CN103215249A - 去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法 - Google Patents

去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法 Download PDF

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吴真
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Abstract

本发明涉及一种去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法，具体地说是采用膨胀石墨对持久性有机污染物降解复合菌进行固定，通过吸附和生物降解协同作用实现对堆肥污泥中持久性有机污染物的去除。生物膨胀石墨的制备方法为：将持久性有机污染物降解复合菌种接种到膨胀石墨载体上，在好氧和恒温培养条件下，进行混合菌的吸附、培养和增殖，得到固定有复合菌的生物膨胀石墨。使用时可直接将生物膨胀石墨均匀投加于堆肥污泥中，在污泥的好氧堆肥过程中，实现对其中持久性有机污染物的高效去除。本发明制备的生物膨胀石墨具有良好的疏水性、吸附性和生物协同降解性等特点，不存在二次污染风险。

Description

去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法
技术领域
本发明属固废处理与资源化技术领域，具体涉及一种去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。据估算，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量（干重）大约为180万吨，而且年增长率大于16%，特别是在我国城市化水平较高的大中型城市与地区，污泥出路问题已经十分突出。城市污泥作为城市污水处理厂在污水净化处理过程中产生的沉淀物，大量持久性有机污染物高度富集在沉积物中，富集系数高达几个数量级。目前，我国城市污水处理厂的污泥中常检测到的持久性有机污染物主要有多环芳烃、邻苯二甲酸酯、多氯联苯、氯苯和氯酚等。持久性有机污染物具有生物放大效应，并有致癌、致畸、致基因突变的作用。然而，诸多持久性有机污染物因具有较强的疏水性和生物毒性，传统的堆肥工艺难以实现对其有效去除，使得污泥在土地利用过程中造成“土壤-作物-水体系统”的二次污染。因此，该类有机污染物成为限制污泥土地利用的一大障碍。
长期以来，国内外对农用城市污泥中的重金属进行了较多的研究，并制定了有关的控制标准，但对于城市污泥中持久性有机污染物的研究却甚为薄弱。
发明内容
为克服以上存在的技术问题，本发明旨在提供一种去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法，具体步骤为：将10~30mL的复合菌种液和0.1~0.5g的膨胀石墨混合加入到含有持久性有机污染物的培养基中，所述培养基浓度为0.1~1mg/L；在搅拌条件下，恒温培养3~5天，得到固定有持久性有机污染物降解混合菌的生物膨胀石墨；其中：所述持久性有机污染物降解复合菌种液为高温放线菌、原毛平革菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和产碱杆菌按重量分数计为2~5:1~3:0.5~1.5:0.5~1.5:1.5~3: 1~3，在含持久性有机污染物浓度为5mg/L的培养基中恒温培养4~7天得到混合菌种液；使用时，将生物膨胀石墨直接均匀投加到好氧堆肥的污泥中，投加量为污泥重量的0.01~0.1%，在污泥的堆肥过程中，通过生物膨胀石墨的吸附和生物降解作用，实现对其中持久性有机污染物的高效去除。
本发明中，所述膨胀石墨为市售的可膨胀石墨经300~800℃高温膨胀10~60s制得。
本发明中，所述的持久性有机污染物选用多环芳烃、邻苯二甲酸酯、多氯联苯、氯苯或氯酚中的1种或几种。
本发明中，所述培养基为无机盐培养基，成分为NaCl 0.5%，(NH4)2SO4 0.1%，MgSO4 0.01%，NaNO3 0.2%，KH2PO4 0.4%，K2HPO4·3H2O 1.0%，pH 7.0~7.3。
本发明中，所述的持久性有机污染物降解复合菌种液为高温放线菌(Thermoactinomyces)、原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)、地衣芽孢杆菌(Licheniformis B.)、短小芽孢杆菌(Pumilus B.)、枯草芽孢杆菌(Subtilis B.)和产碱杆菌 (Alcaligenes sp.) 按重量分数计为2~5:1~3:0.5~1.5:0.5~1.5:1.5~3: 1~3（上述菌种均可通过市购得到），在含持久性有机污染物浓度为5mg/L的培养基中恒温培养4~7天得到混合菌种液。所述的持久性有机污染物可选用多环芳烃、邻苯二甲酸酯、多氯联苯、氯苯或氯酚等类污染物中的1种或几种。
