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).     

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.     

生物沥浸对精对苯二甲酸化工污泥脱水性能的提高及其重金属脱除效果

通过摇瓶培养试验研究了生物沥浸处理对精对苯二甲酸(PTA)化工污泥脱水性能和重金属去除效果的影响.研究表明,PTA污泥经生物沥浸后脱水效果得到了较好的改善,且营养剂最佳投加量为5g·L-1.经生物沥浸2d后污泥的pH从7.37下降到2.29,比阻从62.64×1012m·kg-1下降到2.36×1012m·kg-1,降低了96.23%.在最佳处理条件下对该化工污泥进行多批次生物沥浸中试试验,并对沥浸后污泥采用厢式压滤机脱水.结果表明,经生物沥浸处理后污泥静置24h,污泥沉降率可从2%提高到33%,厢式压滤脱水后泥饼含水率下降到45.9%,与对照相比,污泥体积减少了91.1%.泥饼中Cu、Cd、Pb、Zn、Co的去除率分别为95.15%、85.20%、42.11%、82.59%和64.42%;滤液中COD和氨态氮去除率分别为42.82%和74.98%.可见,生物沥浸法不仅能够较好地改善化工污泥的脱水性能,还能脱除污泥中的重金属.这对生物沥浸技术在PTA化工污泥上的应用和推广具有重要意义.     

复合硫杆菌生物浸出污泥中重金属的效果及与pH和ORP的关系

利用复合嗜酸性硫杆菌(氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌)在不同接种量下(5%,10%,20%)对城市污泥进行生物沥浸,探讨了沥浸过程中不同重金属的浸出效果及其与pH值和氧化还原电位(ORP)的相关关系.结果表明,该方法能有效地浸出污泥中的重金属,生物沥浸处理10d后.污泥中Cu、Zn和Ni的浸出率可分别达到98%、99%和90%,硫杆菌接种量越大,沥浸反应速率越快,20%接种处理10%接种处理5%接种处理未接种处理.污泥生物沥浸过程中pH的下降和ORP的上升,是促进污泥重金属溶出的主要驱动力,但其中Cu的浸出同时受pH下降和ORP上升的双重影响,而zn和Ni的浸出则主要受pH影响.污泥中Cu、Zn和Ni开始大幅度浸出的pH阈值大约为4、5和5左右.研究还发现,生物沥浸处理虽可使污泥中有机质、全氮、全磷和全钾含量有所下降,但并不影响其农业利用价值.     

污泥生物沥浸处理对病原物的杀灭效果影响

生物沥浸能够去除污泥中的重金属,同时可能对污泥中的病原物有一定的杀灭作用．通过测定沥浸过程中异养细菌总数及沥浸前后总大肠菌群和粪大肠菌群的变化,研究了生物沥浸作用去除城市污泥和制革污泥中的病原物的作用．结果表明,经过6～7 d的生物沥浸处理,城市污泥中的异养细菌总数从1.38×10⁸个/mL降为4.43×10⁶个/mL,制革污泥中的异养细菌总数从9.23×10⁵个/mL降为4.26×10⁴个/mL;总大肠菌群（TC）和粪大肠菌群（FC）的去除率达到99%以上;但蛔虫卵的死亡率并无明显变化．大肠菌群纯培养试验表明,沥浸过程中病原物的消减作用主要是由于沥浸作用产生的低pH环境,而与污泥中SO^2-₄和重金属浓度的升高无关．     

