申请日2016.10.09
公开(公告)日2017.01.25
IPC分类号C02F9/14; C02F101/20
摘要
本发明涉及一种复合生物法处理含镉废水的方法，属于废水处理技术领域。本发明利用富含蛋白质的象鼻虫幼虫为原料，酶解得到具有螯合作用的多肽类物质，将其投入处理池对水中镉离子进行初步螯合，一部分螯合物沉淀变为淤泥，再通过植物浮岛中水芹根际分泌物活化镉离子并通过根部分泌的大分子有机物进一步络合，实现水芹根部对镉离子的富集，移除水芹后即可初步去除，将曲霉发酵小麦作为鱼食，利用曲霉产生的曲酸对水中残余镉离子进行络合，使镉离子富集在鱼食上，让鱼类取食鱼食后，使重金属转移到鱼体内，回收鱼类即可完成处理，本发明的处理方法成本低廉、无需化学试剂、不会造成二次污染且对水中镉离子去除彻底，能够达到深度处理的标准。
权利要求书
1.一种复合生物法处理含镉废水的方法，其特征在于具体处理步骤为：
(1)在坡度为15°的斜坡上自上而下挖出连续3个长20m、宽10m和深2m的处理池并在每个处理池的池壁安装3～4个曝气装置，自上而下依次将处理池编号为1、2、3号处理池，每相邻两个处理池间用直径为1m的钢管相连;
(2)在一号处理池底部铺设厚度为20～30cm的活性污泥和5～10cm的活性炭，将待处理的含镉废水先通入1号处理池中，在通入之前用间隙为15mm的粗格栅去除废水中的大颗粒杂质，启动曝气装置曝气处理3～5h后静置过夜，对池底清淤并将上层澄清预处理废水通入2号处理池;
(3)按投加量为5～10g/L将生物螯合剂投入2号处理池中，投加完毕后再向池中放入100～150个植物浮岛，静置处理15～20天后收集人工浮岛并对池底清淤，将池中处理液通入3号处理池;
(4)按投加量为3～5g/L向3号处理池中加入络合鱼食，投加完毕后曝气处理3～5h，再向池中放养100～150kg泥鳅、50～100kg黄鳝和100～200kg鲶鱼，让鱼类取食络合鱼食，并且每天投食2～3次，如此养殖处理10～15天后，回收鱼类，清淤后处理池中的水即可达标排放。
2.根据权利要求1所述的一种复合生物法处理含镉废水的方法，其特征在于：所述的生物螯合剂的具体制备步骤为：
(1)挑选体重超过10g的象鼻虫幼虫放在陶瓷罐中饥饿处理2～3天后用去离子水冲洗10～15min，人工切除幼虫头部，用擀面杖碾轧挤出其体内内脏，得到幼虫皮囊;
(2)按质量比为1:5将上述幼虫皮囊和质量分数为0.7～0.9%的氯化钠溶液混合后装入酶解罐中，再向酶解罐中加入幼虫皮囊总质量1～3%的碱性蛋白酶，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7～8，密封酶解罐后在30～40℃下酶解6～8h，过滤得到酶解液，即为生物螯合剂。
3.根据权利要求1所述的一种复合生物法处理含镉废水的方法，其特征在于：所述的生态浮岛的具体制备步骤为：取一块直径为1m的聚苯乙烯圆形泡沫板，沿着泡沫板直径每隔3～5cm凿出一个8～10cm2的小孔，将株高为40～50cm的水芹根部装入小孔中，使根须总长度的1/2～2/3透过泡沫板，制成植物浮岛。
4.根据权利要求1所述的一种复合生物法处理含镉废水的方法，其特征在于：所述的络合鱼食的具体制备步骤为：将小麦用石磙碾碎20～30min后用去离子水洗净，将洗净后的小麦碎粒平铺在蒸笼中，在100～110℃下蒸制30～40min，将蒸制后的小麦放入发酵罐中，待其冷却至室温后按接种量为8%向小麦中接入曲霉，在25～30℃下保温发酵10～12天，发酵结束后得到的发酵产物即为络合鱼食。
说明书
一种复合生物法处理含镉废水的方法
技术领域
本发明涉及一种复合生物法处理含镉废水的方法，属于废水处理技术领域。
背景技术
