生物淋滤法去除污泥中重金属的工艺参数优选研究

论文摘要

生物淋滤技术是一门极具潜力的新兴生物技术,是去除污泥中重金属的有效途径。生物淋滤法具有成本低、去除效率高、脱毒后污泥脱水性能好等优点,近年来在国际上备受关注。污泥生物淋滤法主要利用硫杆菌属将污泥中难溶性金属硫化物直接或间接氧化成金属硫酸盐溶出,通过固液分离达到去除重金属的目的。随着城市污水处理设施的普及,污泥产量日益增加,虽然污泥土地利用经济可行,但污泥中的重金属会对生态环境和人类健康造成潜在威胁,此时生物淋滤技术就显得尤为重要。目前,污泥重金属生物淋滤技术的研究刚刚起步,对利用硫杆菌淋滤的研究,以及反应器等内容的研究尚不全面。因此,为了使生物淋滤高效、经济的运行,研究其最佳工艺参数具有十分重要的意义。本文以太原市河西北中部污水处理厂的浓缩污泥作为研究对象,利用生物淋滤法对污泥中的重金属进行去除,对生物淋滤的工艺参数进行了优选,并在此基础上运行动态生物淋滤试验。目的是有效去除和降低城市污泥中有毒有害重金属元素,使其实现资源化,为进一步的农林利用打下基础。本文首先简要介绍了污泥的特点和性质,以及目前国内外污泥处理、处置的主要技术,并重点提出了污泥农用资源化的效果和环境效应和污泥中重金属的基本处理方法。其次介绍了生物淋滤的研究现状,其中包括生物淋滤菌种的特性、生物淋滤法去除污泥中重金属的生物反应机理和影响生物淋滤过程中重金属去除效率的因素等,然后提出了生物淋滤的改进和前景。在对河西北中部污水处理厂的浓缩污泥重金属总量测定时发现该污水处理厂浓缩污泥中所测定的重金属均未超过我国污泥农林利用碱性土壤标准,只有Cu和Zn超过污泥农林利用酸性土壤标准。经过重金属形态分析,发现污泥中Zn元素不但含量高,且不稳定形态所占比例普遍较高,超出污泥农林利用酸性土壤的标准。所以,在农用前对污泥中重金属进行处理是非常有必要的。试验通过使用硫酸亚铁和硫粉两种不同的培养基的重金属浸出率的比较,依据河西北中部污水处理厂Zn含量过高的实际情况,选择了硫粉作为底物。利用氧化硫硫杆菌的混合菌液进行生物淋滤静态试验,研究了不同污泥浓度和底物浓度下、不同接种量下、不同初始pH值下重金属的淋滤效果,结果发现采用3%的接种量,沥滤效果较好,而最佳污泥浓度为5%,最佳初始pH值为4,最佳底物浓度为5g/L。确定最佳工艺参数后,应用续搅拌生物淋滤反应器(CSTR),分两种方式进行生物淋滤动态试验,即连续流和间歇式,其中间歇式生物淋滤进行了三批试验。试验发现,间歇式比连续流的去除效果好,同时,除Cd外,Cu和Zn的去除效果均比静态试验好。最后,本文建议改进菌种,缩短淋滤周期,对动态实验要做更深入的研究。同时,应该跟踪测定淋滤后其营养成分的含量,以保证污泥农用后的肥效和利用率,以及对污泥生物淋滤后的淋出液进行合理的回收重金属的处理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 城市污泥概述
• 1.2 城市污泥的特点及其组分
• 1.2.1 污泥的特点
• 1.2.2 污泥的组分
• 1.3 污泥的处理处置
• 1.3.1 污泥的处理方法
• 1.3.2 污泥的处置方法
• 1.4 城市污泥农用资源化
• 1.4.1 污泥利用的潜在风险
• 1.4.2 城市污泥农用的效果评析
• 1.4.3 城市污泥农用的环境效应评析
• 1.5 污泥中的重金属
• 1.5.1 污泥重金属的定义及其危害
• 1.5.2 污泥重金属的处理方法及比较
• 1.6 课题的背景及意义
• 1.7 课题的研究目的和内容
• 第二章 生物淋滤的研究现状
• 2.1 生物淋滤的概念
• 2.2 生物淋滤法采用的主要细菌
• 2.3 生物淋滤法去除污泥中重金属的机理
• 2.3.1 氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌去除重金属机理
• 2.3.2 微生物吸附污泥重金属原理
• 2.4 影响生物淋滤过程中重金属去除效果的因素
• 2.4.1 起始pH 值
• 2.4.2 氧化还原电位（ORP）
• 2.4.3 温度
• 2.4.4 污泥种类和浓度
• 2.4.5 底物
• 2浓度及CO₂浓度'>2.4.6 O₂浓度及CO₂浓度
• 2.4.7 重金属种类和浓度
• 3+浓度'>2.4.8 Fe³⁺浓度
• 2.4.9 抑制因子
• 2.4.10 处理时间
• 2.4.11 操作方法
• 2.5 生物淋滤法的改进和前景
• 第三章 城市污泥重金属总量的测定及其存在形态分析
• 3.1 试验材料
• 3.2 试验仪器及化学试剂
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 试验用化学试剂
• 3.3 样品预处理
• 3.3.1 污泥风干
• 3.3.2 泥样的消解
• 3.4 试验方法
• 3.4.1 污泥中重金属含量的测定
• 3.4.2 重金属形态测定
• 3.5 试验结果与分析
• 3.5.1 污泥重金属总量
• 3.5.2 重金属形态分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 生物淋滤的工艺参数优选
• 4.1 概述
• 4.2 试验材料
• 4.2.1 污泥样品
• 4.2.2 实验用菌培养和底物选择
• 4.2.3 生物淋滤静态试验
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 不同底物浓度下重金属淋滤效果
• 4.3.2 不同接种量下重金属淋滤效果
• 4.3.3 不同起始pH 值下重金属淋滤效果
• 4.3.4 不同污泥浓度下重金属的淋滤效果
• 4.4 本章小结
• 第五章 生物淋滤动态试验
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验装置
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 试验结果与分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录