申请日2018.03.26
公开(公告)日2018.08.21
IPC分类号C02F11/02; C02F11/12; C02F11/00
摘要
本发明公开了城市污泥中重金属铜的去除工艺，属于污泥处理技术领域，该工艺以硫酸亚铁为Fe2+源，硫粉作为硫源，调配适量的表面活性剂，以强化城市污泥生物浸出重金属Cu的效果，达到污泥稳定化处理目的。
权利要求书
1.城市污泥中重金属铜的去除工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1)向城市污泥中加入硫粉、硫酸亚铁和表面活性剂，进行微生物的第一次振荡培养;当城市污泥的pH值为2.5～2.8时，结束第一次振荡培养，即得第一次培养物;
S2)向所述第一次培养物加入城市污泥，再加入硫粉、硫酸亚铁和表面活性剂，进行微生物的第二次振荡培养;当城市污泥的pH值为2.5～2.8时，结束第二次振荡培养，即得第二次培养物;
S3)向所述第二次培养物加入城市污泥，进行微生物的第三次振荡培养;当城市污泥的pH值为2.5～2.8时，结束第三次振荡培养，即得接种物;
S4)取城市污泥进行pH值调节，将调节好pH值的城市污泥加入所述接种物中;混匀后，再加入硫粉、硫酸亚铁和表面活性剂进行振荡培养，即得污泥初品;
S5)对所述污泥初品进行压滤脱水，即得去除重金属铜的污泥成品。
2.如权利要求1所述的去除工艺，其特征在于，所述表面活性剂为正癸基葡萄糖苷或鼠李糖脂。
3.如权利要求2所述的去除工艺，其特征在于，在步骤S1)、S2)、S3)和S4)中，振荡培养时振荡器的转速为170～190r/min，振荡培养的温度为27～29℃。
4.如权利要求2所述的去除工艺，其特征在于，在步骤S1)中，每升体积城市污泥中加入硫粉10g、硫酸亚铁10g和正癸基葡萄糖苷0.6g，或每升体积城市污泥 中加入硫粉10g、硫酸亚铁10g和鼠李糖脂0.9g。
5.如权利要求2所述的去除工艺，其特征在于，在步骤S2)中，城市污泥和第一培养物的混合物中按每升体积加入硫粉2g、硫酸亚铁2g和正癸基葡萄糖苷0.6g，或城市污泥和第一培养物的混合物中按每升体积加入硫粉2g、硫酸亚铁2g和鼠李糖脂0.9g。
6.如权利要求2所述的去除工艺，其特征在于，在步骤S2)中，第一次培养物中加入的城市污泥与所述第一次培养物的体积比为6～7;在步骤S3)中，第二次培养物中加入的城市污泥与所述第二次培养物的体积比为6～7。
7.如权利要求2所述的去除工艺，其特征在于，在步骤S4)中，接种物中加入的城市污泥与所述接种物的体积比为9，且振荡培养的天数为7d。
8.如权利要求2所述的去除工艺，其特征在于，在步骤S4)中，当表面活性剂为正癸基葡萄糖苷时，将加入接种物中城市污泥的pH值调为4.5～5.5，城市污泥和接种物的混合物中按每升体积加入硫粉2g、硫酸亚铁6g和正癸基葡萄糖苷0.6g;当表面活性剂为鼠李糖脂时，将加入接种物中城市污泥的pH值调为8.5～9.5，城市污泥和接种物的混合物中按每升体积加入硫粉2g、硫酸亚铁6g和鼠李糖脂0.9g。
9.如权利要求2所述的去除工艺，其特征在于，在步骤S5)中，采用压滤机对所述污泥初品进行压滤，压滤机的压力为0.3～0.35Mpa，进泥时间为25～30min，保压时间为10～12min。
10.如权利要求2所述的去除工艺，其特征在于，在步骤S5)中，压滤机的过滤面积为0.5m2。
说明书
城市污泥中重金属铜的去除工艺
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，尤其涉及城市污泥中重金属铜的去除工艺。
背景技术
城市污泥作为污水处理厂的副产物，含有不同程度的重金属;特别是工业废水比重比较大的城市污水污泥重金属污染最为严重。污泥中重金属种类繁多，具有富集性、隐蔽性、稳定性等特征，很难在环境中自然降解，成为制约污泥资源化利用的首要问题。
