黄铁矿与硫粉配合提高污泥重金属的淋滤效果

通过接种嗜酸性硫杆菌复合菌株(氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌)并采用序批式试验,研究了黄铁矿与硫粉2种底物配合使用对污泥中重金属生物淋滤效果的影响.结果表明,2种底物配合可加速污泥中重金属(Zn, Cu)的浸出,显著提高其去除率.经过18d的生物淋滤,在2种底物配合并接种的处理中,Zn和Cu的去除率分别可达89.2%,56.5%;而在单独加黄铁矿并接种的处理中两者的去除率分别为12.0%, 0.9%;单独添加硫粉并接种处理中分别为85.2%,37.6%,进一步验证了生物淋滤技术去除污泥中重金属的可行性.     

表面活性剂强化污泥生物淋滤Cu、Zn的研究

通过接种经Tween-80驯化培养的污泥混合硫杆菌,研究了不同浓度表面活性剂Tween-80对污泥生物淋滤过程中重金属Cu、Zn溶出效果的影响.同时探讨了Tween-80对混合硫杆菌氧化元素硫能力的影响.结果表明,投加0.5~8.0g/L Tween-80能促进硫杆菌氧化元素硫,并随着投加量的增加,元素硫的氧化率提高.但是在污泥生物淋滤实验中,随着Tween-80投加量增加,这种促进作用先加强后被抑制.Tween-80最佳投加量为6.0g/L,这时元素硫的生物氧化率显著提高,污泥酸化加快,经过8d的淋滤,Cu和Zn的淋滤效果可达到最佳,溶出率分别为91.9%和90.4%,而对照组在第10d淋滤效果达到最佳,分别为80.1%和85.2%.但是当Tween-80浓度大于6.0g/L时,硫杆菌的生长和繁殖受到抑制,使生物淋滤反应速度减缓,去除效率较低.     

生物酸化污泥回用在批式运行的污泥生物淋滤工艺中的效果

以制革污泥为对象,利用上批淋滤结束后的生物酸化污泥既含大量微生物又具有较强酸度的特点,用其回流以达到使原始污泥预酸化和接种微生物的双重效果,建立用生物淋滤技术序批式处理制革污泥的工艺.用硫酸调节原始污泥pH至5.5左右,接入质量分数为20%的菌种和0.4%的能源物质进行污泥中重金属的生物淋滤处理,取淋滤过程不同阶段中pH3.5、3.0、2.5、1.95的生物酸化污泥作菌种,同时用硫酸对待处理污泥预酸化进行下批生物淋滤处理.此外,采用刚淋滤结束的pH1.95的生物酸化污泥代替硫酸进行污泥的预酸化和接种.结果表明,用淋滤过程中pH3.5～1.95的生物酸化污泥作菌种,污泥的pH值都能够下降到2.0以下,而且不同pH值的生物酸化污泥作菌种的淋滤效果差异并不显著,说明淋滤过程中pH在3.5以下的污泥都可以作为菌种,接入到下一批次待处理的污泥中进行生物淋滤.连续6批次的污泥淋滤试验表明,用刚淋滤结束的pH<2的生物酸化污泥回流既能完全代替浓硫酸对原始污泥进行预酸化,并又兼有接种作用.每批处理4d均能稳定完成淋滤过程.因此,工程应用中只需在待处理污泥中添加上批淋滤结束的酸化污泥便可,使生物淋滤持续批式运行,大大简化了处理工艺.     

含硫底物种类与浓度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为材料,探究不同含硫底物及其浓度对污泥重金属生物沥滤的效果影响,通过添加单一底物(S0、Fe SO4、Na2S2O3、Fe S和Fe S2)、两种底物配合(S0+Fe SO4、S0+Na2S2O3、S0+Fe S、S0+Fe S2)进行沥滤实验。结果表明:除Fe S和Fe S2外,投加单一底物的沥滤体系中p H都呈下降趋势,沥滤持续5 d后p H值降至1.8左右,污泥中Zn、Pb、Ni、Cr和Cu等重金属去除率高,底物投加量为8~10 g/L(以S计);投加复合底物时,最佳投加方式为S0+Fe SO4,投加量为8 g/L,此时污泥体系酸化速度快,污泥中重金属Zn、Pb、Ni、Cr、Cu去除率分别达95.41%、89.48%、86.45%、84.51%和94.33%。     