原理：以膨胀石墨为载体，采用吸附固定法，将筛选的持久性有机污染物降解复合菌进行固定，制备生物膨胀石墨。使用时，将生物膨胀石墨均匀投加于好氧堆肥污泥中，通过生物膨胀石墨的吸附和生物降解作用，实现对污泥中持久性有机污染物的高效去除。
与已有的污泥堆肥处理技术相比，本发明具有以下优点：
1. 本发明采用的膨胀石墨具有良好的疏水性和发达的网络状孔形结构，对污泥中持久性有机污染物具有良好的吸附能力，为复合菌的降解作用提供了良好的条件，进一步提升了其对污泥中持久性有机污染物的去除效果。同时，生物膨胀石墨上的微生物降解活动对膨胀石墨的吸附活性起到了再生作用。
2.  本发明选择的持久性有机污染物降解复合菌为耐高温菌群，有利于其在污泥堆肥高温条件下的生长，复合菌对持久性有机污染物具有良好的协同降解作用，能实现对复杂持久性有机污染物的彻底矿化降解。
3.  该方法使用方便，使用时直接将生物膨胀石墨均匀投加于好氧堆肥污泥中，不存在二次污染风险。
具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步说明。
实施例1
（1）持久性有机污染物解菌复合菌种液的制备
将菌种高温放线菌、原毛平革菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和产碱杆菌按重量分数计为2:1:1:0.5:2:1，取2g接种在50mL的含菲和邻苯二甲酸二甲酯浓度分别为2.5mg/L的无机盐培养基中，于30℃、120 r/min恒温培养箱中震荡培养5天，待用。
（2）膨胀石墨的微生物固定
取10mL上述混合菌种液和0.2g膨胀石墨（500℃高温膨胀15s制得），加入盛有90mL的培养基溶液（菲和邻苯二甲酸二甲酯浓度分别为0.5mg/L）的250ml的烧杯中，在30℃条件下恒温搅拌培养3天，过滤得生物膨胀石墨，该法制备的生物膨胀石墨颗粒上负载的微生物细胞数可达到1.3×108cfu/g。
（3）对好氧堆肥污泥中持久性有机污染物的去除效果
在某地某城市污水厂（生活污水和工业废水比例为4:1）的脱水污泥中，添上述制备的生物膨胀石墨，投加量为污泥重量的0.1%，将该污泥物料放入具有通风系统和自动搅拌系统的动态好氧发酵仓中（添加10%含水率10~20%的木屑为辅料），控制回流物料的重量为污泥重量的20%，然后双向搅拌，使发酵仓物料混合均匀，开启空气泵，通风量控制在100L/min，每隔5h定向搅拌15分钟，经过15天处理后出料。分析污泥中持久性有机污染物堆肥前后的浓度变化情况见表1。
表1 污泥堆肥前后持久性有机污染浓度变化情况（mg/Kg）
序号 化合物名称 原污泥中的浓度 堆肥后浓度（未投加生物膨胀石墨） 堆肥后浓度（投加生物膨胀石墨）
1 奈 1.151 0.809 0.101
2 菲 2.611 2.032 未检出
3 蒽 0.099 0.077 未检出
4 苯并（a）芘 0.663 0.488 0.079
5 对苯二甲酸甲酯 5.775 4.135 1.108
6 丁基酚 0.764 0.522 0.065
7 十六烷 7.687 4.878 1.421
由表1可知，在堆肥污泥中投加上述制备的生物膨胀石墨，可大大提高污泥中持久性有机污染物的去除效率，为城市污泥的土地利用提供了有力保障。
实施例2：
（1）持久性有机污染物解菌复合菌种液的制备
将菌种高温放线菌、原毛平革菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和产碱杆菌按重量分数计为3:1:1.5:1:2:1，取2g接种在50mL的含萘和对苯甲酸浓度分别为2.5mg/L的无机盐培养基中，于30℃、120 r/min恒温培养箱中震荡培养7天，待用。
（4）膨胀石墨的微生物固定
取10mL上述混合菌种液和0.3g膨胀石墨（600℃高温膨胀10s制得），加入盛有90mL的培养基溶液（菲和邻苯二甲酸二甲酯浓度分别为0.5mg/L）的250ml的烧杯中，在30℃条件下恒温搅拌培养3天，过滤得生物膨胀石墨，该法制备的生物膨胀石墨颗粒上负载的微生物细胞数可达到1.5×108cfu/g。
（5）对好氧堆肥污泥中持久性有机污染物的去除效果
在某地某城市污水厂的脱水污泥中，添上述制备的生物膨胀石墨，投加量为污泥重量的0.05%，将该污泥物料放入具有通风系统和自动搅拌系统的动态好氧发酵仓中（添加10%含水率10~20%的木屑为辅料），控制回流物料的重量为污泥重量的20%，然后双向搅拌，使发酵仓物料混合均匀，开启空气泵，通风量控制在100L/min，每隔5h定向搅拌15分钟，经过12天处理后出料。分析污泥中持久性有机污染物堆肥前后的浓度变化情况见表2。
表2 污泥堆肥前后持久性有机污染浓度变化情况（mg/Kg）
序号 化合物名称 原污泥中的浓度 堆肥后浓度（未投加生物膨胀石墨） 堆肥后浓度（投加生物膨胀石墨）
1 奈 0.851 0.611 0.042
2 菲 1.011 0.897 未检出
3 蒽 0.103 0.086 未检出
4 苯并（a）芘 0.312 0.208 未检出
6 丁基酚 0.511 0.421 0.029
7 十六烷 6.483 5.109 0.837
由表2可知，在堆肥污泥中投加上述制备的生物膨胀石墨，可大大提高污泥中持久性有机污染物的去除效率，为城市污泥的土地安全利用提供了有力保障。

