固体浓度对生物淋滤法去除制革污泥中铬的影响

1、固体浓度对生物淋滤法去除制革污泥中铬的影响中国环境科学2004,24(2):163165ChinaEnvironmentalScience固体浓度对生物淋滤法去除制革污泥中铬的影响方迪,周立祥(南京农业大学资源环境学院,江苏南京210095)摘要:采用序批式摇床培养,研究了含固率为2%一10%的污泥浓度对生物淋滤法去除制革污泥中重金属Cr效果的影响.结果表明.淋滤处理8d,不同浓度处理cr的去除率均达95%以上;污泥浓度越低,则污泥中Cr的去除率相对越高,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时就达100%.6%的污泥浓度在实际应用中较为合适.在相同的pH值条件下不同含

2、固率的污泥均有相似的Cr去除率.Cr大量溶出时,具有明显的pH临界点.当pH<2时污泥中Cr的去除率才可达到80%以上.关键词:制革污泥;生物淋滤;嗜酸性硫杆菌:铬;污泥浓度中图分类号:X794文献标识码:A文章编号: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制革污泥既含高浓度有毒金属Cr(含Cr1%4%),也含丰富有机质和氮磷等养分.去除制革污泥中有害成分,使其资源化利用,是一项十分有意义的工作.2O世纪90年代初国际上开始利用微生物淋滤技术去除城市污泥中重金属的研究4】,该生物方法与化学法23】相比,作用温和,对多数重金属去除率高,成本低廉.但对Cr的去除率却普遍很低,一直未能将该方法用于制革污泥中Cr去除.近年来本研究组直接从制革污泥中分离到一株硫氧化菌,成功地将该技术应用于制革污泥中重金属Cr的去除.然而该结果可能并非是在最优化的条件下获得

7、的,摸索最佳运行参数是生物淋滤技术工程应用的重要环节.污泥浓度(也称污泥含固率)是其中重要的参数之一.从经济角度考虑,采用的污泥含固率越高,越有利于降低运行成本.但过高的污泥浓度在生物淋滤过程中将可能释放更多的抑制因子(如重金属离子和有机物),对pH值下降的阻控作用也越强,淋滤效率可能降低.因此,选择何种污泥浓度就显得非常重要.为此,在前期工作的基础上,通过序批式摇床培养,研究了制革污泥浓度对制革污泥生物淋滤过程的影响.1材料与方法供试污泥采自浙江某制革污水处理厂的污泥浓缩干化池.该厂采用氧化沟法二级处理工艺处理制革污水,日处理污水3000m,日排出污泥约收稿日期:2003-06-02基金项目

8、:国家自然科学基金资助项目(20177016);国际科学基金资助项目(IFS,C/2669-2);t-五”863”计划(2002AA245031)责任作者,教授,lxxhou164中国环境科学24卷15t.样品采回后,保存于聚乙烯塑料桶中并置于4C冰箱备用.污泥的pH值为8.02,含固率为10.8%.植物养分含量丰富,全氮1.55%,全磷0.5%,有机质43.1%.重金属Cr,Cu,Pb,Zn含量分别为14519,24,20,80mgkg(均以干物质计).用水将含固率10.8%的供试污泥稀释,形成含固率分别为2%,4%,6%,8%和10%的5个浓度梯度处理.每个处理3次重复.将不同含固率的污泥

9、分别预酸化后,分装在250mL的一系列三角瓶中.每瓶装制革污泥135mL,接种15mL含嗜酸性硫杆菌的酸化污泥,并投加4g/L的S粉作为能源物质.置于28往复式摇床(180r/min)中振荡培养8d,培养期间采用称重法补充蒸发的水分.在以前的多次试验中均发现不接种嗜酸性硫杆菌(酸化污泥)的处理,污泥生物淋滤反应不能启动【5】,因此,在本次试验中未设置与不同污泥浓度处理相对应的不接种嗜酸性硫杆菌的处理.培养过程中污泥重金属随着介质pH值的降低而逐步溶出进入污泥液相.每2d取10mL生物淋滤处理的污泥,测定pH值.随后在12000r/min下离心15min,0.45m滤膜过滤,进行固液分离.采用电

10、感耦合等离子发射光谱仪ICP.AES(Optival200,USA)法测定滤液中Cr-.根据试验前后样品中重金属含量的差值,计算污泥中Cr的溶出率.1.68和1.84.同时,从2d后开始,5个处理间pH值降幅变化的差异逐步减小.这是因为随着反应时间延长,污泥浓度较低的处理由于反应初期的快速淋滤作用,已经消耗过多的能源物质,介质中可供细菌利用的S大大减少,造成后期淋滤速率逐渐下降,而6%10%较高浓度的处理则在淋滤后期由于还有充足的能源物质,pH值下降速率加快.因而在淋滤结束的第8d,不同含固率处理的pH值都降到1.6l以下,含固率2%和10%的处理pH值仅相差0.44,分别为1.17和1.61