污泥重金属去除方法主要有物理、化学、生物三种方法。物理法主要以电动修复为主，但其处理的污泥量有限，不易于大规模处置，且处理成本高。化学法通常需投加大量药剂，易造成污泥干物质量和污泥滤饼无机物所占比例增加，大幅降低有机质和热值，影响了污泥资源化利用。生物法主要以微生物浸出为主，与物理和化学法相比，该方法不需要投加大量药剂，节约成本，同时可最大程度保留污泥中N、P等营养成分，利于资源化利用;但生物浸出需要投加硫粉、黄铁矿粉等疏水性物质作为微生物能源物质，由于微生物对于能源物质利用有限，进而大大减小了重金属的浸出效率，延长了处理周期;若增大能源物质，特别是硫粉投量，则易造成土壤的“后酸化效应”。
因此，有必要设计出一种新型的城市污泥中重金属铜的去除工艺，以提高铜的去除效率。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术存在的不足，而提供城市污泥中重金属铜的去除工艺，其能提高铜的去除效率，并降低污泥处理的成本。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：城市污泥中重金属铜的去除工艺，其包括以下步骤：
S1)向城市污泥中加入硫粉、硫酸亚铁和表面活性剂，进行微生物的第一次振荡培养;当城市污泥的pH值为2.5～2.8时，结束第一次振荡培养，即得第一次培养物;优选地，所述pH值为2.5;
S2)向所述第一次培养物加入城市污泥，再加入硫粉、硫酸亚铁和表面活性剂，进行微生物的第二次振荡培养;当城市污泥的pH值为2.5～2.8时，结束第二次振荡培养，即得第二次培养物;优选地，所述pH值为2.5;
S3)向所述第二次培养物加入城市污泥，进行微生物的第三次振荡培养;当城市污泥的pH值为2.5～2.8时，结束第三次振荡培养，即得接种物;优选地，所述pH值为2.5;
S4)取城市污泥进行pH值调节，将调节好pH值的城市污泥加入所述接种物中;混匀后，再加入硫粉、硫酸亚铁和表面活性剂进行振荡培养，即得污泥初品;
S5)对所述污泥初品进行压滤脱水，即得去除重金属铜的污泥成品。
表面活性剂的分子结构中具有极性的亲水基团(羧酸、氨基、羟基等)以及非极性的亲油基团，使得表面活性剂具有一定的增润、分散性，能够提高疏水性物质在溶液中的溶解度，即能够促进能源物质与浸出微生物接触，强化重金属(尤其是铜)的浸出效果，缩短处理周期;同时表面活性剂具有一定的吸附络合特性，可改变污泥中重金属形态与含量，从而改变重金属物质的生物有效性，大大提高城市污泥中重金属(尤其是铜)的去除率。
作为上述技术方案的改进，所述表面活性剂为正癸基葡萄糖苷(APG-10)或鼠李糖脂。
正癸基葡萄糖苷(APG-10)为非离子型表面活性剂，还可以增加铁细菌对重金属的适应性，提高铁细菌氧化Fe2+的能力，强化氧化效果;鼠李糖脂是由微生物产生的阴离子生物表面活性剂，相比一般表面活性剂，它具有良好的增溶、湿润、乳化、发泡等特性，可以用来增强硫粉的亲水性和分散性，从而促进硫粉与浸出微生物接触，强化酸化效果。
本发明是向城市污泥中投加硫粉、硫酸亚铁和APG-10或鼠李糖脂，以硫酸亚铁为Fe2+源，硫粉作为硫源，通过恒温摇瓶培养，驯化和富集浸出微生物菌群。利用表面活性剂良好的增润性与分散性，促进硫粉与浸出微生物接触，然后利用该菌群的氧化和酸化作用，来降低污泥的pH，使污泥中难溶形态的重金属(尤其是铜)从固相转移至液相，再通过脱水处理，达到固液分离去除重金属的目的(尤其是铜)，实现污泥稳定化处理。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S1)、S2)、S3)和S4)中，振荡培养时振荡器的转速为170～190r/min，振荡培养的温度为27～29℃。
