CN108675585A - 利用巴氏芽孢杆菌固化胶结含重金属制革污泥的方法 - Google Patents

利用巴氏芽孢杆菌固化胶结含重金属制革污泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用巴氏芽孢杆菌固化胶结含重金属制革污泥的方法，在好氧条件下，将巴氏芽孢杆菌的菌液与待处理制革污泥混合，并在菌液中加入尿素以及氯化钙，于20～30℃条件下，固化12～15天，完成含重金属制革污泥的固化处理；通过产脲酶菌在尿素和氯化钙的条件下生成碳酸钙沉淀以固定胶结制革污泥中的重金属，并达到工业废渣的无害化处理；本发明方法具有工艺简单、操作方便、效果明显、处理成本低、适用范围广和无二次污染等优点；用本发明方法对含重金属制革污泥进行固化胶结，所得的固化体重金属浸出量低，抗压强度高，可用作建筑材料。

Description

利用巴氏芽孢杆菌固化胶结含重金属制革污泥的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种利用巴氏芽孢杆菌固化胶结含重金属制革污泥的方法，属于环境保护固体废弃物处理技术领域。
(二)背景技术
随着当前经济的迅速发展，我国已成为全球皮革制造和出口的大国，而皮革工业迅速发展的同时也造成了严重的环境污染。制革行业每年所产生的制革污泥约为5000万吨，其中含有各种重金属(铬、镉、镍等)以及有机污染物质。目前，制革污泥的最终处置方式主要有填埋、焚烧、就地堆放或者用作建筑材料和堆肥处理等，会产生严重的二次污染。
铬是制革污泥中的主要重金属成分，对人体是有严重危害的。一般认为六价铬的毒性是三价铬的100多倍。铬在水中具有高溶解度，通过生物膜的快速渗透，随后与核酸和蛋白质的相互作用而具有高度移动性，具有高毒性和致癌性。重金属镉具有潜伏期长、毒性高、难降解等特点，在20种严重威胁人体健康的元素中排名第7位，是一种强致癌的重金属元素。镉中毒的主要症状是贫血、神经机能失调和肾损伤。镍是人体必需的生命元素，在人体内含量极微，过量的镍会危害人体健康，主要症状是呕吐、腹泻、急性肠胃炎、引起中枢循环和呼吸紊乱，使脑、肺和肾出现水肿、出血和变性，还会降低生育能力、致畸和致突变作用。铅是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。它对神经系统、骨骼造血功能、消化系统、男性生殖系统等均有危害、且有慢性中毒作用。对儿童的血铅负荷、神经行为功能进行相应研究后得出，长时期暴露于含铅量超标环境的儿童有着反应缓慢、视觉迟钝的现象。铅能直接伤害人的脑细胞，尤其是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下，特别是大脑处于神经系统敏感期的儿童，对铅有特殊的敏感性。
近几年，制革污泥的处理方法研究主要包括物理化学方法。物理化学方法主要包括固化/稳定化，热解法，以及脱铬处理工艺。物理化学方法存在着去除效果差，成本高，以及容易造成二次污染等问题。
巴氏芽孢杆菌是一种产脲酶菌，产脲酶菌可分泌脲酶，脲酶水解尿素会形成CO3 2-和NH4 +离子，同时使环境的pH明显升高，在偏碱性的条件下，重金属离子一部分与碳酸根离子形成沉淀，另一部分重金属会以共沉淀的形式沉淀。目前，已有报道的利用产脲酶菌处理重金属工艺主要是微生物固化土壤中的重金属，但利用产脲酶菌固化胶结含有各种重金属的制革污泥尚未报道。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种利用巴氏芽孢杆菌固化胶结含重金属制革污泥的方法。本发明利用中国北京北纳生物菌种保存库购得的一株产脲酶菌——巴氏芽孢杆菌(编号BNCC337394)，固化胶结含重金属制革污泥，在好氧条件下，将巴氏芽孢杆菌的菌液与待处理制革污泥混合，并在菌液中加入尿素以及氯化钙，于20～30℃条件下，固化12～15天，完成含重金属制革污泥的固化处理。通过产脲酶菌在尿素和氯化钙的条件下生成碳酸钙沉淀以固定胶结制革污泥中的重金属，并达到工业废渣的无害化处理。
本发明的技术方案如下：
一种利用巴氏芽孢杆菌固化胶结含重金属制革污泥的方法，所述方法为：
(1)菌种富集培养
将巴氏芽孢杆菌接种至营养肉汤培养基中，在温度25～35℃下，于100～150rpm的摇床中培养8～16h，得到菌液，所得菌液浓度以OD600表示，通过去离子水稀释调节菌液OD600为0.8～1.2，备用；
所述巴氏芽孢杆菌购自中国北京北纳生物菌种保存库，菌种资源编号BNCC337394；
所述营养肉汤培养基的配方为：蛋白胨10g/L、酵母浸粉1.5g/L、牛肉膏1.5g/L、氯化钠5g/L，溶剂为去离子水；
(2)固化过程
在步骤(1)准备好的菌液中加入尿素、氯化钙，然后将含有尿素、氯化钙的菌液加到制革污泥中进行污泥固化处理；
所述含有尿素、氯化钙的菌液中，尿素的质量分数为1.5～2.5％，优选2％，氯化钙的浓度为20～30mmol/L，优选25mmol/L；
所述含有尿素、氯化钙的菌液的质量用量为制革污泥质量的85～100％；
所述固化处理的温度为20～30℃，时间为12～15天，并且每3～4天向制革污泥中补加含有质量分数1.5～2.5％(优选2％)尿素和浓度20～30mmol/L(优选25mmol/L)氯化钙的营养肉汤培养基，每次补加的营养肉汤培养基质量为制革污泥质量的20～30％(优选25％)；
进一步，在所述制革污泥中掺加粉煤灰，掺加了粉煤灰的制革污泥中粉煤灰的含量为0～30％，优选15％。
本发明中，所述制革污泥来自制革工艺，制革工艺主要包括腌制、浸灰(回软、脱脂、脱毛)、鞣制以及后整理工序；完整的制革生产工艺如下：原皮→入鼓浸皮→出鼓刮肉→脱脂→出鼓拔毛→浸灰→片皮→脱灰→软化、浸酸和鞣制→出鼓为蓝湿革，其中在浸灰和鞣制的湿加工过程中所产生的污泥即为本发明中所述的制革污泥。
本发明的主要优点：
1、本发明方法通过巴氏芽孢杆菌在尿素和氯化钙的条件下将制革污泥固化稳定，具有工艺简单、操作方便、效果明显、处理成本低、适用范围广和无二次污染等优点。
2、用本发明方法对含重金属制革污泥进行固化胶结，所得的固化体重金属浸出量低，抗压强度高，可用作建筑材料。
(四)具体的实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例中用到的巴氏芽孢杆菌来源于中国北京北纳生物菌种保存库，编号BNCC337394。
制革污泥取自浙江省嘉兴市，经测定制革污泥中重金属Ni、Cr和Pb在纯水中的浸出浓度分别为4.653mg/kg、10.370mg/kg、2.129mg/kg。
实施例1
(1)对巴氏芽孢杆菌进行富集培养
将巴氏芽孢杆菌接种至营养肉汤培养基中，在温度30℃下，于130rpm的摇床中培养过夜(12h)，得到菌液，通过去离子水稀释调节菌液OD600为1.0；
营养肉汤培养基的配方为：1L去离子水，10g蛋白胨，1.5g酵母浸粉，1.5g牛肉膏和5g氯化钠。
(2)用巴氏芽孢杆菌固化制革污泥
取500mL步骤(1)稀释所得菌液，加入10g尿素、1.388g(12.5mmol)氯化钙，得到含有2％尿素和25mM氯化钙的菌液，然后将50ml该菌液加到50g制革污泥中进行污泥固化处理，在25℃下固化12天，并且每3天向制革污泥中补加10ml含有2％尿素和25mM氯化钙的营养肉汤培养基，固化结束后得到固化体。
对所得固化体做重金属Ni、Cr和Pb纯水浸出实验，结果显示Ni、Cr和Pb的去除率分别为95.8％、93.8％、96.1％。
实施例2
操作步骤同实施例1。不同之处在于，步骤(2)制革污泥中掺有不同浓度梯度的粉煤灰5％、15％、30％，结果如下：
掺有5％粉煤灰的制革污泥经固化处理后，对所得固化体做重金属Ni、Cr和Pb纯水浸出实验，结果显示Ni、Cr和Pb的去除率分别为96.1％、94.2％、96.5％。
掺有15％粉煤灰的制革污泥经固化处理后，对所得固化体做重金属Ni、Cr和Pb纯水浸出实验，结果显示Ni、Cr和Pb的去除率分别为97.5％、96.8％、97.5％。
掺有30％粉煤灰的制革污泥经固化处理后，对所得固化体做重金属Ni、Cr和Pb纯水浸出实验，结果显示Ni、Cr和Pb的去除率分别为96.3％、94.9％、96.6％。
对比例
已有文献报道Effects of cropping patterns of four plants on thephytoremediation of vanadium-containing synthetic wastewater利用植物修复土壤中的Cr，30天后的去除率为75％，但是植物修复存在耗时长，需要控制的环境条件大的缺点。