生物沥浸预处理改善污泥脱水性能和去除重金属研究

通过生物沥浸预处理改善污泥脱水性能和去除其中的重金属,有利于降低后续污泥处理和处置过程中的成本和潜在的生态环境风险。以城市污水厂剩余污泥为研究对象,采用驯化所得的嗜酸性硫杆菌混合菌群为接种物,通过添加不同浓度的底物(FeSO4·7H2O)对污泥进行生物沥浸预处理试验,考察生物沥浸过程中污泥比阻(SRF值)和污泥中重金属含量的动态变化。结果表明:生物沥浸预处理可改善污泥的脱水性能并去除其中的重金属,污泥比阻降低率的变化范围为5.73%～79.53%,污泥中重金属去除率的变化范围为0.38%～90.84%,且底物浓度的改变对改善污泥脱水性能和提高污泥中重金属的去除率有一定的影响;当底物浓度为6g/L、生物沥浸5d时,可获得污泥最佳的脱水性能和污泥中重金属最佳的去除效果,在此条件下生物沥浸预处理后污泥的SRF值为0.52×1013 m/kg,污泥中重金属Zn、Cd、Cu、Ni、Pb和Cr的去除率分别为80.36%、76.89%、80.93%、86.04%、58.37%和58.52%。     

生物淋滤联合类Fenton反应去除污染土壤中重金属的效果

针对我国南方地区广泛存在的土壤重金属污染问题,以广东韶关铅锌矿周边污染农田土壤为研究对象,探讨利用生物淋滤方法与生物淋滤联合类Fenton反应对土壤Cu、Zn、Cd和Pb的去除效果,并采用序列化学提取(SEC)方法,分析不同处理对土壤中4种重金属形态分布的影响.结果表明,经12 d生物淋滤Cu、Zn、Cd和Pb的去除率分别达到66.5%、55.1%、72.8%和35.6%,其中无机结合态重金属去除效果最好,固相中剩余重金属主要以稳定的残渣态形式存在.2 d生物淋滤联合类Fenton反应在优化的H_2O_2浓度(5 g·L-1)下,对上述4种重金属的去除率分别为55.6%、50.6%、60.7%和30.5%,低于12 d生物淋滤处理,但显著高于H_2SO_4酸化、2 d生物淋滤、化学Fenton反应等对照处理.生物淋滤联合类Fenton反应可以实现原土壤中残渣态、有机结合态和无机结合态等较稳定态重金属的有效去除,使处理后土壤中4种重金属Cu、Zn、Cd和Pb的含量分别低于50、200、0.3和250 mg·kg~(-1)的标准限值.该方法兼具生物淋滤高去除效率和Fenton反应快速处理等优势,对于修复重金属Cu、Zn、Cd和Pb等复合污染的土壤具应用前景.     

嗜酸硫氧化菌株的分离及其在污泥生物脱毒中的应用

以元素硫为底物,采用选择性液体培养基加富培养继以稀释平板法直接从污泥中分离出一株嗜酸硫氧化菌株SS-3.该菌株能将硫粉或硫代硫酸盐氧化成硫酸或硫酸盐,但不能氧化二价铁.序批式生物淋滤试验结果表明,接种该菌株并添加硫作为底物可有效加速污水污泥中重金属的溶出.经过15 d的生物淋滤,Cr,Cu,Zn的去除率可分别达到66.8%,95.4%,100%.      

生物沥浸对自然干化污泥重金属去除效果研究

重金属的去除是污泥农用需要解决的关键问题之一.本研究采用摇瓶实验,将氧化硫硫杆菌为功能微生物的生物沥浸技术应用于干化污泥重金属的去除,对山西省不同污水处理厂11个干化污泥样品进行了为期15 d的生物沥浸处理.分析了生物沥浸体系p H及SO2-4的变化情况,并对生物沥浸前后污泥中Cu、Zn、As、Cd、Cr等重金属去除率及有机质、全氮、全磷、全钾等养分的损失率进行了分析.结果表明,干污泥直接进行生物沥浸过程较为缓慢,无机酸对体系的酸化能够快速启动干化污泥的生物沥浸过程.无机酸酸化后,体系S0的生物氧化率逐渐提高,酸化速率加快,且污泥重金属去除率随着p H的降低而提高,生物沥浸过程结束后,供试污泥样品Cu、Zn、As、Cd和Cr的去除率分别为23.69%~77.62%、89.67%~97.80%、30.24%~84.31%、18.18%~97.05%和28.55%~67.11%,而污泥有机质、全氮、全磷和全钾的含量损失率分别为3%、1%、44%和8%,污泥剩余养分含量满足农用泥质标准(CJ/T309-2009)的限定值.Cu、Zn、As、Cd和Cr去除率与污泥有机质含量呈显著负相关关系(r=0.935、0.895、0.932、0.516、0.847,n=11).     

