一种用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂及其应用

摘要

本发明公开了一种用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂，不但包含氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌，还包括好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌，其中好氧反硝化菌的作用是将铵态氮在好氧条件下直接转化成气态产物，有促进有机物转化，加快污泥酸化速度的效果；耐重金属细菌的作用是提高其它细菌对重金属的耐受性；而极端嗜酸硫杆菌的作用是在强酸条件下，显著提升重金属在溶液中的浸出效率，缩短重金属的浸出时间。相比于传统方法，本发明的混合菌剂不但对污泥中Cu、Cd、Hg、Cr和Pd等重金属的去除效果显著提升，而且去除效率也有显著提升。

说明书

技术领域

本发明涉及领域，尤其涉及一种用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂及其应用。

背景技术

污泥中重金属种类繁多主要有Cu、Pb、Zn、Ni、Cr、Hg和Cd等是污泥资源化利用的最主要障碍。以处理生活污水为主所产生的污泥，重金属含量通常较低，而以处理工业污水为主所产生的污泥，重金属含量往往较高。由于重金属具有难迁移、易富集和危害大等特点已成为限制污泥农业利用的最主要因素。不论是城市污泥还是工业污泥，由于其大多含有毒性较大的重金属元素，如果处理不当将会对污水处理厂乃至使用污水污泥的地区周边生态环境构成严重危害。因此，降低或去除污泥中的超标重金属元素成为有效处置和利用污泥的关键。目前，为解决城市污泥中重金属元素对生态环境可能造成的危害以及对污泥农用的制约所开展的研究较多，但多数是从稳定和降低重金属元素毒性角度进行的，从降低污泥中重金属总量的研究相对较少。

生物淋滤利用自然的一些微生物直接作用或其代谢产物的间接作用，例如氧化，还原，酸化等作用，将污泥某些难溶性或不溶性成分(如重金属、硫等)分离浸出。再将污泥进行脱水，实现去除污泥中重金属的目的。生物淋滤具有以下优点：与化学淋滤相比，可节约耗酸量，不需加酸对污泥进行预酸化，可与好氧污泥消化相结合，充分利用已有的运行设施，降低操作成本和基建费；启动迅速，淋滤效率高，时间短，适于处理任何类型污泥；操作简单，运行过程无需特殊控制，在10℃-37℃范围内均能淋滤重金属；污泥经生物淋滤后，脱水性能大幅提高，脱水时不需要添加凝聚剂，有效节省污泥脱水成本；生物淋滤既能有效去除重金属又能杀灭病原菌，并使VSS下降。

中国发明专利CN105776788A公开了一种生物淋滤去除城市污水处理厂污泥中重金属Cu的方法，该方法采用污泥中原有的硫杆菌进行富集培养得到驯化污泥，并以此最为接种物，加入到生污泥中，并投加Na₂S₂O₃和FeSO₄底物，经过3-4d生物淋滤时间，使得重金属Cu的去除率达到90％以上。但是该方法对Cd、Hg、Cr和Pd等其它重金属的去除效果不佳，同时生物淋滤时间的时间较长，故有必要研究一种混合菌剂，用于提升去除工业废水污泥中重金属的效果。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂。

本发明的技术方案如下：

一种用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂，包括以下成分:氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌。

优选的，所述的耐重金属细菌为中国发明专利CN102337229A公开的铜绿假单胞细菌ZGKD2。

优选的，所述的极端嗜酸硫杆菌为中国发明专利CN103131650A公开的嗜酸硫杆菌属ZJJN。

优选的，所述的混合菌剂中，氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌的重量比为(3-5)：(6-10)：(4-10)：(1-2)：(2-5)。

所述的混合菌剂在工业废水污泥中的投入量为0.05-0.2％。

所述的混合菌剂的应用方法，包括以下步骤：

(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加3-5g/L的Na₂S₂O₃和4-6g/L的FeSO₄为底物，加入混合菌剂，通入氮气并富集培养至污泥pH降至3.5-4.0，得到第一次富集培养后的驯化污泥；

(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比0.5-1％接种到生污泥中，添加3-5g/L的Na₂S₂O₃和4-6g/L的FeSO₄为底物，在氧气充足条件下富集培养，直至pH值降至2.0-2.5，得到第二次富集培养后的驯化污泥；所得驯化污泥混合液为接种物；

(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比0.5-1％接种到生污泥中，添加3-5g/L的Na₂S₂O₃和4-6g/L的FeSO₄为底物，初始pH值调为5-7，在20-30℃温度下淋滤培养16-24h，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属分离浸出至水相；

(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低重金属含量的污泥和高重金属含量的污水。

本发明的有益之处在于：本发明的用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂，不但包含氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌，还包括好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌，其中好氧反硝化菌的作用是将铵态氮在好氧条件下直接转化成气态产物，有促进有机物转化，加快污泥酸化速度的效果；耐重金属细菌的作用是提高其它细菌对重金属的耐受性；而极端嗜酸硫杆菌的作用是在强酸条件下，显著提升重金属在溶液中的浸出效率，缩短重金属的浸出时间。

具体实施方式

实施例1：

一种用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂，包括以下成分:氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌。

所述的耐重金属细菌为中国发明专利CN102337229A公开的铜绿假单胞细菌ZGKD2。

所述的极端嗜酸硫杆菌为中国发明专利CN103131650A公开的嗜酸硫杆菌属ZJJN。

所述的混合菌剂中，氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌的重量比为3.5：8：6：1.5：3。