Claims (7)

1.一种利用巴氏芽孢杆菌固化胶结含重金属制革污泥的方法，其特征在于，所述方法为：
(1)菌种富集培养
将巴氏芽孢杆菌接种至营养肉汤培养基中，在温度25～35℃下，于100～150rpm的摇床中培养8～16h，得到菌液，所得菌液浓度以OD600表示，通过去离子水稀释调节菌液OD600为0.8～1.2，备用；
(2)固化过程
在步骤(1)准备好的菌液中加入尿素、氯化钙，然后将含有尿素、氯化钙的菌液加到制革污泥中进行污泥固化处理；
所述含有尿素、氯化钙的菌液中，尿素的质量分数为1.5～2.5％，氯化钙的浓度为20～30mmol/L；
所述含有尿素、氯化钙的菌液的质量用量为制革污泥质量的85～100％；
所述固化处理的温度为20～30℃，时间为12～15天，并且每3～4天向制革污泥中补加含有质量分数1.5～2.5％尿素和浓度20～30mmol/L氯化钙的营养肉汤培养基，每次补加的营养肉汤培养基质量为制革污泥质量的20～30％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述营养肉汤培养基的配方为：蛋白胨10g/L、酵母浸粉1.5g/L、牛肉膏1.5g/L、氯化钠5g/L，溶剂为去离子水。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述含有尿素、氯化钙的菌液中，尿素的质量分数为2％，氯化钙的浓度为25mmol/L。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述向制革污泥中补加的营养肉汤培养基含有质量分数2％尿素和浓度25mmol/L氯化钙。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，每次补加的营养肉汤培养基质量为制革污泥质量的25％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述制革污泥中掺加粉煤灰，掺加了粉煤灰的制革污泥中粉煤灰的含量为0～30％。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述掺加了粉煤灰的制革污泥中粉煤灰的含量为15％。
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