Claims (4)

1.一种去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法，其特征在于具体步骤为：将10~30mL的复合菌种液和0.1~0.5g的膨胀石墨混合加入到含有持久性有机污染物的培养基中，在搅拌条件下，恒温培养3~5天，得到固定有持久性有机污染物降解混合菌的生物膨胀石墨；其中：所述持久性有机污染物降解复合菌种液为高温放线菌、原毛平革菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和产碱杆菌按重量分数计为2~5:1~3:0.5~1.5:0.5~1.5:1.5~3: 1~3，在含持久性有机污染物浓度为5mg/L的培养基中恒温培养4~7天得到混合菌种液；使用时，将生物膨胀石墨直接均匀投加到好氧堆肥的污泥中，投加量为污泥重量的0.01~0.1%，在污泥的堆肥过程中，通过生物膨胀石墨的吸附和生物降解作用，实现对其中持久性有机污染物的高效去除。
2.根据权利要求1所述的一种去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法，其特征在于所述膨胀石墨为市售的可膨胀石墨经300~800℃高温膨胀10~60s制得。
3.根据权利要求1所述的一种去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法，其特征在于所述的持久性有机污染物选用多环芳烃、邻苯二甲酸酯、多氯联苯、氯苯或氯酚中的1种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种去除堆肥污泥中持久性有机污染物的生物膨胀石墨的制备方法，其特征在于所述述培养基为无机盐培养基，成分为NaCl 0.5%，(NH4)2SO4 0.1%，MgSO4 0.01%，NaNO3 0.2%，KH2PO4 0.4%，K2HPO4·3H2O 1.0%，pH 7.0~7.3。
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