專利名稱：一種利用鈣化藻處理含鎘廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用鈣化藻處理含鎘廢水的方法，屬于生物環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于新疆干旱少雨水資源總量有限，水資源已成為制約新疆跨越式發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和可持續(xù)性發(fā)展的重要限制因素。隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，重金屬?gòu)U水的排放量也日益嚴(yán)重。同時(shí)新疆作為我國(guó)的礦產(chǎn)能源基地，開采、加工礦產(chǎn)過程中產(chǎn)生的礦山廢水所導(dǎo)致重金屬污染問題已引起廣泛關(guān)注。因此，為了新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康持續(xù)發(fā)展，探索適合新疆干旱區(qū)環(huán)境友好型的重金屬?gòu)U水處理的工作已刻不容緩。在新疆，水資源十分短缺的情況下，水體重金屬污情況也十分嚴(yán)峻。面積為1000km2的博斯騰湖，每年有近2億噸農(nóng)田廢水和800萬(wàn)噸工業(yè)廢水排入通過富集因子法和地質(zhì)累計(jì)指數(shù)法研究博斯騰湖沉積物中重金屬分布，發(fā)現(xiàn)博斯騰湖西南小湖區(qū)重金屬Pb和Cd污染中等，主要來源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)總磷酸鹽肥料的使用。調(diào)查新疆奎屯墾區(qū)水體中重金屬污染情況，發(fā)現(xiàn)奎屯墾區(qū)水體As含量超標(biāo)達(dá)58.62%； 127團(tuán)排堿渠的Pb含量達(dá)到重污染；66.67%的灌溉水Cd含量超過了農(nóng)業(yè)灌溉水要求，其中33.33%達(dá)到了重度污染。米泉市污灌水的Cd含量接近于飲用水標(biāo)準(zhǔn)的上限。新疆天池景區(qū)天池中心和出水口出的Cd濃度達(dá)到0.05 mg/L,為地表飲用水標(biāo)準(zhǔn)的10倍，屬IV類水體。念珠藻是一類具有良好鈣化功能的藻類，通過對(duì)貴州喀斯特地貌的馬嶺河峽谷區(qū)域藻類多樣性，發(fā)現(xiàn)念珠藻是該區(qū)域一種常見的藻種，說明了其可能與該區(qū)域鈣華的形成有著重要的關(guān)系。念珠藻的適應(yīng)期較短(〈45 h)，生長(zhǎng)快速，當(dāng)周圍環(huán)境pH達(dá)到8.90時(shí)，便可誘導(dǎo)生成碳酸鈣沉淀并且能除去培養(yǎng)基中90%的鈣離子(Heath et al.，1995)。念珠藻屬中的喜I丐念珠藻Q^osto c cal c i CO I a)被認(rèn)為是一類最主要的在內(nèi)陸碳酸巖表面生長(zhǎng)的藻類(曹建華和袁道先，1999)。李強(qiáng)等(2005)從云南白水臺(tái)鈣華池內(nèi)分離出喜鈣念珠藻，并研究其鈣化機(jī)理后發(fā)現(xiàn)，其在胞外碳酸酐酶的作用下使HC03_脫水形成CO2而被利用，引起水體0)2平衡體系的移動(dòng)，加速2HC03_+ Ca2+ — CaCO3丨+ H2O + CO2丨反應(yīng)進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用鈣化藻處理含鎘廢水的方法，該方法首先將喜鈣念珠藻接入連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器中，并生長(zhǎng)I個(gè)月-2個(gè)月后至反應(yīng)器內(nèi)壁已形成部分藻生物膜，將藻生物膜反應(yīng)器中加入含Cd2+廢水，同時(shí)加入由CaCl2配置的成Ca2+，在溫室中運(yùn)行，控制水力停留時(shí)間，反應(yīng)器交替光照培養(yǎng)，在反應(yīng)器Ca處于飽和狀態(tài)，在反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制⑶廣的濃度和HC03_的濃度，pH值為8-9，Cd2+被CaCO3晶體吸附或在CaCO3生成過程中Cd2+進(jìn)入晶格而被固定，即可完成了利用鈣化藻處理含鎘的廢水。本發(fā)明所述的方法操作簡(jiǎn)便、易于控制，成本低，產(chǎn)品合成率高，無二次污染，可廣泛用于重金屬工業(yè)廢水行業(yè)。本發(fā)明所述的一種利用鈣化藻處理含鎘廢水的方法，按下列步驟進(jìn)行:a、將喜鈣念珠藻接入生物膜反應(yīng)器中，接種量為10-20%，光照為10-50 μ mol/(m2.s)，生長(zhǎng)1-2個(gè)月至反應(yīng)器內(nèi)壁已形成部分藻生物膜；
b、將藻生物膜反應(yīng)器中加入含Cd2+廢水，同時(shí)在反應(yīng)器進(jìn)水中加入由CaCl2配置的Ca2+濃度為2-5 mmol/L的溶液，在溫室中運(yùn)行，控制溫度為22-30°C，濕度為20-70 %，控制水力停留時(shí)間為8-10d，反應(yīng)器上部光照為20-50 ymol/(m2 *s)，交替光照培養(yǎng)，光照12h，暗光12h，進(jìn)水水樣pH值為6-7，在反應(yīng)器Ca2+處于飽和狀態(tài)；