生物沥浸处理对城市污泥脱水性能的影响研究

通过摇瓶培养试验研究了生物沥浸处理对城市污泥离心脱水率、污泥过滤比阻、泥饼压缩系数等脱水性能的影响,并分析了生物沥漫过程中污泥Ph、Fe2 、Fe2 、污泥颗粒Zeta电位、粳粒粒径分布的变化.研究表明,以亚铁和硫作为复合能源物质时,污泥经过生物沥浸处理后,其离心脱水率可从原始污泥的60%提高到74.4%;污泥比阻从处理前的1.83×109 s2·g-1下降到0.39×109 s2·g-1,降低了79%,压缩系数也从原始污泥的0.98降低为0.58,明显好于其他处理,达到不加絮凝剂而可直接机械压滤脱水的性能要求.研究还表明,污泥生物沥浸处理后.随着Ph的下降,污泥颗粒Zeta电位趋于零以及污泥20～60μm粒径范围的颗粒含量明显减少,可能是污泥脱水性能改善的重要原因之一.可见,污泥生物沥浸处理是一种在去除重金属的同时能够改善污泥脱水性能的技术.     

生物沥浸处理提高城市污泥脱水性能的中试研究：批式运行模式

为了考察生物沥浸法对城市污泥脱水性能的影响.利用一个兼有序批式与连续式运行模式、工作体积为700 L的生物沥浸反应器对城市污泥进行了连续3批生物沥浸中试研究,并采用厢式压滤机对处理后污泥进行脱水处理.结果表明,曝气量为1.2 m^3/h,含嗜酸性硫杆菌的酸化污泥与待处理的原始污泥体积比为1∶15时,在90 h内完成首批...     

微生物营养剂浓度对生物沥浸法促进城市污泥脱水性能的影响

通过实验室摇瓶试验和实际工程应用试验研究了不同污泥浓度(2%～5%)下,营养剂加入量对生物沥浸促进城市污泥脱水性能的影响,同时分析了pH值和营养剂利用率的变化.结果表明,生物沥浸过程中,不同浓度污泥各处理下pH值均呈直线下降后趋于稳定的趋势;生物沥浸2 d后,各处理中营养剂几乎都被微生物完全利用;2%、3%、4%、5%浓度污泥比阻随着沥浸时间的延长先迅速减小后逐渐回升,且浓度越高回升幅度越大,各浓度污泥选择最佳营养剂浓度分别为3.0、4.5、8.3和12.8 g.L-1,此时污泥最低比阻分别为0.61×1012、1.22×1012、3.09×1012和4.83×1012m.kg-1.通过工程应用试验表明,将5%浓度城市污泥稀释成3%浓度再生物沥浸的方法不仅能够改善生物沥浸污泥脱水性能,表现在比阻从3.29×1012m.kg-1下降到1.10×1012m.kg-1,同时还可以缩短污泥停留时间(从4 d缩短为2.35 d)及降低运行成本.这为生物沥浸工艺处理高浓度污泥运行参数的优化提供了科学依据.     

城市污泥中Cu回收研究：生物沥浸-溶剂萃取-电积沉Cu技术

城市污泥通常含有大量有机质但也存在数量不等有害金属,在不影响污泥有益成分的基础上,去除和回收污泥中金属,既使污泥无害化又产生经济效益,意义重大.针对苏州某工业园区污泥重金属含量较高,研究利用生物沥浸-溶剂萃取-电积技术回收城市污泥中重金属Cu的工艺,并探讨了采用5-壬基水杨醛肟萃取剂M5640从城市污泥生物沥浸液中萃取分离Cu和Fe的最佳工艺参数.结果表明,经过生物沥浸处理72 h后,城市污泥中重金属Cu溶出率高达90%.当最佳工艺条件为:萃取剂体积分数为2%,相比(有机相与水相体积比,以O/A表示)为1/3,沥浸液pH为2.0时,沥浸液中Cu的一级萃取率达到95%以上,而Fe的共萃率低于10%;反萃取试验结果表明,在反萃取相比为2/1的条件下用1.5 mol/L硫酸溶液进行反萃取,Cu的一级反萃取率达到80.07%;反萃取后的富集Cu溶液作为电解液,在槽电压为2.1 V、电解温度为55℃条件下电积6 h,Cu回收率达到90%以上.在整个工艺中萃余液和反萃液均可循环利用无废液排放,对含Cu高的污泥,利用生物沥浸-溶剂萃取-电积技术回收有良好的应用前景.     

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.     

