固體濃度對(duì)生物淋濾法去除制革污泥中鉻的影響

1、固體濃度對(duì)生物淋濾法去除制革污泥中鉻的影響中國(guó)環(huán)境科學(xué)2004,24(2):163165ChinaEnvironmentalScience固體濃度對(duì)生物淋濾法去除制革污泥中鉻的影響方迪,周立祥(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,江蘇南京210095)摘要:采用序批式搖床培養(yǎng),研究了含固率為2%一10%的污泥濃度對(duì)生物淋濾法去除制革污泥中重金屬Cr效果的影響.結(jié)果表明.淋濾處理8d,不同濃度處理cr的去除率均達(dá)95%以上;污泥濃度越低,則污泥中Cr的去除率相對(duì)越高,去除速率也越快.如含固率在6%以下的污泥其Cr的去除率在第6d時(shí)就達(dá)100%.6%的污泥濃度在實(shí)際應(yīng)用中較為合適.在相同的pH值條件下不同含

2、固率的污泥均有相似的Cr去除率.Cr大量溶出時(shí),具有明顯的pH臨界點(diǎn).當(dāng)pH<2時(shí)污泥中Cr的去除率才可達(dá)到80%以上.關(guān)鍵詞:制革污泥;生物淋濾;嗜酸性硫桿菌:鉻;污泥濃度中圖分類(lèi)號(hào):X794文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-6923(2004)02-0163-03TheinfluenceofsolidconcentrationontheremovalofCrfromtannerysludgebybioleachingtechnique.FANGDi,ZHOULixiang(CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,NanjingAgricu

3、lturalUniversity,Nanjing210095,China).ChinaEnvironmentalScience,2004,24(2):163165Abstract:Theinfluenceofsludgeconcentrationof2%l0%solidcontainingrateonremovaleffectofheavymetalCrfromtannerysludgebybioleachingtechniquewasstudiedadoptingcultivationwithorderbatchtypeshakingbed.Crremovalratecouldreachab

4、ove95%after8daysofleachingtreatmentofdifferentCrconcentrations.Thelowerthesludgeconcentration,thehighertheremovalrateandthequickertheremovalspeedofCrinsludge.IfthesolidcontainingrateofsludgeWasbelow6%.itsremovalrateofCrcouldreach100%at6d;thesludgeconcentrationof6%bioleachingwasrealizedthroughaffecti

5、ngtheacidifyingrateofsludge.UndertheconditionofsamepHvalue,thesludgeofdifferentsolidcontainingratehadsimilarCrremovalrate.ThetestfurtherprovedthatdissolutionofgreatamountofCrpossessedobviouspHcriticalpoint.OnlyaspHbelow2,theremovalrateofCrinsludgecouldreachfastabove80%.Keywords:tannerysludge;bioleac

6、hing:acidophilicthiobacillus;Cr:sludgeconcentration制革污泥既含高濃度有毒金屬Cr(含Cr1%4%),也含豐富有機(jī)質(zhì)和氮磷等養(yǎng)分.去除制革污泥中有害成分,使其資源化利用,是一項(xiàng)十分有意義的工作.2O世紀(jì)90年代初國(guó)際上開(kāi)始利用微生物淋濾技術(shù)去除城市污泥中重金屬的研究4】,該生物方法與化學(xué)法23】相比,作用溫和,對(duì)多數(shù)重金屬去除率高,成本低廉.但對(duì)Cr的去除率卻普遍很低,一直未能將該方法用于制革污泥中Cr去除.近年來(lái)本研究組直接從制革污泥中分離到一株硫氧化菌,成功地將該技術(shù)應(yīng)用于制革污泥中重金屬Cr的去除.然而該結(jié)果可能并非是在最優(yōu)化的條件下獲得

7、的,摸索最佳運(yùn)行參數(shù)是生物淋濾技術(shù)工程應(yīng)用的重要環(huán)節(jié).污泥濃度(也稱(chēng)污泥含固率)是其中重要的參數(shù)之一.從經(jīng)濟(jì)角度考慮,采用的污泥含固率越高,越有利于降低運(yùn)行成本.但過(guò)高的污泥濃度在生物淋濾過(guò)程中將可能釋放更多的抑制因子(如重金屬離子和有機(jī)物),對(duì)pH值下降的阻控作用也越強(qiáng),淋濾效率可能降低.因此,選擇何種污泥濃度就顯得非常重要.為此,在前期工作的基礎(chǔ)上,通過(guò)序批式搖床培養(yǎng),研究了制革污泥濃度對(duì)制革污泥生物淋濾過(guò)程的影響.1材料與方法供試污泥采自浙江某制革污水處理廠的污泥濃縮干化池.該廠采用氧化溝法二級(jí)處理工藝處理制革污水,日處理污水3000m,日排出污泥約收稿日期:2003-06-02基金項(xiàng)目

