曝气强度对城市污泥重金属生物沥滤过程的影响研究

以氧化亚铁作为底物,氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillusferrooxidans）为主要沥滤微生物,在底物投配比为10 g/L,温度为25℃,污泥浓度为123g/L的条件下,采用5种不同曝气强度对桂林城市污泥中重金属进行生物沥滤试验。结果表明,生物沥滤的经济曝气强度宜控制在每升污泥0.4L/（min·L）,沥滤3 d后,污泥中超标元素Cu、Zn和Cd的去除率分别达到62.53%、67.80%和54.63%,沥滤处理后污泥中残余重金属含量符合污泥农用的国家标准。     

底物对生物沥滤去除污泥中Cu、Zn的影响

分别以FeSO2·7H2O、单质S粉为底物,对污泥中的重金属进行生物沥滤试验.通过分析生物沥滤过程中pH、Fe2+、SO22-的变化及Cu、Zn的滤出率.探讨不同底物对重金属生物沥滤的影响.试验结果表明,以FeSO2·7H2O或单质S粉为底物.利用污泥中固有的硫杆菌可以降低污泥的pH.从而使重金属滤出.以单质S粉为底物的处理中,污泥pH最低下降到2.1;以FeSO2·7H2O为底物的处理中,pH最低下降到2.6.经14 d的生物沥滤,以单质S粉为底物时,底物为6 g/L的污泥样品Cu、Zn滤出率最高,分别为18.8%和34.8%;以FeSO2·7H2O为底物时,底物为25 g/L的污泥样品Cu、Zn滤出率最高,分别为29.1%和36.8%.优于以单质S粉为底物的滤出效果.     

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%.     

污泥生物沥滤工艺优化和重金属分配研究

为了得到嗜酸硫细菌沥滤污泥中重金属的最佳工艺参数,对沥滤过程进行3因素4水平的正交实验研究。3种影响因素的水平设置分别为:污泥浓度35、25、15和5 g/L,单质硫投加量15、10、5和1 g/L,接种量15、10、5和3 g/L。对沥滤过程污泥中7种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn)的去除率进行极差分析,提出了因素影响程度依次为单质硫投加量污泥浓度接种量,且最佳工艺条件为:污泥浓度25 g/L,单质硫投加量10 g/L,接种量为5%。采用超声波-离心方法,分步提取污泥胞外聚合物(EPS)的2种形态:松散结合态(LB)和紧密结合态(TB)。分析其中的重金属浓度,提出沥滤后重金属在污泥EPS的赋存以LB为主。     

一株嗜酸氧化亚铁硫杆菌的分离及沥滤效果研究

从山西某煤矿的酸性矿井水中分离得到菌株ATF-1,对其形态、生理生化特性、16SrDNA基因序列、生长特性及其对城市污泥的摇瓶沥滤效果进行了研究。结果表明:(1)该菌为革兰氏阴性菌,短杆状,经16SrDNA鉴定为嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidthiobacillus ferrooxidans)。菌株ATF-1培养的最佳条件为初始pH 2.0、温度30℃、接种量10%(体积分数)、Fe2+投加量9.00g/L。(2)以菌株ATF-1作为沥滤菌处理城市污泥,经过15d的生物沥滤,污泥中Zn、Pb、Ni、Cu、Cd和Cr去除率的最大值分别为93.56%、46.54%、85.48%、97.68%、90.64%和45.15%,处理后污泥中的重金属含量符合《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284—84)中规定的在酸性土壤上的最高容许含量。     

生物沥滤过程中城市污泥Zn、Cu的形态转化

利用80 L SBR进行了生物沥滤城市污泥实验,探讨了污泥胞外聚合物中重金属的含量变化,并对重金属Zn、Cu各化学形态之间的转化情况进行了分析。结果表明,整个生物沥滤过程中,污泥胞外聚合物中Zn和Cu含量先上升后下降,反应结束后,分布于胞外聚合物结合态中的Zn和Cu占其污泥胞外聚合物内总量的比例最高可达39.95%、58.77%。污泥胞外聚合物中松散结合态对Zn、Cu的吸附能力均强于紧密结合态;原污泥中Zn、Cu分别主要以铁锰氧化物结合态和硫化物及有机结合态存在,沥滤结束后,污泥中Zn和Cu均以残渣态存在。     