在生产过程中，冶炼时产生的大量烟尘含有大量的重金属物质，在使用湿法收尘处理后，大部分的重金属物质会进入到酸性收尘喷淋液中，形成重金属含量较高的废水，这部分废水若不经过沉镉处理直接回用，镉会在整个系统中不断循环累积，最终影响到冶炼产品的质量。同时，若含镉量高的废水不经处理直接排放到环境中，会造成严重的重金属污染。若含镉废水排放污染土壤，会使镉通过植物根系进入到植物中，若人类长期食用含镉高的食物，或饮用含镉高的水，会使镉大量进入人体，降低人体骨骼系统钙的含量，造成骨质变脆易折;同时，镉进入人体还会通过生物放大和积累，对肺、肝、肾、免疫系统和生殖系统造成一系列的损伤。
处理含镉废水有化学沉淀法、电解法、吸附法、离子交换法、膜分离技术和生物法等方法。在实际应用中，上述方法多存在缺陷，如吸附法试剂投放量大;膜分离技术、电解法等处理成本高，化学沉淀法易造成二次污染，生物法难以达到深度除镉等，尤其对大量含镉废水处理时，这些缺点显得尤为突出。絮凝沉降法是常用的污染废水处理技术，改善水质具有不可替代的优势，如试剂用量少、操作简便、成本低且利于大量废水处理。但絮凝剂不具有去除水溶性离子性能，因此造成废水中除镉不完全，废水中镉含量难以达到排放标准。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前传统处理含镉废水的方法多存在试剂投放量大、成本高、容易造成二次污染，而单独使用生物法难以深度除镉的缺陷，提供了一种复合生物法处理含镉废水的方法。该方法通过在斜坡上挖建处理池，经植物和鱼类以及自制处理剂共同作用达到处理目的。本发明利用富含蛋白质的象鼻虫幼虫为原料，酶解得到具有螯合作用的多肽类物质，将其投入处理池对水中镉离子进行初步螯合，一部分螯合物沉淀变为淤泥，一部分悬浮在水中，再通过植物浮岛中水芹根际分泌物活化镉离子并通过根部分泌的大分子有机物进一步络合，实现水芹根部对镉离子的富集，移除水芹后即可完成对水中重金属的初步去除，再通曲霉发酵小麦作为鱼食，利用曲霉产生的曲酸对水中残余镉离子进行络合，使镉离子富集在鱼食上，最后让鱼类取食络合鱼食后，使重金属富集转移到鱼体内，回收鱼类即可完成对含镉废水的处理，本发明的处理方法成本低廉、无需化学试剂、不会造成二次污染且对水中镉离子去除彻底，能够达到深度处理的标准。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
(1)在坡度为15°的斜坡上自上而下挖出连续3个长20m、宽10m和深2m的处理池并在每个处理池的池壁安装3～4个曝气装置，自上而下依次将处理池编号为1、2、3号处理池，每相邻两个处理池间用直径为1m的钢管相连;
(2)在一号处理池底部铺设厚度为20～30cm的活性污泥和5～10cm的活性炭，将待处理的含镉废水先通入1号处理池中，在通入之前用间隙为15mm的粗格栅去除废水中的大颗粒杂质，启动曝气装置曝气处理3～5h后静置过夜，对池底清淤并将上层澄清预处理废水通入2号处理池;
(3)按投加量为5～10g/L将生物螯合剂投入2号处理池中，投加完毕后再向池中放入100～150个植物浮岛，静置处理15～20天后收集人工浮岛并对池底清淤，将池中处理液通入3号处理池;
(4)按投加量为3～5g/L向3号处理池中加入络合鱼食，投加完毕后曝气处理3～5h，再向池中放养100～150kg泥鳅、50～100kg黄鳝和100～200kg鲶鱼，让鱼类取食络合鱼食，并且每天投食2～3次，如此养殖处理10～15天后，回收鱼类，清淤后处理池中的水即可达标排放。
所述的生物螯合剂的具体制备步骤为：
(1)挑选体重超过10g的象鼻虫幼虫放在陶瓷罐中饥饿处理2～3天后用去离子水冲洗10～15min，人工切除幼虫头部，用擀面杖碾轧挤出其体内内脏，得到幼虫皮囊;
