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生物淋滤去除制药污泥中镉的研究

【摘要】: 污泥是污水处理过程中产生的沉淀物质,占污水处理量的15%-30%,随着废水处理率的提高,污泥的产生量也急剧增加。对污泥合理处理处置已成为我国乃至全世界环境界深为关注的课题之一。对城市污泥及某些工业污泥,农林地利用是其处理处置的最有前景的途径之一。但是,污泥中的重金属元素是其资源化利用的限制因子之一。去除污泥中的重金属的方法有化学法、电场法、植物提取法和生物淋滤法等。其中,生物淋滤法因其成本低、去除效率高等优点,近年来在国际上备受关注。本研究通过实验室小试实验,研究了生物淋滤法去除制药污水污泥中的镉的过程,探讨了营养物质种类、硫粉添加量、固体浓度、接种量和初始pH对生物淋滤过程的影响,通过生物淋滤过程中制药污泥镉形态的变化探讨了反应中的相关作用机理,通过生物淋滤前后污泥性质的变化研究了生物淋滤对污泥性质的影响。 结果表明,硫粉的添加明显增强了污泥的淋滤效果。淋滤启动时间随着硫粉添加量的增加而明显加快。10g/L硫粉添加量下,第二天Cd去除率超过20%,此时其余处理没有明显变化。淋滤试验进行到第四天,5g/L硫粉添加的处理Cd去除率也迅速增加,随后变化趋势与10g/L处理基本相同。2g/L处理启动速度稍慢,但最终去除率与5g/L、10g/L处理相当。由于过量的硫可能导致污泥在后续利用过程中产生后酸化的问题,因此,考虑到淋滤反应效果和环境影响,添加5g/L的硫粉更为适当。接种液的添加对于生物淋滤过程pH的下降和Cd去除率没有明显影响,但可以缩短淋滤周期,选择2%的接种量较为适合。 底物是生物淋滤过程能够进行的营养来源。Na_2S_2O_3作底物时淋滤液的淋滤处理还未启动、pH变化幅度小,在第八天时镉的去除率仅30.1%,硫粉、S+Na_2S_2O_3作为底物的淋滤处理,Cd的去除率分别是23.67%和51.46%,前两个处理的Cd的最高去除率分别达到58.98%和64.87%,考虑到效果和经济原因,Na_2S_2O_3不适合单独作为底物添加,硫粉是一个经济合理的选择。 调节pH能明显提高淋滤启动速度,但对Cd去除率的最终结果影响不大,酸化和未预酸化的处理Cd的去除率都可以达到60%左右。考虑到处理成本和工艺难度的因素,可以不对污泥进行预酸化。 固体浓度对生物淋滤过程有重要的影响。随着固体浓度的增加,pH值下降速率变慢,淋滤效果愈差,1%、2%的处理Cd的去除率约90%,4%的处理Cd的去除率为58.99%。虽然1%、2%的处理的去除率远大于4%的处理,但处理的量较低,而且58.99%的去除率已经达到可以接受的范围,考虑到实际效果和污泥处理负荷,4%的固体浓度比较适合。 污泥类型的影响:三种污泥一级气浮池污泥、二沉池污泥和活性污泥除了一级气浮池污泥在淋滤初期pH略微上升外,随后与二沉池污泥和活性污泥一样开始下降,直至维持在2附近。三个处理的去除率均达到60%以上。说明不同种类污泥对于Cd的去除差别不大,生物淋滤中起作用的硫细菌对于不同种类的污泥具有很好的适应性。 在10℃和42℃条件下,Cd的去除率极低。而28℃的处理,Cd去除率16天后达到60%以上。因此中温区25-35℃左右可以作为生物淋滤的适宜温度。 生物淋滤过程中,污泥中以碳酸盐结合态和硫化物及有机结合态的Cd分别由9.50%和41.43%下降到0.20%和1.58%,而溶解态及可交换态的Cd上升明显,其余形态的百分比没有明显变化。说明生物淋滤过程中Cd的沥出主要是碳酸盐结合态和硫化物及有机结合态的Cd。 不同重金属的去除率有所不同。Cd和Cu的最大率去除率达60%,Zn的去除率在第8天达到37.4%以后,一直没有变化,去除率难以进一步提高。淋滤过程中对应的pH、ORP的数它们之间存在良好的线性关系。 生物淋滤后,污泥中Cd含量为8.73mg/kg,比淋滤前大幅减少,仍超过了《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284-84),但主要以稳定态存在。因此,农用风险大大减小。生物淋滤流失的氮、磷和钾分别为32.45%、55.51%、20.92%,有机质损失了34.23%。污泥营养物质有一定的流失,但仍能满足土地利用的需要。 生物淋滤还明显改变了污泥的自然沉降和脱水性能。对淋滤后的二沉池污泥进行沉降试验结果表明:在12h内,原始污泥体积仅下降29%,经生物淋滤后,其沉降性能为12h内污泥体积下降了原体积的59.2%,脱水性能明显改善。

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