城市污水污泥中重金屬的生物瀝濾技術(shù)試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，各城市(城鎮(zhèn))污水處理廠相繼建成，大大減輕了城市生活污水和工業(yè)廢水對(duì)水環(huán)境的污染。但是，城市污水處理率的提高也帶來(lái)了新的問題，即城市污水污泥如何安全處理和處置。一方面，城市污泥中含有豐富的氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)等植物性營(yíng)養(yǎng)元素，是很好的肥源和良好的土壤改良劑，具有廣闊的資源化農(nóng)用前景。而另一方面，城市污泥中存在的高濃度有毒有害重金屬元素，則嚴(yán)重制約了城市污泥資源化農(nóng)用。在我國(guó)由于城市污水處理工藝、城市污水性質(zhì)和城市

2、經(jīng)濟(jì)類型的差異，使得我國(guó)多數(shù)城市污水廠的剩余污泥中的Cu、Zn等重金屬元素普遍超過《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB4248-84的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此，采取有效的措施對(duì)城市污泥中高濃度重金屬的生物毒性和含量加以控制顯得十分迫切和必要。
　　 針對(duì)這一課題，不少學(xué)者提出一些新穎的城市污泥中重金剔除技術(shù)和方法，其中生物瀝濾技術(shù)被眾多學(xué)者譽(yù)為城市污泥的綠色潔凈化技術(shù)，其處理成本較低、處理效果好、易于大規(guī)模推廣等特點(diǎn)，成為當(dāng)前污泥(沉積物)中重

3、金屬污染治理的熱點(diǎn)。目前，對(duì)于生物瀝濾法去除污泥中重金屬的研究仍以純菌種的玻皿實(shí)驗(yàn)為主，而對(duì)該技術(shù)的工程應(yīng)用時(shí)的實(shí)際情況缺乏系統(tǒng)研究。因此，從生物瀝濾的工程應(yīng)用角度出發(fā)，按工程化運(yùn)行特點(diǎn)對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行全面研究顯得十分重要。
　　 本文以桂林城市污水處理廠的剩余污泥為研究對(duì)象，以有效去除和降低城市污泥中高濃度重金屬含量和生物毒性為目標(biāo)，在研究氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)和氧化硫硫桿

4、菌(Acidithiobacillus thiooxidans)兩類瀝濾微生物的生長(zhǎng)特征基礎(chǔ)上，從生物瀝濾裝置的選擇、工藝流程的設(shè)計(jì)、瀝濾運(yùn)行參數(shù)優(yōu)選、瀝后污泥潛在生物毒性評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面對(duì)工程中應(yīng)用生物瀝濾技術(shù)這一課題進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。
　　 本文對(duì)桂林城市污水污泥成分進(jìn)行詳細(xì)分析，得出桂林城市污泥有機(jī)質(zhì)和總養(yǎng)分分別為426g/kg和99.1g/kg，具有較高的農(nóng)用價(jià)值。污泥中Cu、Zn、Cd含量超過我國(guó)污泥農(nóng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是研

5、究生物瀝濾去除的主要對(duì)象。采用Tessier連續(xù)提取法對(duì)污泥中重金屬化學(xué)形態(tài)進(jìn)行了分析，污泥中Cu、Pb、Ni、Cr主要以穩(wěn)定性較好的硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)(Organ)和殘?jiān)鼞B(tài)(Resd)形式存在，Zn和Cd以不穩(wěn)定態(tài)形式存在為主，污泥中各重金屬的潛在生物有效性強(qiáng)弱為：Cd＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞Cr。
　　 為提高生物瀝濾技術(shù)去除城市污泥重金屬的工程應(yīng)用價(jià)值，本研究在分析我國(guó)中小城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)有污水污泥處理設(shè)施完善程度的基礎(chǔ)

6、上首次提出了采用序批式生物反應(yīng)器為瀝濾主體構(gòu)筑物的生物瀝濾除污泥重金屬工藝。
　　 文中對(duì)分別采用氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌進(jìn)行生物瀝濾的各主要影響因素進(jìn)行了研究，確定了以二沉池出泥(剩余污泥)為瀝濾對(duì)象時(shí)的生物瀝濾各運(yùn)行參數(shù)。其中氧化亞鐵硫桿菌瀝濾體系的最佳運(yùn)行條件為：底物投加量10g/L、溫度25℃、曝氣強(qiáng)度0.4L/(min·L)、接種量為30％。氧化硫硫桿菌瀝濾體系的最佳運(yùn)行條件為：底物投加量3g/L、硫顆粒平均粒徑1

7、65um、溫度20～30℃、曝氣強(qiáng)度1.0 L/(min·L)、接種量10％。并對(duì)兩嗜酸菌瀝濾在最佳運(yùn)行條件下的工程運(yùn)行周期進(jìn)行了分析，確定氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌瀝濾體系的適宜運(yùn)行周期和多批次運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，表明此兩瀝濾體系的最佳運(yùn)行周期為2天和3天，經(jīng)多批次運(yùn)行時(shí)污泥的酸化和重金屬去除效果較好且運(yùn)行穩(wěn)定。
　　 為了解嗜酸微生物的微觀生長(zhǎng)特征，研究以桂林城市污泥為培養(yǎng)介質(zhì)，經(jīng)多次富集純化得到污泥土著氧化硫硫桿菌和

8、氧化亞鐵硫桿菌，并根據(jù)嗜酸菌生長(zhǎng)及代謝底物特點(diǎn)，引入Michaelis-Menten方程，推導(dǎo)出嗜酸菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程。得到氧化亞鐵硫桿菌生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)Ks=13.763g/L，μm=0.169 h-1；氧化硫硫桿菌的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)Ks=1.836 g/L，μm=0.075 h-1。
　　 為研究瀝濾過程中污泥中重金屬遷移及各化學(xué)形態(tài)釋放特征，對(duì)瀝濾過程中污泥中重金屬的含量和化學(xué)形態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明經(jīng)過生物瀝濾處理后，污泥中

9、主要高濃度重金屬Cu、Zn和Cd的殘余濃度均符合《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB4248-84的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，瀝濾后污泥中Cu，Zn和Cd均能以化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的硫化物及有機(jī)物結(jié)合態(tài)(Organ態(tài))和殘?jiān)鼞B(tài)(Resd態(tài))形式存在，并對(duì)Cu、Zn、Cd的各化學(xué)形態(tài)在瀝濾體系中的釋放能力進(jìn)行分析研究。
　　 采用了當(dāng)前較為先進(jìn)的沉積物質(zhì)量基準(zhǔn)法(SQGs)和Hakanson指數(shù)法對(duì)瀝濾前后污泥中重金屬的潛在生物毒性進(jìn)行了定性和定量的評(píng)價(jià)，結(jié)