(2)按质量比为1:5将上述幼虫皮囊和质量分数为0.7～0.9%的氯化钠溶液混合后装入酶解罐中，再向酶解罐中加入幼虫皮囊总质量1～3%的碱性蛋白酶，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7～8，密封酶解罐后在30～40℃下酶解6～8h，过滤得到酶解液，即为生物螯合剂。
所述的生态浮岛的具体制备步骤为：
(1)取一块直径为1m的聚苯乙烯圆形泡沫板，沿着泡沫板直径每隔3～5cm凿出一个8～10cm2的小孔，将株高为40～50cm的水芹根部装入小孔中，使根须总长度的1/2～2/3透过泡沫板，制成植物浮岛;
所述的络合鱼食的具体制备步骤为：
(1)将小麦用石磙碾碎20～30min后用去离子水洗净，将洗净后的小麦碎粒平铺在蒸笼中，在100～110℃下蒸制30～40min，将蒸制后的小麦放入发酵罐中，待其冷却至室温后按接种量为8%向小麦中接入曲霉，在25～30℃下保温发酵10～12天，发酵结束后得到的发酵产物即为络合鱼食。
本发明的原理是：本发明利用富含蛋白质的象鼻虫幼虫为原料，酶解得到具有螯合作用的多肽类物质，将其投入处理池对水中镉离子进行初步螯合，一部分螯合物沉淀变为淤泥，一部分悬浮在水中，再通过植物浮岛中水芹根际分泌物活化镉离子并通过根部分泌的大分子有机物进一步络合，实现水芹根部对镉离子的富集，移除水芹后即可完成对水中重金属的初步去除，再通曲霉发酵小麦作为鱼食，利用曲霉产生的曲酸对水中残余镉离子进行络合，使镉离子富集在鱼食上，最后让鱼类取食络合鱼食后，使重金属富集转移到鱼体内，回收鱼类即可完成对含镉废水的处理，本发明的处理方法成本低廉、无需化学试剂、不会造成二次污染且对水中镉离子去除彻底，能够达到深度处理的标准。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的处理含镉废水的方法成本低廉、无需化学试剂、不会造成二次污染;
(2)本发明提供的处理含镉废水的方法对水中镉离子去除彻底，能够达到深度处理的标准，经检测经本发明处理后的含镉废水中镉离子去除率达99.5%以上。
具体实施方式
在坡度为15°的斜坡上自上而下挖出连续3个长20m、宽10m和深2m的处理池并在每个处理池的池壁安装3～4个曝气装置，自上而下依次将处理池编号为1、2、3号处理池，每相邻两个处理池间用直径为1m的钢管相连;在一号处理池底部铺设厚度为20～30cm的活性污泥和5～10cm的活性炭，将待处理的含镉废水先通入1号处理池中，在通入之前用间隙为15mm的粗格栅去除废水中的大颗粒杂质，启动曝气装置曝气处理3～5h后静置过夜，对池底清淤并将上层澄清预处理废水通入2号处理池;按投加量为5～10g/L将生物螯合剂投入2号处理池中，投加完毕后再向池中放入100～150个植物浮岛，静置处理15～20天后收集人工浮岛并对池底清淤，将池中处理液通入3号处理池;按投加量为3～5g/L向3号处理池中加入络合鱼食，投加完毕后曝气处理3～5h，再向池中放养100～150kg泥鳅、50～100kg黄鳝和100～200kg鲶鱼，让鱼类取食络合鱼食，并且每天投食2～3次，如此养殖处理10～15天后，回收鱼类，清淤后处理池中的水即可达标排放。所述的生物螯合剂的具体制备步骤为：挑选体重超过10g的象鼻虫幼虫放在陶瓷罐中饥饿处理2～3天后用去离子水冲洗10～15min，人工切除幼虫头部，用擀面杖碾轧挤出其体内内脏，得到幼虫皮囊;按质量比为1:5将上述幼虫皮囊和质量分数为0.7～0.9%的氯化钠溶液混合后装入酶解罐中，再向酶解罐中加入幼虫皮囊总质量1～3%的碱性蛋白酶，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7～8，密封酶解罐后在30～40℃下酶解6～8h，过滤得到酶解液，即为生物螯合剂。