污泥中氧化亚铁硫杆菌的分离及其应用效果

以FeSO4.7H2O为能源物质,采用9K选择性培养基培养继以Leathen固体培养基平板接种法直接从污泥中分离出一株高度嗜酸的氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)菌株该菌株适应污泥环境速度快,易于驯化.序批式试验法研究表明,接种该菌株进行污泥生物淋滤可有效溶出污水污泥中重金属.经过4～10 d的生物淋滤,Cr、Cu、Zn的最高去除率可分别达到80%、100%和100%.     

底物和曝气方式对城市污泥生物沥滤的影响

采用容积为5 L的生物沥滤反应器,探讨了底物硫酸亚铁盐和单质硫粉的不同投配比、空气与CO2的曝气比对生物沥滤去除城市污泥中重金属过程的影响。结果表明,仅投加10 g/L S粉为底物时,污泥出现最低pH值为1.87;随着Fe2+在Fe2+和S粉混合物作为底物中占的比例逐渐增大时,最终pH值逐渐增加;采用6种不同曝空气强度进行生物沥滤实验,曝气强度控制为1 L/min时污泥酸化效果和重金属滤出效果最佳;在此基础上补充曝CO2,随着空气和CO2曝气比的增大,污泥酸化速率变化不大;在底物单质硫粉添加量为10 g/L、空气和CO2曝气量分别为1.0和0.03 L/min时,整个生物沥滤体系运行效果最佳,重金属As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的去除率分别达到99.46%、92.02%、79.70%、92.12%、81.70%、86.58%和87.81%,同时有机质和氮磷钾的含量满足农用污泥的要求,处理后的污泥具有较高的农用价值。     

亚铁离子对混合接种污泥淋滤的影响

通过对污水污泥加富培养和驯化制成污泥生物淋滤的混合接种物。用混合接种物接种,固定能源物质硫粉质量浓度为2g／L,研究FeSO4·7H2O的投加量对污泥中重金属Cu,Zn,Pb,Cd生物淋滤的影响。实验结果表明,FeS04·7H20的加入量为5-10g／L时淋滤效果最为合适。在28℃,180r／min的条件下淋滤15d,Cu,Zn,Pb和Cd的溶出率可分别达到81、09％,81．40％,67、55％和56、59％。通过比较发现,采用混合接种物进行生物淋滤,与采用纯种茵相比在重金属溶出和营养物质保存方面都有较好的效果。     

氨络合法电化学捕集去除城市污泥中重金属的研究

采用自行设计的电动污泥处理装置,以城市污水厂污泥作为试验对象,设置氨水添加比分别为0、0.08、0.10、0.12 (V:V,氨水/试样污泥),在恒定直流电压下运行120h,研究氨络合效应与直接利用阳极产酸对污泥中重金属捕集去除效果的影响.结果表明,阳极酸化对污泥中重金属有一定的溶出去除作用;氨水的添加对电动处理过程中污泥pH值的降低与电流密度的提高没有阻碍,但能够有效提高污泥中重金属的捕集去除率;当氨水添加比为0.12时,污泥中Zn和Cu的捕集去除效果最佳,分别达91.62%和71.49%.氨水添加比为0.08时,Pb的捕集去除率最佳,达47.85%.氨水的添加对污泥中重金属的形态和迁移性有明显影响,主要表现为稳定形态如残渣态、有机结合态的减少及可交换形态的增加.     