优选地，振荡培养时振荡器的转速为180r/min，振荡培养的温度为28℃。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S1)中，每升体积城市污泥中加入硫粉10g、硫酸亚铁10g和正癸基葡萄糖苷0.6g，或每升体积城市污泥加入硫粉10g、硫酸亚铁10g和鼠李糖脂0.9g。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S2)中，城市污泥和第一培养物的混合物中按每升体积加入硫粉2g、硫酸亚铁2g和正癸基葡萄糖苷0.6g，或城市污泥和第一培养物的混合物中按每升体积加入硫粉2g、硫酸亚铁2g和鼠李糖脂0.9g。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S2)中，第一次培养物中加入的城市污泥与所述第一次培养物的体积比为6～7;在步骤S3)中，第二次培养物中加入的城市污泥与所述第二次培养物的体积比为6～7。
优选地，在步骤S2)中，第一次培养物中加入的城市污泥与所述第一次培养物的体积比为6.5;在步骤S3)中，第二次培养物中加入的城市污泥与所述第二次培养物的体积比为6.5。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S4)中，接种物中加入的城市污泥与所述接种物的体积比为9，且振荡培养的天数为7d。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S4)中，当表面活性剂为正癸基葡萄糖苷时，将加入接种物中城市污泥的pH值调为4.5～5.5，城市污泥和接种物的混合物中按每升体积加入硫粉2g、硫酸亚铁6g和正癸基葡萄糖苷0.6g;当表面活性剂为鼠李糖脂时，将加入接种物中城市污泥的pH值调为8.5～9.5，城市污泥和接种物的混合物中按每升体积加入硫粉2g、硫酸亚铁6g和鼠李糖脂0.9g。
优选地，在步骤S4)中，当表面活性剂为正癸基葡萄糖苷时，将加入接种物中城市污泥的pH值调为5;当表面活性剂为鼠李糖脂时，将加入接种物中城市污泥的pH值调为9。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S5)中，采用压滤机对所述污泥初品进行压滤，压滤机的压力为0.3～0.35Mpa，进泥时间为25～30min，保压时间为10～12min。
优选地，在步骤S5)中，采用压滤机对所述污泥初品进行压滤，压滤机的压力为0.35Mpa，进泥时间为30min，保压时间为10min。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S5)中，压滤机的过滤面积为0.5m2。
本发明的有益效果在于：本发明提供城市污泥中重金属铜的去除工艺，以硫酸亚铁为Fe2+源，硫粉作为硫源，调配适量的表面活性剂以强化城市污泥生物浸出重金属Cu的效果，达到污泥稳定化处理目的，具体包括以下几点：
1)富集培养浸出微生物菌群，利用菌种间的协同作用，促进重金属Cu的溶出;
2)利用APG-10或鼠李糖脂的湿润、分散性，大大降低固液相表面张力，使浸出微生物与能源物质可以充分接触，提高了能源物质利用率，减小了土壤的“后酸化效应”风险，处理周期由7～10d缩短到4～5d，极大促进了城市污泥中重金属Cu的生物溶出，益于污泥处置;
3)APG-10和鼠李糖脂生物降解迅速、完全，无毒、无害、无刺激，具有良好的生态安全性，是性能全面的绿色表面活性剂，对于后期污泥处置和农用不会造成二次污染;
4)本发明涉及的微生物以化能自养菌为主，不利用污泥有机质，因此经生物处理脱毒和机械脱水后形成的半干化污泥有机质与干基热值高，有益成分损失少，利于后续资源化利用(土地利用、焚烧、园林绿化、制成建材等)。
