CN101629148B - 一种微生物重金属沉淀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微生物重金属沉淀剂及其制备方法。包括污泥调理，摇瓶培养，种子罐发酵，发酵罐发酵和发酵液后处理，得到微生物重金属吸附剂液体产品。本发明不仅处置了污泥，而且可获得附加值较高的微生物重金属沉淀剂，从而降低了污泥处理处置成本。为城市污泥提供了一条崭新资源化处置途径，也降低了微生物重金属沉淀剂的生产成本。本发明的微生物重金属沉淀剂能降低蚀刻废液中铜离子的含量，能用于处理蚀刻废液，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及重金属废水处理领域，具体的讲，涉及一种重金属沉淀剂。
背景技术
印刷线路板(PCB)制造、金属清洗及表面处理、无机盐生产、电镀、标牌制作、铜湿法冶金等行业中会使用含铜的溶液或产生含铜蚀刻废液，废液的具体含铜量在0.2-200克/升，可分为酸性体系和碱性体系。这些含铜蚀刻废液如果不加以处理直接排放会造成很严重的环境污染问题，现有对重金属铜的常规处理方法主要包括：化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、电解法、活性炭和硅胶吸附法和膜分离法等，但是这些方法存在去除不彻底、费用昂贵、产生有毒污泥或其他废料等缺点。因此人们一直致力于研究与开发高效环保型的重金属废水处理技术和工艺。微生物处理法是利用细菌、真菌(酵母)、藻类等生物材料及其生命代谢活动去除废水中的铜离子，其主要原理是利用微生物对铜离子的吸附或沉淀作用把铜离子去除，从而降低废水中重金属离子的浓度。
城市污泥是污水处理过程中必然产生的沉淀物。目前，我国城市污泥年产生量约700万吨干重，根据我国城市污水处理目标，预计到2010年污泥产生量将超过800万吨干重。如何妥善处置这些数量日益庞大、高度集中的有机固体废弃物，是城市污水处理厂最头痛的问题之一。
在国际上，现行污泥的处置方式主要有：填埋、土地利用、焚烧等，但它们都存在各自难以克服的缺陷，并且也不能满足当前的实际需要。例如，污泥填埋占地面积大，合适的填埋场地正急剧减少，并且污泥中有害成分的渗漏会对地下水造成污染；污泥土地利用存在因污泥大量使用而造成的重金属、有机污染物与病原体等物质污染食物链与威胁人类健康的问题；而污泥焚烧的投资成本和操作费用高，处理成本是填埋法、土地利用的好几倍，并且技术要求高，容易产生二噁英等二次污染物。
在我国，目前城市污泥的主要处置方式是随意弃置与简单填埋，这不仅极大地浪费了污泥中大量的有机质和氮、磷等植物养分，而且已成为水土环境的新隐患，严重干扰了污水处理厂的正常运行。缺乏稳定、环境安全与经济有效的资源化技术是当前我国城市污泥所面临的实际现状。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除重金属效果好，成本低，环保的微生物重金属沉淀剂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微生物重金属沉淀剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)污泥调理：将城市污泥的含固率调至2-5％，加入1-5g/L消泡剂，用酸或碱调pH为6.5-8.0，搅拌均匀后，灭菌，冷却至30-35℃备用；
(2)摇瓶培养：将托木尔水螺菌接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的瓶中，进行摇瓶培养，培养条件为：温度28-32℃、转速150-250转/分，瓶装液量20-40％，培养时间8-12小时；所用的托木尔水螺菌的拉丁学名为Aquaspirillum tuomuerense，可在国内微生物保藏机构直接购得。
(3)种子罐发酵：将托木尔水螺菌摇瓶菌液移入种子罐，接种量为1-3％，进行发酵培养，培养条件为：罐温28-32℃、罐压0.02-0.06MPa、每分钟的通气体积量为培养基体积的1.0-1.5倍、搅拌速度200-260转/分、发酵时间8-12小时；
(4)发酵罐发酵：按2-8％的接种量将托木尔水螺菌种子液移种到发酵罐，培养条件为：罐温28-32℃、罐压0.02-0.06MPa、每分钟的通气体积量为培养基体积的1.0-1.5倍、搅拌速度180-220转/分、发酵时间30-42小时；
(5)发酵液后处理：发酵结束后，用无机酸将发酵液pH调为4.0-4.5，然后用高速离心法浓缩发酵液，浓缩倍数为1-5倍，浓缩液加入0.2-2g/L防腐剂，搅拌均匀，分装，得到微生物重金属沉淀剂液体产品。
在上述制备方法中，步骤(1)中所述的消泡剂优选为泡敌、聚丙二醇、豆油或花生油。
在上述制备方法中，步骤(1)中所述的酸是指磷酸、硫酸或盐酸。
在上述制备方法中，步骤(1)中所述的碱优选为KOH、NaOH或Ca(OH)2。
在上述制备方法中，步骤(1)中所述灭菌是指在种子罐或发酵罐中经15磅压力与121℃下灭菌30-60分钟。
