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。     

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pH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pH为6、反应时间为9 min的条件下,废水中硫化物浓度由1985.46 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 mV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。     

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)     

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SO42-和降解COD。最终废水pH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; SO42-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。     

甘蔗渣为缓释碳源负载SRB处理模拟矿山淋滤水

以甘蔗渣为缓释碳源及载体,负载硫酸盐还原菌(SRB)处理含低浓度Cu2+离子的模拟矿山淋滤水,研究了缓释碳源、pH、ORP、SO42-、COD等对矿山淋滤水中Cu2+去除效果的影响,并探讨了处理过程中铜元素的形态及归趋模式。结果表明:在处理过程中pH呈现缓慢升高趋势,ORP全部降至-100 mV以下;硫酸根还原率可达92.4%;甘蔗渣作为缓释碳源释放稳定,COD可稳定保持200~300 mg/L之间;负载在甘蔗渣载体上的菌群可耐受高浓度Cu2+的毒性抑制,并利用缓释碳源甘蔗渣释放出的小分子物质将硫酸根持续还原;至实验期结束,20 mg/L的Cu2+浓度降至0.5 mg/L以下,较高浓度的Cu2+拟通过多级反应器串联进行逐级去除;SO42-和Cu2+的反应速率比表明,SRB每还原约15 mg SO42-,就有1 mg Cu2+得到去除;Cu2+主要是以硫化物的形式得以去除。     

微波辅助生物淋滤废旧碱性电池锌锰的溶出

以氧化硫硫杆菌为淋滤菌株对废旧碱性电池电极材料中Zn、Mn进行生物淋滤,考察了生物淋滤、化学浸提和微波辅助处理对Zn、Mn浸出率的影响。实验结果表明,在能源底物单质硫浓度20 g/L、初始pH值1.0、淋滤培养温度35℃、固液比为1%条件下,经过9 d生物淋滤,微波辅助处理的生物淋滤体系Zn、Mn浸出率均达到49%左右,优于其他淋滤体系。溶出动力学研究表明,Zn的溶出动力学符合化学反应控制模型,Mn的溶出则表现较为复杂。此外,SEM-EDS、XRD分析可知,原样经过微波辐照,部分ZnMn2O4分解为MnO,促进了Mn的溶出。     

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。     

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。     

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。     

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。     

生物炭促进硫诱导土著硫杆菌调控土壤铅形态

外源硫杆菌可以促进植物修复重金属污染土壤,然而硫杆菌对土壤中铅的活化作用机理尚不明确。通过土培实验,研究了单质硫和生物炭对土著硫杆菌的诱导作用和对土壤铅形态的作用机理。结果表明,单质硫能够诱导并富集土壤中的土著硫杆菌,相对丰度从0.02%增加至6.99%。生物炭促进了诱导作用,添加生物炭和单质硫,硫杆菌相对丰度增加至13.33%。同时添加3%(质量分数)生物炭和0.5%(质量分数)单质硫培养60 d后,土壤pH从7.83降低至6.64,Eh先降低至230 mV,后逐渐增加至299 mV;有机碳从19.40 g·kg⁻¹增加至28.29 g·kg⁻¹;土壤中铅由可还原态向酸可溶态、可氧化态和残渣态转变,可还原态铅减少了20.13%,酸可溶态、可氧化态和残渣态分别增加了53.76%、35.29%和69.40%。单质硫和生物炭能够富集土著硫杆菌,提高铅的生物有效性,同时对部分铅起到钝化固定作用。本研究可为提高土壤中铅的生物有效性以促进植物修复铅污染土壤提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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.     

城市生活垃圾焚烧飞灰与矿山废水共处置技术研究与工程应用

以城市生活垃圾焚烧飞灰和矿山酸性废水无害化处理为研究对象,设计了一条城市生活垃圾焚烧飞灰与矿山酸性废水共处置技术路线,利用焚烧飞灰和矿山酸性废水的酸碱性,加入重金属稳定化药剂,经处理可实现矿山酸性废水和垃圾焚烧飞灰中重金属的有效去除和稳定。矿山酸性废水的pH由2.33升至中性,废水中重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Mn、Fe和As等浓度均有下降,可满足国家《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)相关标准;垃圾焚烧飞灰中重金属Pb、Zn和Cd浸出浓度分别降低了92.1%、73.4%和95.2%,满足危险废物鉴别标准(GB 5085.3-2007)。     

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%.     

基于氧化还原-分步沉淀法的酸性矿山废水处理效果

为降低韶关市大宝山酸性矿山废水(AMD)的处理成本,采用氧化还原-分步沉淀法对矿山废水进行处理。结果表明：将石灰石分多次投入经过还原处理的废水中,在反应时间为45 min、转速为250 r·min⁻¹、废水pH为5时,可从AMD中回收高品质石膏;继续用NaOH溶液调节废水pH至5.5,控制曝气量为4 mg·L⁻¹,曝气时间为45 min,通过氧化沉淀法和铁氧体法可分步回收废水中的Fe^2+/3+,再向废水中加入NaOH溶液,调节废水pH至9.5,可沉淀回收废水中的Zn²⁺、Cu²⁺;经过该工艺处理后,废水中各金属离子均低于国家污水综合排放标准(GB 8978-1996);该工艺处理1 t废水,可回收石膏5.4 kg(纯度85.72%),铁渣1.53 kg(w(Fe)=35.4%)、锌铜渣1.4 kg(w(Zn)=10.89%、w(Cu)=0.1%);废水中Fe^2+/3+、Zn²⁺、Cu²⁺回收率分别为84.3%、71.2%、46.2%,废水处理的药剂成本为4.1元·t⁻¹,废水产生可回收资源产品收入为3.8 元·t⁻¹。该工艺可从AMD中回收高品质石膏并分步回收废水中的金属,有效降低废水的处理成本,回收废水中的资源,实现环保与经济效益双赢的目标,并为AMD资源化处理提供理论指导。