11、.可见,随着制革污泥浓度的提高,淋滤体系对介质pH值下降的缓冲性增大.所以,较低的污泥含固率能较快降低污泥pH值来溶出重金属,例如2%6%的污泥浓度处理在淋滤的第4d,pH值就能降低到2以下,而污泥浓度超过6%的处理,则要到第6d才能达到pH<2的水平.从pH值变化看,污泥浓度在6%以下合适.2结果与讨论Fig.12.1污泥生物淋滤过程中pH值的变化图l为生物淋滤过程中污泥体系pH值的变化.pH值的降低主要是由于在嗜酸性硫杆菌的催化氧化作用下将能源物质S粉氧化成硫酸所致.介质pH值降低得越多,说明生物淋滤作用越强.随着污泥浓度的递增,pH值下降速率变慢.在淋滤初期02d,含固率为2%处理

12、的pH值就从起始的6.2迅速下降到2.62,此时6%和10%的处理pH值分别为4和4.8.随着生物淋滤的进行,5个处理的淋滤进程均加快,污泥介质的pH值大幅下降,含固率为2%,4%,6%,8%和10%的处理至第6d时pH值分别下降到1.26,1.39,1.54,765j四4毛32100246时间(d)图1生物淋滤过程中污泥pH值的变化ChangesofpHoftannerysludgeduringbioleaching2.2生物淋滤过程中Cr的去除动态及其与pH值的关系由图2可见,5个不同污泥浓度处理的生物淋滤反应均能很快启动并持续进行,在淋滤结束(第8d)时,Cr的去除率均达到96%100%

13、.但Cr的去除动态却大不相同,在淋滤初期的02d,各处理的去除率相差不大,均小于5%;2d后,对于不同污泥含固率的处理,Cr去除率的差异表现日益显着.第4d时2%的处理,去除率已经达到100%,6%和10%的处理去除率分别为66%和12%.淋滤后期的48d,较高含固率(4%l0%)的处理,Cr的去除率迅速提高,6d时,4%和6%的处2期方迪等:固体浓度对生物淋滤法去除制革污泥中铬的影响理去除率已接近100%,淋滤反应8d,除10%的处理外,其余4个处理的污泥中的cr均完全溶出,去除率达到100%.显然,污泥浓度对cr的去除有着重要的影响,特别是在淋滤处理中期表现明显.这是由于高浓度的待处理污泥

14、需要消耗更多的硫酸才能溶出等量的重金属,因而延迟了Cr的去除.02468时间(d)图2生物淋滤过程中Cr的去除动态Fig.2TheremovalofCrfromtannerysludgebybioleaching对于具有高缓冲性的制革污泥,在pH>2时,不论是哪种污泥含固率的处理,cr的去除率均不会超过50%,但只要生物淋滤作用导致污泥介质pH<2,Cr的去除率就能迅速达到80%以上,在pH值降低到1.6o左右时,Cr能溶出95%以上(图3).国外学者在进行城市污泥生物淋滤试验中发现cr的去除率始终很低(多数在40%以下),因为在试验中,介质的pH值没有达到相应的临界点4,61.1

15、008060赣40u200l234567pn值图3生物淋滤过程中污泥pH值的变化与Cr去除率的关系Fig.3CrsolubilizationasafunctionofsludgepHduringbioleaching3结论3.1在污泥浓度为2%10%的制革污泥中接种嗜酸性硫杆菌(T.ferrooxidans和T.thiooxidans),能高效去除污泥中的Cr.淋滤处理8d,Cr的去除率高达95%100%.3.2污泥浓度并不直接影响制革污泥生物淋滤过程中Cr的去除率,而是通过影响污泥介质的酸化速率来实现的.在不同污泥浓度的淋滤处理中,6%以下的污泥含固率在实际工程运行时较为合适.3.3在利用生

16、物淋滤技术去除制革污泥中Cr时,介质的pH值是cr溶出最关键的影响因素.pH值<2,才能使污泥中Cr去除率达到80%以上,pH值下降到1.6时,几乎可完全溶出污泥中的Cr.参考文献:【l】高忠柏,苏超英.制革工业废水处理【M】.北京:化学工业出版社.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