專利名稱：以懸掛硫填料形式供應(yīng)底物的生物瀝濾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以懸掛硫填料形式供應(yīng)底物的生物瀝濾方法。
背景技術(shù)：
城市污水處理廠的剩余污泥產(chǎn)量巨大，如何合理處理與處置剩余污泥成為一個(gè)非常嚴(yán)峻的問(wèn)題。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，最為經(jīng)濟(jì)可行的污泥資源化途徑為土地利用，然而，城市污水處理過(guò)程中大量的重金屬積累在污泥中而限制了污泥的土地利用。城市污水處理廠的生污泥性質(zhì)很復(fù)雜，徐穎對(duì)其主要性狀進(jìn)行了總結(jié)描述[1]。生物瀝濾是近幾年污泥重金屬無(wú)害化的研究熱點(diǎn)，它利用污泥中的土著微生物產(chǎn)酸作用將污泥中重金屬溶出而達(dá)到污泥脫毒的目的。其操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)成本較低，且重金屬去除效率高，運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需特殊控制，系統(tǒng)在10-37℃范圍內(nèi)均能瀝濾金屬，而且任何類型污泥都能用此法瀝濾金屬，具有很好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。而生物瀝濾主體微生物是硫細(xì)菌，不同種類的硫細(xì)菌所利用的底物不盡相同。其中以單質(zhì)硫?yàn)榈孜锏牧蚣?xì)菌，增值條件要求較低，生物瀝濾效率高，而且所需的底物硫容易保存和運(yùn)輸，并可和已有的好氧污泥消化法相結(jié)合，能充分利用已有運(yùn)行設(shè)施，降低操作成本和基建費(fèi)，所以日益受到關(guān)注。
生物瀝濾反應(yīng)器有多種形式，一般為圓柱形，總的來(lái)說(shuō)按充氧方式不同分兩類，一類為反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)攪拌充氧，這類反應(yīng)器的高徑比值不大[2]；而另一類的高徑比值較大，通常為底部設(shè)有連接空壓機(jī)的曝氣頭以進(jìn)行充氧[3]。
硫細(xì)菌所需底物為單質(zhì)硫，即通常所稱的硫磺，該原料來(lái)源廣泛，成本較低。然而，如果生物瀝濾過(guò)程種硫使用量過(guò)高，勢(shì)必影響該工藝的工程應(yīng)用，因此如何更經(jīng)濟(jì)高效的利用硫成為一個(gè)重要的限制因素。傳統(tǒng)的單質(zhì)硫投加方法是以粉狀形式加入到反應(yīng)器中，雖然生物瀝濾的效果好，但是卻造成多余硫的浪費(fèi)和剩余硫?qū)ξ勰嗪罄^處理的不利影響。將單質(zhì)硫制作成固體形式且以懸掛方式置于反應(yīng)器中，是一種為污泥中硫細(xì)菌供應(yīng)底物的新思路，可以更為經(jīng)濟(jì)高效的利用單質(zhì)硫，從而進(jìn)一步提高生物瀝濾工藝的經(jīng)濟(jì)可行性。
參考文獻(xiàn)[1]徐穎.污泥用作農(nóng)肥處置及其環(huán)境影響.環(huán)境污染與防治，1993，15(8)23-27[2]Filali-Meknassi Y，Tyagi R D，Narasiah K S.Simultaneous sewage sludgedigestion and metal leachingeffect of aeration.Process Biochemistry，2000，36263-273[3]Benmoussa H，Tyagi R D，Campbell P G C.Simultaneous sewage sludgedigestion and metal leaching using an internal loop reactor.Water Research，1997，31(10)2638-2654發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了克服粉狀硫投加方式的不足，提供一種以懸掛硫填料形式供應(yīng)底物的生物瀝濾方法。該方法不僅可以有效降低硫的消耗量，而且避免生物瀝濾后過(guò)多的剩余硫混雜在處理污泥中而對(duì)污泥后繼處理產(chǎn)生不利影響。
它是將硫填料懸掛固定于生物瀝濾反應(yīng)器中，然后注入生物瀝濾反應(yīng)器有效容積的1/2-3/5的城市污水處理廠生污泥，生物瀝濾反應(yīng)器底部曝氣充氧，按生污泥的2-5％體積比接種入硫細(xì)菌液，污泥中的硫氧化菌利用懸掛硫?yàn)榈孜?，即可進(jìn)行污泥中重金屬生物瀝濾。
硫填料的制作方法為將單質(zhì)硫在高溫120-150℃熔化，然后將其澆注于模具中，在模具中設(shè)有縱向軸線的繩索，冷卻即可。