8、:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20177016);國(guó)際科學(xué)基金資助項(xiàng)目(IFS,C/2669-2);t-五”863”計(jì)劃(2002AA245031)責(zé)任作者,教授,lxxhou164中國(guó)環(huán)境科學(xué)24卷15t.樣品采回后,保存于聚乙烯塑料桶中并置于4C冰箱備用.污泥的pH值為8.02,含固率為10.8%.植物養(yǎng)分含量豐富,全氮1.55%,全磷0.5%,有機(jī)質(zhì)43.1%.重金屬Cr,Cu,Pb,Zn含量分別為14519,24,20,80mgkg(均以干物質(zhì)計(jì)).用水將含固率10.8%的供試污泥稀釋,形成含固率分別為2%,4%,6%,8%和10%的5個(gè)濃度梯度處理.每個(gè)處理3次重復(fù).將不同含固率的污泥

9、分別預(yù)酸化后,分裝在250mL的一系列三角瓶中.每瓶裝制革污泥135mL,接種15mL含嗜酸性硫桿菌的酸化污泥,并投加4g/L的S粉作為能源物質(zhì).置于28往復(fù)式搖床(180r/min)中振蕩培養(yǎng)8d,培養(yǎng)期間采用稱(chēng)重法補(bǔ)充蒸發(fā)的水分.在以前的多次試驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)不接種嗜酸性硫桿菌(酸化污泥)的處理,污泥生物淋濾反應(yīng)不能啟動(dòng)【5】,因此,在本次試驗(yàn)中未設(shè)置與不同污泥濃度處理相對(duì)應(yīng)的不接種嗜酸性硫桿菌的處理.培養(yǎng)過(guò)程中污泥重金屬隨著介質(zhì)pH值的降低而逐步溶出進(jìn)入污泥液相.每2d取10mL生物淋濾處理的污泥,測(cè)定pH值.隨后在12000r/min下離心15min,0.45m濾膜過(guò)濾,進(jìn)行固液分離.采用電

10、感耦合等離子發(fā)射光譜儀ICP.AES(Optival200,USA)法測(cè)定濾液中Cr-.根據(jù)試驗(yàn)前后樣品中重金屬含量的差值,計(jì)算污泥中Cr的溶出率.1.68和1.84.同時(shí),從2d后開(kāi)始,5個(gè)處理間pH值降幅變化的差異逐步減小.這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng),污泥濃度較低的處理由于反應(yīng)初期的快速淋濾作用,已經(jīng)消耗過(guò)多的能源物質(zhì),介質(zhì)中可供細(xì)菌利用的S大大減少,造成后期淋濾速率逐漸下降,而6%10%較高濃度的處理則在淋濾后期由于還有充足的能源物質(zhì),pH值下降速率加快.因而在淋濾結(jié)束的第8d,不同含固率處理的pH值都降到1.6l以下,含固率2%和10%的處理pH值僅相差0.44,分別為1.17和1.61

11、.可見(jiàn),隨著制革污泥濃度的提高,淋濾體系對(duì)介質(zhì)pH值下降的緩沖性增大.所以,較低的污泥含固率能較快降低污泥pH值來(lái)溶出重金屬,例如2%6%的污泥濃度處理在淋濾的第4d,pH值就能降低到2以下,而污泥濃度超過(guò)6%的處理,則要到第6d才能達(dá)到pH<2的水平.從pH值變化看,污泥濃度在6%以下合適.2結(jié)果與討論Fig.12.1污泥生物淋濾過(guò)程中pH值的變化圖l為生物淋濾過(guò)程中污泥體系pH值的變化.pH值的降低主要是由于在嗜酸性硫桿菌的催化氧化作用下將能源物質(zhì)S粉氧化成硫酸所致.介質(zhì)pH值降低得越多,說(shuō)明生物淋濾作用越強(qiáng).隨著污泥濃度的遞增,pH值下降速率變慢.在淋濾初期02d,含固率為2%處理