在上述制备方法中，步骤(5)中所述的无机酸优选为硫酸、盐酸或硝酸。
在上述制备方法中，步骤(5)中所述的防腐剂优选为山梨酸钾、苯甲酸钠、二甲苯或尼泊金甲酯。
g/L是指每1L培养基液体中加入目标物的克数；
％是指每百份质量的培养基液体中接入接种物的质量份数；
L/L/min是指每分钟向1份体积的培养基中通入空气的体积份数。
本发明的技术原理是：以城市污泥所含的碳水化合物与蛋白质、磷以及微量元素为主要营养物质，在维持适宜pH、温度与通气量的条件下，托木尔水螺菌得以生长与增殖，并产生大量的代谢产物。这些代谢产物能与蚀刻废液中的铜离子结合形成沉淀，从而降低蚀刻废液中铜离子的含量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明不仅处置了污泥，而且可获得附加值较高的微生物重金属沉淀剂，从而降低了污泥处理处置成本。为城市污泥提供了一条崭新资源化处置途径，也降低了微生物重金属沉淀剂的生产成本。
(2)本发明的微生物重金属沉淀剂能降低蚀刻废液中铜离子的含量，能用于处理蚀刻废液，应用前景广阔。
具体实施方式
实施例1生产微生物重金属沉淀剂
(1)城市污泥样品
取广东省广州市某污水处理厂的浓缩污泥，该污泥的基本性质见表1。
表1.供试污泥基本性质
(2)污泥调理
用自来水调节污泥含固率为4.00％，加入2.0g/L的消泡剂泡敌。用磷酸调pH至6.80，分别在种子罐与发酵罐中经15磅压力与121℃温度灭菌60分钟，冷却至35℃备用，灭菌后pH约为7.19。(其它消泡剂，如聚丙二醇、豆油、花生油等，分别代替泡敌，其效果相同。)
(3)摇瓶培养
从托木尔水螺菌斜面培养基上挑取一环接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。培养条件为：温度30℃、转速200转/分，500mL三角瓶装有200mL培养基，培养时间10小时。牛肉膏蛋白胨液体培养基的成分为：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，自来水1000mL；pH 7.2-7.5，15磅压力与121℃下灭菌30分钟。
(4)种子罐发酵
接种2.0％的上述摇瓶菌液，发酵培养。培养条件为：罐温30℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.0(L/L/min)、搅拌速度200转/分、发酵时间8小时。
(5)发酵罐发酵
接种2.0％的种子液到发酵罐。培养条件为：罐温30℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.0(L/L/min)、搅拌速度180转/分、发酵时间40小时。放罐时发酵液中托木尔水螺菌菌株的活菌数为4.6×108个/mL，均显著高于常规牛肉膏蛋白胨液体培养基(表2)。
表2.托木尔水螺菌在污泥培养40小时的发酵活菌数与常规培养基的比较
(6)发酵液后处理
发酵结束后，用稀硫酸将发酵液pH调为4.0，经高速离心浓缩5倍，加入0.3g/L的防腐剂山梨酸钾，搅拌均匀，分装，得到微生物重金属沉淀剂液体产品。
(其它防腐剂如苯甲酸钠、二甲苯或尼泊金甲酯，代替山梨酸钾，效果相同。)
取广州开发区某印刷线路板生产企业的含铜废液100升，经测定含铜量为80克/升。加入10升制得的微生物重金属沉淀剂，搅匀，静置三天，发现底部有很多沉淀物，取上清液检测，发现含铜量降为约7克/升。
实施例2生产微生物重金属沉淀剂
(1)城市污泥样品
城市污泥样品性质与表1相同。
(2)污泥调理
用自来水调节污泥含固率为3.0％，加入1.5g/L的消泡剂聚丙二醇。用磷酸调pH至6.92，分别在种子罐与发酵罐中经15磅压力与121℃温度灭菌60分钟，冷却至35℃备用，灭后pH约为7.55。
(3)摇瓶培养
从托木尔水螺菌斜面培养基上挑取一环接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。培养条件为：温度30℃、转速200转/分，500mL三角瓶装液200mL培养基，培养时间10小时。牛肉膏蛋白胨液体培养基的成分为：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，自来水1000mL；pH 7.2-7.5，15磅压力与121℃下灭菌30分钟。
(4)种子罐发酵
接种1.0％的上述摇瓶菌液，发酵培养。培养条件为：罐温28℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.0(L/L/min)、搅拌速度240转/分、发酵时间12小时。
(5)发酵罐发酵
接种5.0％的种子液到发酵罐。培养条件为：罐温28℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.2(L/L/min)、搅拌速度200转/分、发酵时间36小时。放罐时发酵液中活菌数为5.5×108个/mL。
(6)发酵液后处理