C、在反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制C032_濃度為0.1 -0.6 mmol/L，和HC03_濃度為1.0-2.0mmol/L，pH值為8_9，Cd2+被CaCO3晶體吸附或在CaCO3生成過程中Ca2+進(jìn)入晶格而被固定，即可完成了利用鈣化藻處理含鎘的廢水。步驟a中生物膜反應(yīng)器為3個(gè)長(zhǎng)方形連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，其中長(zhǎng)為80-150 cm,寬為8_15cm,高為 5-10 cm。步驟b中藻生物膜反應(yīng)器中接入含Cd2+廢水為1-4 ymol/L0本發(fā)明所述的一種利用鈣化藻處理含鎘廢水的方法，該方法中采用的喜鈣念珠藻藻生長(zhǎng)過程中可顯著提高出水PH值，降低出水的溶解性無機(jī)碳含量，其對(duì)廢水中Ca2+的去除率高達(dá)(98.16±1.49)% -(98.70±1.83)%。Cd在藻體中主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，碳酸鹽結(jié)合態(tài)和可交換態(tài)較少，同時(shí)在晶體物質(zhì)表面有少量的Cd。本發(fā)明所述的方法中的主要優(yōu)點(diǎn):①利用喜鈣念珠藻處理含鉻廢水，避免產(chǎn)生二次污染，且成本低；②該方法處理效果高，對(duì)多種重金屬均有吸附鈣化作用，處理后續(xù)處理簡(jiǎn)單；③該方法材料來源廣，污染重金在堿性環(huán)境下可與碳酸鹽結(jié)合形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)不再呈現(xiàn)污染二次轉(zhuǎn)移的土壤，其修復(fù)技術(shù)穩(wěn)定且環(huán)保。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將喜鈣念珠藻接入3個(gè)長(zhǎng)方形長(zhǎng)80cm，寬8cm，高為5 cm的生物膜反應(yīng)器中，形成連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，接種量為10%，光照為ΙΟμπιοΙ/Ο 2.s)，生長(zhǎng)I個(gè)月至反應(yīng)器內(nèi)壁已形成部分藻生物膜；
將藻生物膜反應(yīng)器中加入含Cd2+廢水I μ mol/L,同時(shí)在反應(yīng)器進(jìn)水中加入由CaCl2配置的濃度為2-5 mmol/L的Ca2+溶液，在溫室中運(yùn)行，控制溫度為22°C，濕度為20 %，控制水力停留時(shí)間為8d，反應(yīng)器上部光照為20 μ mol/(m2.s)，交替光照培養(yǎng)，光照12h，暗光12h，進(jìn)水水樣PH值為6，在反應(yīng)器Ca2+處于飽和狀態(tài)；
在反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制C032_的濃度為0.1 mmol/L，和HC03_的濃度為1.0mmol/L，pH值為8，Cd2+被CaCO3晶體吸附，其中Cd2+去除率為97.09 + 3.84%。實(shí)施例2
將喜鈣念珠藻接入3個(gè)長(zhǎng)方形長(zhǎng)100cm，寬10cm，高為8 cm的生物膜反應(yīng)器中，形成連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，接種量為15%，光照為20ymOl/(m2.s)，生長(zhǎng)2個(gè)月至反應(yīng)器內(nèi)壁已形成部分藻生物膜；
將藻生物膜反應(yīng)器中加入含Cd2+廢水為2 μ mol/L，同時(shí)在反應(yīng)器進(jìn)水中加入由CaCl2配置濃度為3mmol/L的Ca2+溶 液，在溫室中運(yùn)行，控制溫度為25°C，濕度為40 %，控制水力停留時(shí)間為9d，反應(yīng)器上部光照為30 ymol/(m2.s)，交替光照培養(yǎng)，光照12h，暗光12h，進(jìn)水水樣PH值為7，在反應(yīng)器Ca2+處于飽和狀態(tài)；
在反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制C032_的濃度為0.3 mmol/L，和HC03_的濃度為1.5mmol/L，pH值為9，在CaCO3生成過程中Cd2進(jìn)入晶格而被固定，其中Cd2+去除率為97.89±2.54%。實(shí)施例3
將喜鈣念珠藻接入3個(gè)長(zhǎng)方形長(zhǎng)120 cm,寬12cm，高為IOcm的生物膜反應(yīng)器中，形成連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，接種量為18%，光照為40ymOl/(m2.s)，生長(zhǎng)I個(gè)月至反應(yīng)器內(nèi)壁已形成部分藻生物膜；