12、的pH值就從起始的6.2迅速下降到2.62,此時(shí)6%和10%的處理pH值分別為4和4.8.隨著生物淋濾的進(jìn)行,5個(gè)處理的淋濾進(jìn)程均加快,污泥介質(zhì)的pH值大幅下降,含固率為2%,4%,6%,8%和10%的處理至第6d時(shí)pH值分別下降到1.26,1.39,1.54,765j四4毛32100246時(shí)間(d)圖1生物淋濾過(guò)程中污泥pH值的變化ChangesofpHoftannerysludgeduringbioleaching2.2生物淋濾過(guò)程中Cr的去除動(dòng)態(tài)及其與pH值的關(guān)系由圖2可見(jiàn),5個(gè)不同污泥濃度處理的生物淋濾反應(yīng)均能很快啟動(dòng)并持續(xù)進(jìn)行,在淋濾結(jié)束(第8d)時(shí),Cr的去除率均達(dá)到96%100%

13、.但Cr的去除動(dòng)態(tài)卻大不相同,在淋濾初期的02d,各處理的去除率相差不大,均小于5%;2d后,對(duì)于不同污泥含固率的處理,Cr去除率的差異表現(xiàn)日益顯著.第4d時(shí)2%的處理,去除率已經(jīng)達(dá)到100%,6%和10%的處理去除率分別為66%和12%.淋濾后期的48d,較高含固率(4%l0%)的處理,Cr的去除率迅速提高,6d時(shí),4%和6%的處2期方迪等:固體濃度對(duì)生物淋濾法去除制革污泥中鉻的影響理去除率已接近100%,淋濾反應(yīng)8d,除10%的處理外,其余4個(gè)處理的污泥中的cr均完全溶出,去除率達(dá)到100%.顯然,污泥濃度對(duì)cr的去除有著重要的影響,特別是在淋濾處理中期表現(xiàn)明顯.這是由于高濃度的待處理污泥

14、需要消耗更多的硫酸才能溶出等量的重金屬,因而延遲了Cr的去除.02468時(shí)間(d)圖2生物淋濾過(guò)程中Cr的去除動(dòng)態(tài)Fig.2TheremovalofCrfromtannerysludgebybioleaching對(duì)于具有高緩沖性的制革污泥,在pH>2時(shí),不論是哪種污泥含固率的處理,cr的去除率均不會(huì)超過(guò)50%,但只要生物淋濾作用導(dǎo)致污泥介質(zhì)pH<2,Cr的去除率就能迅速達(dá)到80%以上,在pH值降低到1.6o左右時(shí),Cr能溶出95%以上(圖3).國(guó)外學(xué)者在進(jìn)行城市污泥生物淋濾試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)cr的去除率始終很低(多數(shù)在40%以下),因?yàn)樵谠囼?yàn)中,介質(zhì)的pH值沒(méi)有達(dá)到相應(yīng)的臨界點(diǎn)4,61.1

15、008060贛40u200l234567pn值圖3生物淋濾過(guò)程中污泥pH值的變化與Cr去除率的關(guān)系Fig.3CrsolubilizationasafunctionofsludgepHduringbioleaching3結(jié)論3.1在污泥濃度為2%10%的制革污泥中接種嗜酸性硫桿菌(T.ferrooxidans和T.thiooxidans),能高效去除污泥中的Cr.淋濾處理8d,Cr的去除率高達(dá)95%100%.3.2污泥濃度并不直接影響制革污泥生物淋濾過(guò)程中Cr的去除率,而是通過(guò)影響污泥介質(zhì)的酸化速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的.在不同污泥濃度的淋濾處理中,6%以下的污泥含固率在實(shí)際工程運(yùn)行時(shí)較為合適.3.3在利用生

16、物淋濾技術(shù)去除制革污泥中Cr時(shí),介質(zhì)的pH值是cr溶出最關(guān)鍵的影響因素.pH值<2,才能使污泥中Cr去除率達(dá)到80%以上,pH值下降到1.6時(shí),幾乎可完全溶出污泥中的Cr.參考文獻(xiàn):【l】高忠柏,蘇超英.制革工業(yè)廢水處理【M】.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.200I.149158.【21MacchiG,PaganoM,PettineM,eta1.Abenchstudyonchromiumrecoveryfromtannerysludge叨.WaterResearch,199l,25:10191026.【3】ShenSB,TyagiRD,BlaisJF.ExtractionofCr0II)andothermetalsfromtannerysludgebymineralacidsJ.EnvironmentalTechnology,2001,22(9):10071014.【4】SreekrishnanJN,TyagiRD,BlaisJEeta1.Kineticsofheavymetalbioleachingfromsewagesludge:Effectsofprocessparameters【J1.WaterResearch,1993,27:16411651.【5】周