硫細(xì)菌液的制備方法為取150-200mL生污泥于500mL錐形瓶中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，在100-200r/min，25-28℃下振蕩培養(yǎng)，直至污泥pH降至2.0以下，獲得第一輪混合菌液；取已培養(yǎng)好的5-10％體積比的第一輪混合菌液，加到150-200mL生污泥中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，振蕩培養(yǎng)，pH降到2.0以下，獲得第二輪混合菌液；取已培養(yǎng)好的5-10％體積比的第二輪混合菌液，加到150-200mL生污泥中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，振蕩培養(yǎng)，pH降到2.0以下，獲得硫細(xì)菌液。
本發(fā)明的有益效果是，硫填料以懸掛形式置于反應(yīng)器中，可以較好的利用硫，傳統(tǒng)底物形式(即硫粉投加)因重力沉降以及攪拌強(qiáng)度不足而沉積于反應(yīng)器底部，從而影響污泥中重金屬的溶解，并且造成單質(zhì)硫的嚴(yán)重浪費(fèi)。而根據(jù)此方法可以大大節(jié)約單質(zhì)硫的用量并且不會(huì)造成硫沉積的問(wèn)題。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出，單質(zhì)硫以懸掛形式置于生物瀝濾反應(yīng)器中，可以實(shí)現(xiàn)污泥中硫氧化菌對(duì)其的利用，從而產(chǎn)生硫酸降低污泥pH而將污泥中重金屬溶出達(dá)到無(wú)害化的目的。并可有效回收單質(zhì)硫。
本發(fā)明采用上述方法處理城市污水剩余生污泥操作方法如下1)硫細(xì)菌接種液的培養(yǎng)和硫填料的制作取150-200mL生污泥于500mL錐形瓶中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，在100-200r/min，25-28℃下振蕩培養(yǎng)，直至污泥pH降至2.0以下，獲得第一輪混合菌液；取已培養(yǎng)好的5-10％體積比的第一輪混合菌液，加到150-200mL生污泥中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，振蕩培養(yǎng)，pH降到2.0以下，獲得第二輪混合菌液；取已培養(yǎng)好的5-10％體積比的第二輪混合菌液，加到150-200mL生污泥中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，振蕩培養(yǎng)，pH降到2.0以下，獲得硫細(xì)菌液。將單質(zhì)硫在150℃下熔化，使其固定成硫填料。
2)懸掛硫填料的生物瀝濾反應(yīng)器運(yùn)作所采用的生物瀝濾反應(yīng)器為圓柱形，高為47cm，底部半徑為4.5cm，總?cè)莘e為3L，沿生物瀝濾反應(yīng)器高度順次設(shè)置4個(gè)取樣口，間距為10cm。按照硫填料與生物瀝濾反應(yīng)器內(nèi)生污泥體積比為1∶20進(jìn)行。將硫填料懸掛于生物瀝濾反應(yīng)器中，裝入生污泥，并按接種液與生污泥體積比2-5％將硫細(xì)菌接種液加入生物瀝濾反應(yīng)器中。生物瀝濾反應(yīng)器底部設(shè)有曝氣頭，連接空壓機(jī)進(jìn)行曝氣充氧。生物瀝濾反應(yīng)器采用的曝氣量為每分鐘空氣體積與生污泥體積比值0.05-0.15。污泥取樣后通過(guò)離心進(jìn)行固液分離，測(cè)定污泥pH、氧化還原電位(ORP)、SO42-以及上清液中溶解的重金屬含量。
實(shí)施例1本試驗(yàn)是小試規(guī)模的污泥重金屬生物瀝濾。所采用剩余生污泥的初始性質(zhì)如下pH值6.86，SS 9.2g/L，SO42-456.7mg/L，Cu 243.8mg/kg干污泥，Zn 2935.5mg/kg干污泥。
(1)生物瀝濾反應(yīng)器配置以及硫填料安裝將硫粉在150℃烘箱內(nèi)加熱45min，熔融后快速倒入模具(塑料軸線縱向穿出)，待其冷卻凝固后，即成硫填料。然后取5個(gè)硫填料連接成串狀，頂端固定于反應(yīng)器的上部，懸掛于反應(yīng)器中。將2.5L生污泥裝于反應(yīng)器中，同時(shí)按體積比2％接種量加入培養(yǎng)的混合硫細(xì)菌液。生物瀝濾反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，通過(guò)微孔曝氣頭在底部進(jìn)行充氧，空氣流量為每分鐘空氣體積與生污泥體積比值0.15。
(2)懸掛硫填料反應(yīng)器對(duì)重金屬生物瀝濾情況運(yùn)行溫度為常溫，變動(dòng)范圍在11-19℃，經(jīng)過(guò)19天運(yùn)行達(dá)到較好的重金屬溶出效果。反應(yīng)器內(nèi)污泥pH值由起始的6.86逐漸降低，第11天和15天分別為4、2.5，19天pH值最終降至2.3；污泥中的SO42-濃度則從最初的幾百mg/L升至最終的6598.5mg/L，這可以較好反映出污泥中硫氧化菌對(duì)懸掛于反應(yīng)器中硫填料的利用情況。污泥中Cu和Zn從污泥中溶出效率，即Cu和Zn的去除率可分別達(dá)到72.6％和81.3％。為考察硫填料在污泥中受曝氣沖刷的堅(jiān)固情況，即是否會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)脫落而造成硫在反應(yīng)器底部的沉積，運(yùn)行結(jié)束后，將懸掛的硫填料取出，從反應(yīng)器取樣口緩慢放出反應(yīng)器內(nèi)污泥，結(jié)果底部沒(méi)有出現(xiàn)硫沉積現(xiàn)象，說(shuō)明該硫填料具有較好耐沖刷能力。
