污泥中高浓度重金属Cu、Zn、Cd的去除率达到70.3%、81.2%、87.8%.     

不同粒径垃圾焚烧飞灰金属形态分布比较研究

研究了华南地区某垃圾焚烧厂的除尘器飞灰的化学组成和粒径分布,并采用分级提取法对不同粒径飞灰中的重金属化学形态进行了研究。同时比较了华南、华东、西南地区以及台湾地区垃圾焚烧飞灰的筛下累积分布和不同粒径飞灰中各重金属组成。结果表明,飞灰的组要成分为：CaO、SiO2和SO3等;各地区75%的飞灰粒径都主要集中在38.5～75μm。华南地区各粒径飞灰中挥发性金属（Zn和Pb）含量明显高于其他金属。除Ni和Cr外,Cu、Zn、Pb和Cd含量随粒径减小呈先减少后增大的趋势。华南地区Cu、Zn、Ni、Cr、Pb和Cd的含量均高于其他地区（台湾地区除外）。Cu、Zn和Cd的弱酸提取态和可还原态含量较高。高于40%的水溶态Pb表明其对环境有较大潜在危害;40%Ni和Cr主要以残渣态存在,对环境的潜在影响较小。     

底泥性质对重金属生物淋滤效果的影响

生物淋滤技术是一项可以将重金属从污染底泥或土壤中分离出来的环境修复技术,具有反应温和、耗酸少、运行成本较低、去除效率高,以及脱毒后底泥的脱水性能好等优点。然而,底泥成分复杂、流域特异性高,这使得相似的生物淋滤工艺对不同底泥的重金属去除效果不尽相同、淋滤技术的工艺参数标准化难度增加。综述了底泥性质对淋滤反应的3方面影响:底泥中的有机质与酸可挥发性硫化物(AVS)会改变重金属的形态;pH、可还原性硫、水溶性有机物(DOM)会对淋滤功能菌的活性产生影响;底泥粒度和耗酸能力(ACC)也会影响重金属的化学淋出效果。在此基础上提出今后该技术有待开展的研究内容,以期为该技术的进一步推广应用提供理论依据和技术支撑。     

油页岩循环流化床锅炉底渣和飞灰中重金属元素浸出毒性研究

为了研究我国桦甸油页岩65 t/h循环流化床锅炉的底渣和飞灰中重金属元素Cr、Cu、Pb和Zn的赋存状态及不同酸度条件下的浸出特性,分别进行了逐级提取实验和分批浸出的淋滤实验。逐级提取实验结果表明,这4种元素在底渣和飞灰中具有基本相当的赋存状态。硫化物结合态和稳定的残渣态是各元素的主要赋存状态,元素的潜在浸出能力大小表现为:PbCrCuZn,飞灰中各元素的潜在浸出能力大于底渣中的。浸出实验结果表明,元素的赋存状态决定了其浸提能力,浸提液的pH值对各元素浸出能力的影响不尽相同,各元素的浸出能力随浸提时间的延长都会趋于平衡,Cr和Pb的浸出浓度都高于地表水和饮用水的国家标准。     

生物法和化学法回收制革污泥中铬的对比研究

研究了嗜酸性硫杆菌(Thiobacillus)生物沥滤法和1:1硫酸化学沥滤法分离回收制革污泥中的铬.比较了嗜酸性硫杆菌生物沥滤法和化学沥滤法回收制革污泥铬过程中pH、氧化还原电位(ORP)、沉降比(SV)以及铬的沥滤率的变化.试验结果表明,pH是影响制革污泥中铬的沥滤率的关键因素.生物沥滤法在使污泥pH大幅度降低的同时,能很好地改善污泥的沉降性能,对铬的沥滤效果好于化学沥滤法.