CN103981142A - 一种连续培养碱性含Cr(VI)废物修复菌液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用有机废物连续培养碱性含Cr(VI)废物修复菌液的方法，该方法以污泥为主要菌种来源，以高浓度有机废水为营养液，辅以适量的铬渣及废石膏等添加剂，经过特殊的生化培养后，即能制备出相应的快速修复碱性Cr(VI)污染场地修复菌群。该修复菌群可快速有效的对碱性含Cr(VI)场地土壤进行修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续培养碱性含Cr(VI)废物修复菌液的方法，利用污泥及有机废水等有机废物原料，经过特殊的驯化及连续化培养工艺，即能制备出相应的快速修复碱性含Cr(VI)废物的菌群。本发明属于环境保护技术领域。
背景技术
铬及其化合物是冶金、金属加工、电镀、制革、油漆、颜料等行业常用的基本原料，在上述行业的生产过程中产生大量工业含Cr(VI)废渣，其中大多是强碱性。
碱性含铬废物的处理处置是环保界的一个难点，处置方法虽然众多，但大多数存在各种各样的问题。专利申请号200710041125.9介绍了一种利用高温热解工艺处理碱性含Cr(VI)废物的方法，方法虽然效果较好，但该方法需要昂贵的高温设备，成本较高。微生物处理法是一种廉价的Cr(VI)污染废物治理方法，但是相关修复菌种的培养成本较高，且一般难以适应周边环境。专利号201010176068.7及200910043841.X均介绍了利用特殊菌种还原Cr(VI)的方法，但是上述两种菌种纯培养的成本过高；且菌种在实际使用过程中难以成为场地环境的优势菌种，导致处理效率低，一般需要4天以上处理时间；同时将新菌种引入环境中也有生化污染的风险。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种连续培养碱性含Cr(VI)废物修复菌液的方法，利用污泥及有机废水等有机废物，通过一定的生化培养工艺，培养出可直接或间接对碱性条件下的Cr(VI)进行还原的菌液，可用于碱性含Cr(VI)废物的治理。由于该工艺所用原料均为废物，因此成本大大降低。同时菌液中的菌种为自然界本身存在的菌种，不会导致生化污染，且该种群菌种成分复杂，对环境变化有较强的耐受力，可大大提高处理效率。
本制备方法流程图如图1所示，具体操作步骤如下：
（1）将消化污泥、兼氧池污泥及高浓度有机废水以1：（0.2~0.5）：（10~15）比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的0.3-0.5%及0.1-0.2%，不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放。将混合液在消化反应器中反应2~3天后，将反应器中1/2~2/3的消化液排出送入沉淀池；消化液在沉淀池中静止60-120分钟后，将沉淀污泥排出后排放；
（2）将步骤（1）沉淀污泥搅拌后进入二次沉淀池后静止3-5分钟后，将底部沉淀物排出后，剩余污泥回流消化反应器前端，作为含有含铬废物治理菌群的污泥溶液，与高浓度有机废水以1：（10~15）比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的0.3-0.5%及0.1-0.2%。将新鲜混合液打入反应器中，补足之前排放的混合液，进入2~3天反应周期，过程中不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放；结束后，将1/2~2/3的消化液排出送入沉淀池。排放的消化液在沉淀池中静止60-120分钟后，将沉淀污泥排出后排放；
（3）重复步骤（2），同时每一反应周期不断提高新鲜混合液中铬渣及废石膏的投加量，提高程度为该反应周期比前反应周期的投加量分别增加0.3-0.5%及0.1-0.2%（占混合液质量分数），当新鲜混合液中铬渣及废石膏的投加量分别提高至3-5%及1-2%时，不再增加相应的投加量。继续循环操作4~8个反应周期后，驯化结束，其沉淀污泥富集了大量可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群。利用该污泥，可以连续培养；
（4）将回流的沉淀污泥及高浓度有机废水以1：（10~15）比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的3-5%及1-2%，不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放。将混合液打入消化反应器中，补足之前排放的消化液，反应2~3天后，将反应器中1/2~2/3的消化液排出送入沉淀池；排放的消化液在沉淀池中静止5-15分钟后，将沉淀污泥排出后，剩下的消化液中含有可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群及其代谢产物，用于碱性含Cr(VI)废物治理；
（5）沉淀污泥搅拌后进入二次沉淀池后静止3-5分钟后，将底部沉淀物排出后，剩余污泥回流至消化反应器前端，作为含有含铬废物治理菌群的污泥溶液，与高浓度有机废水以1：（10~15）比例混合，并重复步骤（4）剩余流程；