优选的，所述的混合菌剂在工业废水污泥中的投入量为0.15％。

优选的，所述的混合菌剂的应用方法，包括以下步骤：

(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加3.5g/L的Na₂S₂O₃和5g/L的FeSO₄为底物，加入混合菌剂，通入氮气并富集培养至污泥pH降至3.5-4.0，得到第一次富集培养后的驯化污泥；

(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比0.8％接种到生污泥中，添加3.5g/L的Na₂S₂O₃和4.5g/L的FeSO₄为底物，在氧气充足条件下富集培养，直至pH值降至2.0-2.5，得到第二次富集培养后的驯化污泥；所得驯化污泥混合液为接种物；

(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比0.5-1％接种到生污泥中，添加4.5g/L的Na₂S₂O₃和5.5g/L的FeSO₄为底物，初始pH值调为5-7，在25℃温度下淋滤培养18h，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属分离浸出至水相；

(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低重金属含量的污泥和高重金属含量的污水。

步骤(3)的淋滤培养的曝气强度控制在1.2L/(min·L)；步骤(3)的淋滤培养的搅拌转速为220r/min。

实施例2：

一种用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂，包括以下成分:氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌。

所述的耐重金属细菌为中国发明专利CN102337229A公开的铜绿假单胞细菌ZGKD2。

所述的极端嗜酸硫杆菌为中国发明专利CN103131650A公开的嗜酸硫杆菌属ZJJN。

所述的混合菌剂中，氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌的重量比为5：6：10：1：5。

所述的混合菌剂在工业废水污泥中的投入量为0.05％。

所述的混合菌剂的应用方法，包括以下步骤：

(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加5g/L的Na₂S₂O₃和4g/L的FeSO₄为底物，加入混合菌剂，通入氮气并富集培养至污泥pH降至3.5-4.0，得到第一次富集培养后的驯化污泥；

(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比1％接种到生污泥中，添加3g/L的Na₂S₂O₃和6g/L的FeSO₄为底物，在氧气充足条件下富集培养，直至pH值降至2.0-2.5，得到第二次富集培养后的驯化污泥；所得驯化污泥混合液为接种物；

(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比0.5％接种到生污泥中，添加5g/L的Na₂S₂O₃和4g/L的FeSO₄为底物，初始pH值调为5-7，在30℃温度下淋滤培养16h，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属分离浸出至水相；

(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低重金属含量的污泥和高重金属含量的污水。

步骤(3)的淋滤培养的曝气强度控制在1.5L/(min·L)；步骤(3)的淋滤培养的搅拌转速为150r/min。

实施例3：

一种用于去除工业废水污泥中重金属的混合菌剂，包括以下成分:氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌。

所述的耐重金属细菌为中国发明专利CN102337229A公开的铜绿假单胞细菌ZGKD2。

所述的极端嗜酸硫杆菌为中国发明专利CN103131650A公开的嗜酸硫杆菌属ZJJN。

所述的混合菌剂中，氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌的重量比为3：10：4：2：2。

所述的混合菌剂在工业废水污泥中的投入量为0.2％。

所述的混合菌剂的应用方法，包括以下步骤：

(1)第一次富集培养：取污水处理厂的生污泥，向生污泥中添加3g/L的Na₂S₂O₃和6g/L的FeSO₄为底物，加入混合菌剂，通入氮气并富集培养至污泥pH降至3.5-4.0，得到第一次富集培养后的驯化污泥；

(2)第二次富集培养：取第一次富集培养后的驯化污泥，按体积比0.5％接种到生污泥中，添加5g/L的Na₂S₂O₃和4g/L的FeSO₄为底物，在氧气充足条件下富集培养，直至pH值降至2.0-2.5，得到第二次富集培养后的驯化污泥；所得驯化污泥混合液为接种物；

(3)生物淋滤：用步骤(2)所得的接种物，按体积比1％接种到生污泥中，添加3g/L的Na₂S₂O₃和6g/L的FeSO₄为底物，初始pH值调为5-7，在20℃温度下淋滤培养24h，氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌通过氧化，还原，酸化等作用，将生污泥中的重金属分离浸出至水相；

(4)污泥沉淀：将步骤(3)进行生物淋滤后的污泥沉淀，得到低重金属含量的污泥和高重金属含量的污水。

步骤(3)的淋滤培养的曝气强度控制在1.0L/(min·L)；步骤(3)的淋滤培养的搅拌转速为250r/min。

对比例1

将实施例1中的好氧反硝化菌去除，其余配比和应用方法不变。

对比例2

将实施例1中的耐重金属细菌去除，其余配比和应用方法不变。

对比例3

将实施例1中的极端嗜酸硫杆菌去除，其余配比和应用方法不变。

以下对实施例1-3和对比例1-4的菌剂样品实际重金属处理能力进行对比检测，处理前的污泥中各种重金属的含量如下：Cu元素95mg·L-1，Cd元素45mg·L^-1，Hg元素18mg·L^-1，Cr元素53mg·L^-1，Pd元素32mg·L^-1，生物淋滤的时间统一均为18h和96h，统计处理后的各种重金属的去除率，并与中国发明专利CN105776788A(对照例)进行对比，具体检测数据见表1和表2。

表1：18h污泥中各种重金属的去除率；

表2：96h污泥中各种重金属的去除率；

由以上测试数据可以知道，本发明中加入好氧反硝化菌、耐重金属细菌和极端嗜酸硫杆菌，不但对污泥中Cu、Cd、Hg、Cr和Pd等重金属的去除效果显著提升，而且去除效率也有显著提升。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。