所述的生态浮岛的具体制备步骤为：取一块直径为1m的聚苯乙烯圆形泡沫板，沿着泡沫板直径每隔3～5cm凿出一个8～10cm2的小孔，将株高为40～50cm的水芹根部装入小孔中，使根须总长度的1/2～2/3透过泡沫板，制成植物浮岛;所述的络合鱼食的具体制备步骤为：将小麦用石磙碾碎20～30min后用去离子水洗净，将洗净后的小麦碎粒平铺在蒸笼中，在100～110℃下蒸制30～40min，将蒸制后的小麦放入发酵罐中，待其冷却至室温后按接种量为8%向小麦中接入曲霉，在25～30℃下保温发酵10～12天，发酵结束后得到的发酵产物即为络合鱼食。
实例1
在坡度为15°的斜坡上自上而下挖出连续3个长20m、宽10m和深2m的处理池并在每个处理池的池壁安装3个曝气装置，自上而下依次将处理池编号为1、2、3号处理池，每相邻两个处理池间用直径为1m的钢管相连;在一号处理池底部铺设厚度为20cm的活性污泥和5cm的活性炭，将待处理的含镉废水先通入1号处理池中，在通入之前用间隙为15mm的粗格栅去除废水中的大颗粒杂质，启动曝气装置曝气处理3h后静置过夜，对池底清淤并将上层澄清预处理废水通入2号处理池;按投加量为5g/L将生物螯合剂投入2号处理池中，投加完毕后再向池中放入100个植物浮岛，静置处理15天后收集人工浮岛并对池底清淤，将池中处理液通入3号处理池;按投加量为3g/L向3号处理池中加入络合鱼食，投加完毕后曝气处理3h，再向池中放养100kg泥鳅、50kg黄鳝和100kg鲶鱼，让鱼类取食络合鱼食，并且每天投食2次，如此养殖处理10天后，回收鱼类，清淤后处理池中的水即可达标排放。所述的生物螯合剂的具体制备步骤为：挑选体重超过10g的象鼻虫幼虫放在陶瓷罐中饥饿处理2天后用去离子水冲洗10min，人工切除幼虫头部，用擀面杖碾轧挤出其体内内脏，得到幼虫皮囊;按质量比为1:5将上述幼虫皮囊和质量分数为0.7%的氯化钠溶液混合后装入酶解罐中，再向酶解罐中加入幼虫皮囊总质量1%的碱性蛋白酶，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7，密封酶解罐后在30℃下酶解6h，过滤得到酶解液，即为生物螯合剂。所述的生态浮岛的具体制备步骤为：取一块直径为1m的聚苯乙烯圆形泡沫板，沿着泡沫板直径每隔3cm凿出一个8cm2的小孔，将株高为40cm的水芹根部装入小孔中，使根须总长度的1/2透过泡沫板，制成植物浮岛;所述的络合鱼食的具体制备步骤为：将小麦用石磙碾碎20min后用去离子水洗净，将洗净后的小麦碎粒平铺在蒸笼中，在100℃下蒸制30min，将蒸制后的小麦放入发酵罐中，待其冷却至室温后按接种量为8%向小麦中接入曲霉，在25℃下保温发酵10天，发酵结束后得到的发酵产物即为络合鱼食。
本发明的处理方法成本低廉、无需化学试剂、不会造成二次污染且对水中镉离子去除彻底，能够达到深度处理的标准，经检测经本发明处理后的含镉废水中镉离子去除率达99.6%。
实例2
在坡度为15°的斜坡上自上而下挖出连续3个长20m、宽10m和深2m的处理池并在每个处理池的池壁安装4个曝气装置，自上而下依次将处理池编号为1、2、3号处理池，每相邻两个处理池间用直径为1m的钢管相连;在一号处理池底部铺设厚度为25cm的活性污泥和8cm的活性炭，将待处理的含镉废水先通入1号处理池中，在通入之前用间隙为15mm的粗格栅去除废水中的大颗粒杂质，启动曝气装置曝气处理4h后静置过夜，对池底清淤并将上层澄清预处理废水通入2号处理池;按投加量为8g/L将生物螯合剂投入2号处理池中，投加完毕后再向池中放入130个植物浮岛，静置处理18天后收集人工浮岛并对池底清淤，将池中处理液通入3号处理池;按投加量为4g/L向3号处理池中加入络合鱼食，投加完毕后曝气处理4h，再向池中放养130kg泥鳅、80kg黄鳝和150kg鲶鱼，让鱼类取食络合鱼食，并且每天投食2次，如此养殖处理13天后，回收鱼类，清淤后处理池中的水即可达标排放。