发酵结束后，用稀盐酸将发酵液pH调为4.5，经高速离心浓缩5倍，加入0.2g/L的防腐剂苯甲酸钠，搅拌均匀，分装，得到微生物重金属沉淀剂液体产品。
(其它防腐剂如山梨酸钾、二甲苯或尼泊金甲酯，代替苯甲酸钠，效果相同。)
取广州开发区某印刷线路板生产企业的含铜废液100升，经测定含铜量为80克/升。加入20升制得的微生物重金属沉淀剂，搅匀，静置三天，发现底部有很多沉淀物，取上清液检测，发现含铜量降为约5克/升。
实施例3生产微生物重金属沉淀剂
(1)城市污泥样品
取广东省深圳市某污水处理厂的浓缩污泥，该污泥的基本性质见表3。
表3.供试污泥基本性质
(2)污泥调理
用自来水调节城市污泥含固率为2.0％，加入5g/L的花生油。用KOH调pH至7.0，分别在种子罐与发酵罐中经15磅压力与121℃温度灭菌60分钟，冷却至35℃备用，灭菌后pH约为7.61。
(3)摇瓶培养
从托木尔水螺菌斜面培养基上挑取一环接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的三角瓶中，进行摇瓶培养。培养条件为：温度30℃、转速200转/分，500mL三角瓶装液150mL培养基，培养时间8小时。牛肉膏蛋白胨液体培养基的成分为：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，自来水1000mL；pH 7.2-7.5，15磅压力与121℃下灭菌30分钟。
(4)种子罐发酵
接种1.5％的上述摇瓶菌液，发酵培养。培养条件为：罐温30℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.2(L/L/min)、搅拌速度250转/分、发酵时间8小时。
(5)发酵罐发酵
接种3.0％的种子液到发酵罐。培养条件为：罐温30℃、罐压0.03MPa、通气量1∶1.2(L/L/min)、搅拌速度180转/分、发酵时间32小时。
表4.托木尔水螺菌在污泥培养40小时的发酵参数及其与常规培养基的比较
(6)发酵液后处理
发酵结束后，用稀硫酸将发酵液pH调为4.3，经高速离心浓缩4倍，加入0.4g/L的防腐剂二甲苯，搅拌均匀，分装。
(其它防腐剂如山梨酸钾、苯甲酸钠或尼泊金甲酯，代替二甲苯，效果相同。)
取广州开发区某印刷线路板生产企业的含铜废液100升，经测定含铜量为80克/升。加入5升制得的微生物重金属沉淀剂，搅匀，静置三天，发现底部有很多沉淀物，取上清液检测，发现含铜量降为约9克/升。
Claims (7)
1.一种微生物重金属沉淀剂的制备方法，其特性在于包括如下步骤：
(1)污泥调理：将城市污泥的含固率调至2-5％，加入1-5g/L消泡剂，用酸或碱调pH为6.5-8.0，搅拌均匀后，污泥分别在种子罐和发酵罐中经15磅压力与121℃下灭菌30-60分钟，冷却至30-35℃备用；
(2)摇瓶培养：将托木尔水螺菌接种到装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的瓶中，进行摇瓶培养，培养条件为：温度28-32℃、转速150-250转/分，瓶装液量20-40％，培养时间8-12小时；
(3)种子罐发酵：将托木尔水螺菌摇瓶菌液移入种子罐，接种量为1-3％，进行发酵培养，培养条件为：罐温28-32℃、罐压0.02-0.06MPa、每分钟的通气体积量为培养基体积的1.0-1.5倍、搅拌速度200-260转/分、发酵时间8-12小时；
(4)发酵罐发酵：按2-8％的接种量将托木尔水螺菌种子液移种到发酵罐，培养条件为：罐温28-32℃、罐压0.02-0.06MPa、每分钟的通气体积量为培养基体积的1.0-1.5倍、搅拌速度180-220转/分、发酵时间30-42小时；
(5)发酵液后处理：发酵结束后，用无机酸将发酵液pH调为4.0-4.5，然后用高速离心法浓缩发酵液，浓缩倍数为1-5倍，浓缩液加入0.2-2g/L防腐剂，搅拌均匀，分装，得到微生物重金属沉淀剂液体产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的消泡剂为泡敌、聚丙二醇、豆油或花生油。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的酸是指磷酸、硫酸或盐酸。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的碱是指KOH、NaOH或Ca(OH)2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述的无机酸是指硫酸、盐酸或硝酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述的防腐剂是山梨酸钾、苯甲酸钠、二甲苯或尼泊金甲酯。
7.一种微生物重金属沉淀剂，其特征在于由权利要求1-6任一项方法制备得到。
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