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。     

生物沥滤-焚烧法处理制革污泥中铬迁移转化研究

采用生物沥滤-焚烧方法,先将制革污泥中大部分难溶的有毒重金属——铬从固相溶出转移至液相,之后将沥滤后制革污泥进行有效的固液两相分离,并对分离后的固相污泥进行焚烧处理实验,研究生物沥滤-焚烧处理法对制革污泥中的总Cr在不同介质中的浓度影响。结果表明,生物沥滤法处理制革污泥后,以金属离子交换形态存在的总Cr含量增加,其中68.56%的总Cr6+和87.70%的总Cr得以去除,去除效果十分明显;将沥滤脱水后的污泥进行焚烧处理,以残渣态形式存在的总Cr相对含量变大,迁移能力减弱;铬在高温下与其他重金属元素形成复杂的金属化合物及络合物:Cr1.3Fe0.7O0.5、Na4(CrO4)(SO4)、Ca5(CrO4)3O0.5,有助于今后进一步对整个生物沥滤-焚烧处理过程进行反应机理研究。     

废旧镍镉电池的生物沥滤处理——沥滤停留时间的影响研究

用污泥加硫酸化液沥滤镍镉电池中的重金属是一种全新的工艺,该工艺主要由生物酸化反应器和金属沥滤反应器两个反应器组成.生物酸化反应器中产生的酸液就是沥滤电池中重金属的反应液.研究表明,酸化液在沥滤反应池的停留时间对沥滤的效果有显著影响.在1、4、7、12 d 4个停留时间中,4 d的效果是最好的,对金属Cd和Ni都用40 d左右基本实现了全部滤除;1d略微慢一些,Cd用了40 d,Ni用了45 d;7 d和12 d的沥滤时间都长于50 d.4 d产生的金属废液量是1 d的1/4,考虑到后续处理金属沥滤废液的工作量,选择4d的停留时间要优于1d.     

生物沥滤去除污泥、土壤和底泥中3种重金属比较研究

以硫酸亚铁为底物,对城市污泥、土壤和河流底泥进行生物沥滤实验,探讨了污泥、底泥和土壤在沥滤过程中重金属的去除效果和化学形态转化规律,了解当地土壤在酸化条件下重金属的释放过程,并对三者的研究结果进行比较分析。结果表明,污泥生物沥滤对重金属（Zn、Cu和Pb）的沥滤的沥滤效果较佳（去除率75.45%、63.12%和40.96%）。沥滤过程中,重金属Cu在生物沥滤中期（3~5 d）沥出效果较好,而Zn和Pb则在沥滤后期（5~9 d）。同一重金属在不同沥滤体系中的形态变化过程差异较大,沥滤后的污泥、土壤和底泥中的重金属大部分呈现稳定状态。     

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（444 mV）,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 mV）,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。     

Fenton预处理对城市污泥重金属形态及生物淋滤溶出影响

针对生物淋滤处理城市污泥重金属Cr、As和Pd的溶出效率较低的问题,采用芬顿(Fenton)氧化法对城市污泥进行预处理,考察Fenton氧化对污泥中重金属Cr、As和Pd赋存形态转化及后继生物淋滤过程溶出率的影响。实验结果表明,经pH=4.00、Fe2+=1.00 g·L-1、H2O2=9 g·L-1的条件下Fenton预处理后,重金属Cr、As和Pb的存在形态均由稳定性较强的可氧化态和残渣态向不稳定的弱酸提取态和可还原态转化,其不稳定态比重分别由15%、30%、9%提高到了24%、41%、11%;生物淋滤实验结果显示,由于重金属形态变化,重金属Cr、As和Pb溶出率分别由52.71%、11.15%、33.19%提升至60.76%、24.32%、45.96%。Fenton预处理联合生物淋滤法提高了对重金属Cr、As和Pb的去除效果,有助于实现污泥的无害化处理处置。     

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 362-2011）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。     

生物淋滤改善城市污泥的脱水性能

污水处理过程中产生大量剩余污泥,使得污泥脱水逐渐成为污泥处理的关键环节。本研究采用生物淋滤方法处理城市污泥,改善污泥脱水性能。通过污泥比阻、滤饼含水率和离心脱水率的变化评价生物淋滤改善剩余污泥脱水性能的效能。综合考虑污泥脱水性能改善效果和运行成本,生物淋滤优化条件为:硫粉投加量3 g/L;Fe2+投加量4 g/L;接种物投加量(接种物与供试污泥的体积比,mL/mL)0.4。在优化条件下,污泥体系被酸化至pH为2.0左右需要36～48 h,淋滤污泥的比阻由1.26×1014 m/kg降至8.14×1012 m/kg,降低了93.54%,滤饼含水率从98.39%降至73.68%,同时污泥离心脱水率从72%提高到83%。回调淋滤污泥pH至6.0,污泥比阻继续降至8.27×1011 m/kg,污泥比阻降低99.34%,污泥从难脱水状态转化为易脱水状态。通过污泥体系中铁离子和污泥絮体特征的变化,分析生物淋滤改善污泥脱水性能的机理。作为底物投加的Fe2+在微生物氧化作用下快速转化为Fe3+。生物氧化产生的Fe3+的絮凝作用可能是生物淋滤改善污泥脱水性能的主要机理。