中和沉淀渣的稳定化研究

本研究用铁酸盐(FeSO_4·7H_2O)包复中和沉淀渣。实验证明,影响因素有加入的铁酸盐总量、反应温度、空气鼓泡速度、反应pH、氧化还原电位和加料次数。当加入铁酸盐总量减少时,包复效果变差;温度升高,对Mn包复不利;温度降低,使Cd、Cu和Zn的包复效果变坏;空气鼓泡速度变小,反应速度变慢;降低pH值,有利包复,但pH小于9时,不易控制;氧化还原电位对包复影响不明显;增加加料次数,有利包复。通过这种处理,在中和沉淀渣的小颗粒上形成完全的铁酸盐包复膜,在弱酸性条件下重金属离子不再浸出。     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出污泥中的重金属离子

为研究氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,At. f)对污泥中重金属的浸出机制,进行了空白、直接浸出(At. f)、加亚铁浸出(At. f +Fe2+)、加亚铁和硫酸浸出(At. f+Fe2++H2SO4)4组生物淋滤实验,分析淋滤前后污泥的成分和物相变化.结果表明加亚铁和硫酸浸出淋滤后Cu、Zn、Ni、Pb和Cr的去除率可分别达到90.8%、100%、87.5%、51.6%和83.3%,高于其他3种体系;定量计算和动力学拟合结果表明,5种金属在直接-间接(加亚铁)浸出中的质量含量和速率常数(k)均高于直接浸出.EDS和XRD证实污泥浸出前后样品组分主要是C(26.2%~37.5%)、O(32.5%~45.7%)和一些无机化合物(如铝盐和SiO2),生物淋滤后会造成营养元素(P和Ca)的部分流失.此外,ICP-MS分析表明其他金属(如Cd、Fe、Mn)也能同时被溶出.基于结果分析,提出FeSO4·7H2O和H2SO4的加入有助于生物淋滤系统的启动,其中Cu、Pb、Cr和Ni主要以间接浸出为主,而Zn是直接和间接浸出共同作用.     

皂角苷和柠檬酸联合对污泥中Cu、Pb和Zn的去除及其稳定性特征

以武汉某污水处理厂的污泥为研究对象(S1和S2),通过皂角苷和柠檬酸联合振荡淋洗试验,研究不同体积比(20∶1~1∶20)、固液比(1∶20~1∶80)、淋洗时间(0~2 880 min)、淋洗次数(1~4)对污泥中重金属Cu、Pb和Zn去除的影响.分析淋洗前后各形态重金属的去除特点,并通过计算稳定性指数(I_R值)和移动性指数(MF值)探究重金属稳定性和移动性的变化.结果表明,在体积比(皂角苷∶柠檬酸)为5∶1,固液比为1∶60,淋洗时间1 440 min时,污泥中Cu、Pb和Zn的最高去除率分别可达43.16%(S1)、32.45%(S2)和38.69%(S1).增加淋洗次数对Cu和Pb的去除率有较大幅度提高,而对Zn的影响较小,尤其在2~3次淋洗后差异显著.4次淋洗后Cu、Pb和Zn的最高去除率分别为78.89%(S1)、77.08%(S2)和49.39%(S1).单次淋洗后,除酸溶态和可还原态外,污泥中其余形态的去除率均较低.增加淋洗次数,重金属的各形态去除率逐渐升高,尤其是Pb中的残渣态去除率增长明显.淋洗改变了重金属的稳定性和移动性,4次淋洗后Cu、Pb和Zn的IR值最大增长率分别为43.63%(S1)、39.44%(S2)和32.00%(S1),MF值减少30.19%~79.45%.     

生物淋滤法对疏浚淤泥中镉去除率及性质的影响

针对疏浚淤泥黏粒含量高、呈弱碱性的特性,采用疏浚淤泥和城市污水厂污泥共同驯化培养硫细菌接种液,研究生物淋滤过程对高污泥浓度的疏浚泥浆中镉的去除率、脱水性能和沉降性能的影响.结果表明:底物硫粉和FeSO4·7H2O共同用于生物淋滤能有效脱除淤泥中镉,同时可显著改善淤泥的脱水和沉降性能.当硫粉浓度为5g/L, FeSO4·7H2O浓度为15g/L,接种量为20%时,淋滤效果最好,淤泥中镉去除率达到88.68%,在此条件下,淤泥的离心脱水率和滤饼含水率分别为75%和33.47%,最终沉降距离最大.     