两种生物沥滤-电动修复联合技术的比较

比较研究了生物沥滤和电动修复不同的结合方式对污泥中重金属处理效果的影响.在先进行生物沥滤4d之后用电动修复技术对污泥进行处理,试验结束之后污泥中的Cu含量为60.5mg·kg-1,Zn含量为170mg·kg-1;而采用同步生物沥滤和电动修复试验时,处理结束后污泥中Cu含量为122.8mg·kg-1,Zn含量为110mg·kg-1.利用2种修复技术处理污泥,污泥中重金属含量均达到我国污泥土地农田利用的标准,但先生物沥滤后电动修复可以减少能耗.     

硫粉投加量与污泥含固率之比对生物淋滤过程的影响

通过接种污泥硫细菌混合菌液,研究了S粉投加量与污泥含固率之比(SA/TS)对城市污泥中重金属生物淋滤效果的影响.结果表明,增大SA/TS值能显著缩短淋滤时间,提高淋滤效果.当SA/TS为2.5,经过8 d生物淋滤,Cu和Zn的淋滤效果可达到最佳,溶出率分别为66.2%和63.9%.淋滤进行16 d后,Pb的溶出率为30.8%.对于Cu,不论淋滤前后有机态都是较强的结合态.Zn的溶出主要是由于结合能力强的铁锰氧化态在淋滤过程中被大量浸出.Pb经过16 d的淋滤,铁锰氧化态所占比例有所下降而有机态比例上升.加大SA/TS有利于提高S粉的利用率,对N的保存影响不大,但增加了P的流失.     

生物沥滤去除污泥重金属:污泥固体浓度和类型影响

研究了污泥固体浓度和污泥类型对Cu、Pb和Zn生物沥滤的影响。结果表明,污泥固体浓度越高,重金属沥出效果越差;高固体浓度污泥pH值降低缓慢,其SO42-产生量明显高于低污泥浓度。低固体浓度污泥下,氮磷钾营养物质流失量比高固体浓度污泥明显增多。厌氧消化污泥和生污泥中重金属的生物沥滤效果差异不大,但厌氧消化污泥的肥效流失明显高于生污泥。     

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.     

生石灰在污泥重金属钝化中的应用

城市污水处理厂的剩余污泥中含有很多对环境有害的重金属,如何降低这些重金属的析出风险,是污泥土地利用前必须解决的关键问题之一。通过BCR提取法分析了生石灰投加前后污泥中重金属的形态分布。结果表明,生石灰能钝化污泥中的重金属,明显降低污泥中不稳定态重金属的含量。     

Effect of substrate concentration on the bioleaching of heavy metals from sewage sludge

IntroductionTheproductionofexcesssewagesludgeisincreasingrapidlywiththewidespreadofwastewatertreatment,whichcausesseriousproblemtothedisposalofsewagesludge .Landapplicationofsewagesludgeisthemostcost effectiveandfeasibleutilizationapproachatpresent.Howeve…     

污泥与猪粪作为培养基微生物去除垃圾焚烧飞灰中的重金属

以污泥或猪粪代替常规的无机盐(SM)作为A.ferrooxidans和A.thiooxidans复合菌株的培养基,利用微生物淋滤法去除垃圾焚烧飞灰中的重金属.结果表明,重金属去除率大小顺序为:污泥+菌液>SM+菌液>猪粪+菌液.污泥+菌液的处理中,经过15d的微生物淋滤,Cd、Zn、Cu去除率最高分别达到88.1%、78.7%、69.6%,而猪粪+菌液的处理,3种金属的去除率分别为82.4%、73.5%、60.0%.试验也表明,相同浓度的猪粪DOM对硫杆菌复合菌株的抑制作用远大于污泥DOM.当污泥DOM和猪粪DOM中水溶性有机碳浓度分别高于400mg/L和150mg/L时,就表现出对硫杆菌的不可修复的抑制作用.猪粪DOM中小分子量组分较多是造成这一现象的主要原因.