所述的生物螯合剂的具体制备步骤为：挑选体重超过10g的象鼻虫幼虫放在陶瓷罐中饥饿处理3天后用去离子水冲洗13min，人工切除幼虫头部，用擀面杖碾轧挤出其体内内脏，得到幼虫皮囊;按质量比为1:5将上述幼虫皮囊和质量分数为0.8%的氯化钠溶液混合后装入酶解罐中，再向酶解罐中加入幼虫皮囊总质量2%的碱性蛋白酶，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至7，密封酶解罐后在35℃下酶解7h，过滤得到酶解液，即为生物螯合剂。所述的生态浮岛的具体制备步骤为：取一块直径为1m的聚苯乙烯圆形泡沫板，沿着泡沫板直径每隔4cm凿出一个9cm2的小孔，将株高为45cm的水芹根部装入小孔中，使根须总长度的1/2透过泡沫板，制成植物浮岛;所述的络合鱼食的具体制备步骤为：将小麦用石磙碾碎25min后用去离子水洗净，将洗净后的小麦碎粒平铺在蒸笼中，在108℃下蒸制35min，将蒸制后的小麦放入发酵罐中，待其冷却至室温后按接种量为8%向小麦中接入曲霉，在28℃下保温发酵11天，发酵结束后得到的发酵产物即为络合鱼食。
本发明的处理方法成本低廉、无需化学试剂、不会造成二次污染且对水中镉离子去除彻底，能够达到深度处理的标准，经检测经本发明处理后的含镉废水中镉离子去除率达99.7%。
实例3
在坡度为15°的斜坡上自上而下挖出连续3个长20m、宽10m和深2m的处理池并在每个处理池的池壁安装3～4个曝气装置，自上而下依次将处理池编号为1、2、3号处理池，每相邻两个处理池间用直径为1m的钢管相连;在一号处理池底部铺设厚度为30cm的活性污泥和10cm的活性炭，将待处理的含镉废水先通入1号处理池中，在通入之前用间隙为15mm的粗格栅去除废水中的大颗粒杂质，启动曝气装置曝气处理5h后静置过夜，对池底清淤并将上层澄清预处理废水通入2号处理池;按投加量为10g/L将生物螯合剂投入2号处理池中，投加完毕后再向池中放入150个植物浮岛，静置处理20天后收集人工浮岛并对池底清淤，将池中处理液通入3号处理池;按投加量为5g/L向3号处理池中加入络合鱼食，投加完毕后曝气处理5h，再向池中放养150kg泥鳅、100kg黄鳝和200kg鲶鱼，让鱼类取食络合鱼食，并且每天投食3次，如此养殖处理15天后，回收鱼类，清淤后处理池中的水即可达标排放。所述的生物螯合剂的具体制备步骤为：挑选体重超过10g的象鼻虫幼虫放在陶瓷罐中饥饿处理3天后用去离子水冲洗15min，人工切除幼虫头部，用擀面杖碾轧挤出其体内内脏，得到幼虫皮囊;按质量比为1:5将上述幼虫皮囊和质量分数为0.9%的氯化钠溶液混合后装入酶解罐中，再向酶解罐中加入幼虫皮囊总质量3%的碱性蛋白酶，用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8，密封酶解罐后在40℃下酶解8h，过滤得到酶解液，即为生物螯合剂。所述的生态浮岛的具体制备步骤为：取一块直径为1m的聚苯乙烯圆形泡沫板，沿着泡沫板直径每隔5cm凿出一个10cm2的小孔，将株高为50cm的水芹根部装入小孔中，使根须总长度的2/3透过泡沫板，制成植物浮岛;所述的络合鱼食的具体制备步骤为：将小麦用石磙碾碎30min后用去离子水洗净，将洗净后的小麦碎粒平铺在蒸笼中，在110℃下蒸制40min，将蒸制后的小麦放入发酵罐中，待其冷却至室温后按接种量为8%向小麦中接入曲霉，在30℃下保温发酵12天，发酵结束后得到的发酵产物即为络合鱼食。
本发明的处理方法成本低廉、无需化学试剂、不会造成二次污染且对水中镉离子去除彻底，能够达到深度处理的标准，经检测经本发明处理后的含镉废水中镉离子去除率达99.9%。