（6）将步骤（4）中沉淀污泥排放后的菌液与碱性含Cr(VI)废物以一定比例混合混合，经过一定的时间反应，即能对该废物进行修复，修复后的碱性含Cr(VI)废物浸出浓度低于《铬渣污染治理环境技术规范》(HJ/T301-2007)中0.5 mg/L的排放标准。
相比其它微生物修复方法，本方法有如下优势：
1. 利用污泥及有机废水进行菌群的培养，即有效的对废物进行了利用，也节约了成本，有着极高的环境及经济效益；
2. 所培养的菌种种群成分复杂，对自然界耐受力强，在场地修复过程中容易形成优势菌种，从而可以加快处理效率；同时过程中菌群产生了大量含S2-及Fe(II)的代谢物，这部分物质也可迅速的将Cr(VI)还原。
3. 所培养菌群为自然界固有微生物菌群，因此不会造成生物二次污染。
附图说明
图1为驯化周期流程示意图。
具体实施实例如下:
实例1：
（1）将消化污泥、兼氧池污泥及高浓度有机废水以1：0.2：10比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的0.5%及0.2%，不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放。将混合液在消化反应器中反应3天后，将反应器中2/3的消化液排出送入沉淀池；排放的消化液在沉淀池中静止120分钟后，将沉淀污泥排出后排放；
（2）将步骤（1）沉淀污泥搅拌后进入二次沉淀池后静止3分钟后，将底部沉淀物排出后，剩余污泥回流消化反应器前端，作为含有含铬废物治理菌群的污泥溶液，与高浓度有机废水以1：10比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的0.5%及0.2%。将新鲜混合液打入反应器中，补足之前排放的混合液，进入3天反应周期，过程中不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放；结束后，将2/3的消化液排出送入沉淀池。排放的消化液在沉淀池中静止120分钟后，将沉淀污泥排出后排放；
（3）重复步骤（2），同时每一反应周期不断提高新鲜混合液中铬渣及废石膏的投加量，提高程度为该反应周期比前反应周期的投加量分别增加0.5%及0.2%（占混合液质量分数），当新鲜混合液中铬渣及废石膏的投加量分别提高至5%及2%时，不再增加相应的投加量。继续循环操作4个反应周期后，驯化结束，其沉淀污泥富集了大量可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群。利用该污泥，可以连续培养；
（4）将回流的沉淀污泥及高浓度有机废水以1：10比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的5%及2%，不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放。将混合液打入消化反应器中，补足之前排放的消化液，反应3天后，将反应器中2/3的消化液排出送入沉淀池；排放的消化液在沉淀池中静止10分钟后，将沉淀污泥排出后，剩下的消化液中含有可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群及其代谢产物，用于碱性含Cr(VI)废物治理；
（5）沉淀污泥搅拌后进入二次沉淀池后静止3分钟后，将底部沉淀物排出后，剩余污泥回流至消化反应器前端，作为含有含铬废物治理菌群的污泥溶液，与高浓度有机废水以1：10比例混合，并重复步骤（4）剩余流程；
（6）将步骤（4）中沉淀污泥排放后的菌液与碱性含Cr(VI)废物以3：10混合，经过3天时间即可将土壤修复完毕，修复后土壤Cr(VI)浸出浓度从350mg/L降至0.1mg/L，低于《铬渣污染治理环境技术规范》(HJ/T301-2007)中0.5 mg/L的排放标准。
实例2：
菌群培养流程图如图1所示，具体培养分为启动阶段、驯化阶段及连续培养阶段，步骤如下：
（1）将消化污泥、兼氧池污泥及高浓度有机废水以1：0.5：15比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的0.3%及0.1%，不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放。将混合液在消化反应器中反应2天后，将反应器中1/2的消化液排出送入沉淀池；排放的消化液在沉淀池中静止60分钟后，将沉淀污泥排出后排放；
（2）将步骤（1）沉淀污泥搅拌后进入二次沉淀池后静止5分钟后，将底部沉淀物排出后，剩余污泥回流消化反应器前端，作为含有含铬废物治理菌群的污泥溶液，与高浓度有机废水以1：15比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的0.3%及0.1%。将新鲜混合液打入反应器中，补足之前排放的混合液，进入2天反应周期，过程中不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放；结束后，将1/2的消化液排出送入沉淀池。排放的消化液在沉淀池中静止60分钟后，将沉淀污泥排出后排放；