將藻生物膜反應(yīng)器中加入含Cd2+廢水為3 μ mol/L，同時(shí)在反應(yīng)器進(jìn)水中加入由CaCl2配置的濃度為4mmol/L的Ca2+溶液，在溫室中運(yùn)行，控制溫度為28°C，濕度為50%，控制水力停留時(shí)間為10d，反應(yīng)器上部光照為40 μ mol/(m2.s)，交替光照培養(yǎng)，光照12h，暗光12h，進(jìn)水水樣PH值為6，在反應(yīng)器Ca2+處于飽和狀態(tài)；
在反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制C032_的濃度為0.5 mmol/L，和HC03_的濃度為1.8mmol/L，pH值為8，Cd2+被CaCO3晶體吸附，其中Cd2+去除率為98.23±0.04%。實(shí)施例4
將喜鈣念珠藻接入3個(gè)長(zhǎng)方形長(zhǎng)150 cm,寬15cm，高為IOcm的生物膜反應(yīng)器中，形成連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，接種量為20%，光照為50ymOl/(m2.s)，生長(zhǎng)2個(gè)月至反應(yīng)器內(nèi)壁已形成部分藻生物膜；
將藻生物膜反應(yīng)器中加入含 Cd2+廢水為4 μ mol/L，同時(shí)在反應(yīng)器進(jìn)水中加入由CaCl2配置的濃度為5mmol/L的Ca2+，在溫室中運(yùn)行，控制溫度為30°C，濕度為70%，控制水力停留時(shí)間為10d，反應(yīng)器上部光照為50 μ mol/(m2.s)，交替光照培養(yǎng)，12h光照、12h暗光，進(jìn)水水樣PH值為7，在反應(yīng)器Ca2+處于飽和狀態(tài)；
在反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制C032_的濃度為0.6 mmol/L，和HC03_的濃度為2.0mmol/L, pH值為9，在CaCO3生成過程中Cd2進(jìn)入晶格而被固定，其中Cd2+去除率為99.52±0.04%。
權(quán)利要求
1.一種利用鈣化藻處理含鎘廢水的方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行: a、將喜鈣念珠藻接入生物膜反應(yīng)器中，接種量為10-20%，光照為10-50 μ mol/(m2.s)，生長(zhǎng)1-2個(gè)月至反應(yīng)器內(nèi)壁已形成部分藻生物膜； b、將藻生物膜反應(yīng)器中加入含Cd2+廢水，同時(shí)在反應(yīng)器進(jìn)水中加入由CaCl2配置的Ca2+濃度為2-5 mmol/L的溶液，在室溫中運(yùn)行，控制溫度為22_30°C，濕度為20_70%，控制水力停留時(shí)間為8-10d，反應(yīng)器上部光照為20-50 μ mol/(m2.s)，交替光照培養(yǎng)，光照12h，暗光12h，進(jìn)水水樣pH值為6-7，控制反應(yīng)器中Ca2+處于飽和狀態(tài)； C、在反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制C032_濃度為0.1-0.6 mmol/L，和HC03_濃度為1.0-2.0mmol/L，pH值為8_9，Cd2+被CaCO3晶體吸附或在CaCO3生成過程中Ca2+進(jìn)入晶格而被固定，即可完成了利用鈣化藻處理含鎘的廢水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中生物膜反應(yīng)器為3個(gè)長(zhǎng)方體連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器，其中長(zhǎng)為80-150 cm，寬為8-15cm，高為5-10 cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b中藻生物膜反應(yīng)器中接入含Cd2+廢水為 1-4 μ mol/Lo
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用鈣化藻處理含鎘廢水的方法，該方法首先將喜鈣念珠藻接入連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器中，并生長(zhǎng)1個(gè)月-2個(gè)月后至反應(yīng)器內(nèi)壁已形成部分藻生物膜，將藻生物膜反應(yīng)器中加入含Cd2+廢水，同時(shí)加入由CaCl2配置的成Ca2+，在室溫中運(yùn)行，控制水力停留時(shí)間，反應(yīng)器交替光照培養(yǎng)，在反應(yīng)器Ca2+處于飽和狀態(tài)，在反應(yīng)器運(yùn)行期間，控制CO32-的濃度和HCO3-的濃度，pH值為8-9，Cd2+被CaCO3晶體吸附或在CaCO3生成過程中Cd2進(jìn)入晶格而被固定，即可完成了利用鈣化藻處理含鎘的廢水。本發(fā)明所述的方法操作簡(jiǎn)便、易于控制，成本低，產(chǎn)品合成率高，無二次污染，可廣泛用于重金屬工業(yè)廢水行業(yè)。
文檔編號(hào)C02F3/32GK103086517SQ20131006900
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者潘響亮, 魏顯珍, 高磊, 宋文娟, 張道勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所