通過(guò)該小試試驗(yàn)證明，這種懸掛供硫方式能較好保證污泥中重金屬的去除效果并能有效利用硫，降低硫消耗量，是一種生物瀝濾反應(yīng)器底物供應(yīng)的可行途徑。
實(shí)施例2本試驗(yàn)利用容積為3L的生物瀝濾反應(yīng)器進(jìn)行。所采用剩余生污泥的初始性質(zhì)如下pH值7.52，SS 20.2g/L，SO42-348.1mg/L，ORP-45mV，Cu290.4mg/kg干污泥，Zn 3687.4mg/kg干污泥。
(1)生物瀝濾反應(yīng)器配置以及硫填料安裝將硫粉在150℃烘箱內(nèi)加熱45min，熔融后快速倒入模具(塑料軸線縱向穿出)，待其冷卻凝固后，即成硫填料。然后取5個(gè)硫填料連接成串狀，頂端固定于反應(yīng)器的上部，懸掛于反應(yīng)器中。將2.5L生污泥裝于反應(yīng)器中，同時(shí)按體積比5％接種量加入培養(yǎng)的混合硫細(xì)菌液。生物瀝濾反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，通過(guò)微孔曝氣頭在底部進(jìn)行充氧，空氣流量為每分鐘空氣體積與生污泥體積比值0.05。
(2)懸掛硫填料反應(yīng)器對(duì)重金屬生物瀝濾情況運(yùn)行溫度變動(dòng)范圍在16-23℃，經(jīng)過(guò)16天運(yùn)行達(dá)到較好的重金屬溶出效果。反應(yīng)器內(nèi)污泥pH值由起始的7.52逐漸降低，生物瀝濾結(jié)束后污泥的pH值降至2.17；污泥的ORP從開(kāi)始的-45mV線性上升，16天時(shí)為511mV；污泥上清液中SO42-濃度從最初的348.1mg/L升至最終的7430.3mg/L；污泥中Cu和Zn從污泥中溶出效率，即Cu和Zn的去除率可分別達(dá)到76.2％和75.1％。
權(quán)利要求
1.一種以懸掛硫填料形式供應(yīng)底物的生物瀝濾方法，其特征在于，將硫填料按照硫體積/生污泥體積為1∶20-1∶30比例懸掛固定于生物瀝濾反應(yīng)器中，然后注入生物瀝濾反應(yīng)器有效容積的1/2-3/5的城市污水處理廠生污泥，生物瀝濾反應(yīng)器底部曝氣充氧，以每分鐘空氣體積與生污泥體積比0.05-0.15的曝氣量進(jìn)行。按生污泥的2-5％體積比接種入硫細(xì)菌液，污泥中的硫氧化菌利用懸掛硫?yàn)榈孜铮纯蛇M(jìn)行污泥中重金屬生物瀝濾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以懸掛硫填料形式供應(yīng)底物的生物瀝濾方法，其特征在于，所述的硫填料制作方法為將單質(zhì)硫在高溫120-150℃熔化，然后將其澆注于模具中，在模具中設(shè)有縱向軸線的繩索，冷卻即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以懸掛硫填料形式供應(yīng)底物的生物瀝濾方法，其特征在于，所述的硫細(xì)菌液的制備方法為取150-200mL生污泥于500mL錐形瓶中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，在100-200r/min，25-28℃下振蕩培養(yǎng)，直至污泥pH降至2.0以下，獲得第一輪混合菌液；取已培養(yǎng)好的5-10％體積比的第一輪混合菌液，加到150-200mL生污泥中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，振蕩培養(yǎng)，pH降到2.0以下，獲得第二輪混合菌液；取已培養(yǎng)好的5-10％體積比的第二輪混合菌液，加到150-200mL生污泥中，加入硫粉重量/污泥體積等于5-10g/L的硫粉，振蕩培養(yǎng)，pH降到2.0以下，獲得硫細(xì)菌液。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了以懸掛硫填料形式提供底物，通過(guò)硫氧化菌的生物瀝濾去除污泥中重金屬的方法。生物瀝濾是一種通過(guò)硫細(xì)菌產(chǎn)酸作用溶出污泥中重金屬而實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化的技術(shù)。污泥中硫細(xì)菌生存適應(yīng)能力強(qiáng)，繁殖快，能快速啟動(dòng)瀝濾重金屬，瀝濾效率高、時(shí)間短。以懸掛硫填料形式供應(yīng)污泥中硫細(xì)菌所需的底物，能夠充分實(shí)現(xiàn)硫的高效利用而且剩余硫的便捷回收，大大降低經(jīng)濟(jì)成本，而且污泥pH降低較為迅速，實(shí)現(xiàn)了污泥重金屬大量溶出的目的。
文檔編號(hào)C02F3/10GK1654363SQ20051004898
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者陳英旭, 華玉妹, 田光明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)