（3）重复步骤（2），同时每一反应周期不断提高新鲜混合液中铬渣及废石膏的投加量，提高程度为该反应周期比前反应周期的投加量分别增加0.3%及0.1%（占混合液质量分数），当新鲜混合液中铬渣及废石膏的投加量分别提高至3%及1%时，不再增加相应的投加量。继续循环操作8个反应周期后，驯化结束，其沉淀污泥富集了大量可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群。利用该污泥，可以连续培养；
（4）将回流的沉淀污泥及高浓度有机废水以1：15比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的3%及1%，不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放。将混合液打入消化反应器中，补足之前排放的消化液，反应2天后，将反应器中1/2的消化液排出送入沉淀池；排放的消化液在沉淀池中静止15分钟后，将沉淀污泥排出后，剩下的消化液中含有可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群及其代谢产物，用于碱性含Cr(VI)废物治理；
（5）沉淀污泥搅拌后进入二次沉淀池后静止3分钟后，将底部沉淀物排出后，剩余污泥回流至消化反应器前端，作为含有含铬废物治理菌群的污泥溶液，与高浓度有机废水以1：15比例混合，并重复步骤（4）剩余流程；
（6）将步骤（4）中沉淀污泥排放后的菌液与碱性含Cr(VI)废物以3：10混合，经过3天时间即可将土壤修复完毕，修复后土壤Cr(VI)浸出浓度从350mg/L降至0.2mg/L，低于《铬渣污染治理环境技术规范》(HJ/T301-2007)中0.5 mg/L的排放标准。
Claims (3)
1.一种利用有机废物连续培养碱性含Cr(VI)废物修复菌液的方法，流程如图1所示，包括如下步骤：
（1）将回流的沉淀污泥及高浓度有机废水以1：（10~15）比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的3-5%及1-2%，不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放；将混合液打入消化反应器中，补足之前排放的消化液，反应2~3天后，将反应器中1/2~2/3的消化液排出送入沉淀池；排放的消化液在沉淀池中静止5-15分钟后，将沉淀污泥排出后，剩下的消化液中含有可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群及其代谢产物，用于碱性含Cr(VI)废物治理；
（2）沉淀污泥搅拌后进入二次沉淀池后静止3-5分钟后，将底部沉淀物排出后，剩余污泥回流至消化反应器前端，作为含有含铬废物治理菌群的污泥溶液，与高浓度有机废水以1：（10~15）比例混合，并重复步骤（1）剩余流程。
2.根据权利要求1的一种利用有机废物连续培养碱性含Cr(VI)废物修复菌液的方法，沉淀污泥含有大量可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群，其驯化过程包含包括如下步骤：
（1）将消化污泥、兼氧池污泥及高浓度有机废水以1：（0.2~0.5）：（10~15）比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的0.3-0.5%及0.1-0.2%，不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放；将混合液在消化反应器中反应2~3天后，将反应器中1/2~2/3的消化液排出送入沉淀池；消化液在沉淀池中静止60-120分钟后，将沉淀污泥排出后排放；
（2）将步骤（1）沉淀污泥搅拌后进入二次沉淀池后静止3-5分钟后，将底部沉淀物排出后，剩余污泥回流消化反应器前端，作为含有含铬废物治理菌群的污泥溶液，与高浓度有机废水以1：（10~15）比例混合，同时加入铬渣及废石膏，加入量分别占混合液质量的0.3-0.5%及0.1-0.2%；将新鲜混合液打入反应器中，补足之前排放的混合液，进入2~3天反应周期，过程中不断搅拌以使其混合均匀，同时将产生的废气导出排放；结束后，将1/2~2/3的消化液排出送入沉淀池；排放的消化液在沉淀池中静止60-120分钟后，将沉淀污泥排出后排放；
（3）重复步骤（2），同时每一反应周期不断提高新鲜混合液中铬渣及废石膏的投加量，提高程度为该反应周期比前反应周期的投加量分别增加0.3-0.5%及0.1-0.2%（占混合质量），当新鲜混合液中铬渣及废石膏的投加量分别提高至3-5%及1-2%时，不再增加相应的投加量；继续循环操作4~8个反应周期后，驯化结束，其沉淀污泥富集了大量可以直接或间接将Cr(VI)还原的菌群。
3.根据权利要求2的一种利用有机废物连续培养碱性含Cr(VI)废物修复菌液的方法，其消化污泥为污水处理厂污泥消化工艺产生的污泥，脱水后含水率在50~80 %；兼氧池污泥为废水A2/O工艺兼氧池的污泥经过脱水后的产物，含水率50~80 %；高浓度有机废水为食品工业及生物化工行业所排放的高浓度有机废水，COD浓度20000~50000mg/L。
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| CN103981142B (zh) | 2017-08-22 |
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