东北地区城市污水处理厂污泥中重金属的形态分布及其潜在生态风险评价

分析了东北地区7个城市污水处理厂脱水污泥中Cu、Zn、Cr、Ni、Mn的含量,利用修正的BCR法研究了污泥中重金属的形态分布特征,并使用地累积指数(Igeo)法和内梅罗指数法(PI)评估了污泥在土地利用过程中重金属的潜在生态风险.结果表明,污水厂污泥中Zn含量超过了国家标准(GB4284—1984)限值,且污泥中Cu、Zn和Mn的含量远远超过东北耕地黑土中的背景含量.污泥中Cu和Cr的有机物结合态(即可氧化态)所占比例较大,可迁移形态含量最高的重金属是Zn,Ni广泛分布于可交换态、酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态中,Mn的残渣态在5种形态中所占比例最高.5种金属中迁移性最强的是Zn,其次为Mn,Cr的迁移性最差.内梅罗单项污染指数法和地累积指数法的评价结果表明,Cu、Zn和Mn是污泥土地利用过程中潜在的污染元素.内梅罗综合指数法的评价结果显示,种脱水污泥均对耕地黑土环境存在严重的潜7在生态风险.     

皂角苷和柠檬酸联合对市政污泥中重金属的去除与风险评价

污泥的重金属污染严重制约其资源化利用,为探讨皂角苷和柠檬酸联合淋洗去除污泥中重金属的效果,为污泥的资源化利用提供理论依据,以武汉市4个市政污泥样品(S₁、S₂、S₃、S₄)为研究对象,选取1%的皂角苷和0.1 mol/L的柠檬酸联合淋洗1~4次,对淋洗前后污泥中重金属Cu、Ni、Pb、Zn、Cd和Cr的含量和形态进行了分析,并运用M_F指数法和潜在生态风险指数法对淋洗后污泥中重金属的迁移性和环境效应进行了评价。结果表明:经过1次淋洗后,污泥中Zn的去除率最高,为71.04%(S₁),而Ni的去除率较低,为20%左右(S₂),污泥中Cr、Cu、Pb和Cd的最大去除率在23.16%~43.00%之间;经过4次淋洗后,污泥中Zn、Pb、Cr、Cu、Cd和Ni的去除率最高分别为84.79%、81.73%、80.77%、78.89%、56.71%和55.51%;经过淋洗后污泥中各重金属酸溶态所占的比例降至5.41%以下,污泥中Cu以残渣态和可氧化态为主,其他重金属以残渣态为主;皂角苷与柠檬酸联合淋洗后,污泥中重金属的M_F(移动性指数)和E_i(潜在生态风险指数)值下降,说明污泥中重金属的移动性、生物有效性和潜在生态风险减弱,其中污泥中Ni、Pb、Zn的潜在生态风险均由中降为低,污泥中Cu、Cr和Cd的潜在生态风险也有所降低;1.5 g/L的熟石灰对污泥淋洗废液中Cu、Ni的回收率在25%左右,对Pb、Zn、Cd、Cr的回收率在58%~80%之间。皂角苷和柠檬酸联合淋洗可以较好地去除供试污泥中的重金属,降低重金属的移动性和潜在生态风险。     

生物沥浸去除污泥重金属及改善脱水性能研究

从天然矿山酸性废水中富集制备了3种嗜酸性细菌混培物,开展了污泥生物沥浸实验,研究了沥浸去除污泥重金属(Cu、Zn、Cd)同时改善脱水性能的效果.结果表明,3种嗜酸性细菌混培物均可有效去除污泥中的重金属(P<0.01).沥浸12d后,改进型Starkey培养基富集的嗜酸性细菌混培物对Cu和Cd的去除率分别达到82.0%和82.9%,9K培养基富集的嗜酸性细菌混培物进行生物沥浸处理对Zn的去除率可达到87.5%.同时,生物沥浸还可以显著改善污泥的脱水性能(P<0.01).经过12d沥浸,污泥的离心脱水率可由73.1%上升到90.0%.显微观察和能谱分析结果显示,污泥脱水性能的改善是因为生物沥浸能使污泥结构由絮体状变成明显的颗粒状,并可形成以铁、氧和硫为主要元素组成的次生矿物规则晶体.