CN108862948A - 利用芽孢八叠球菌固化胶结含重金属电镀污泥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用芽孢八叠球菌固化胶结含重金属电镀污泥的方法，在好氧条件下，将芽孢八叠球菌的菌液与待处理电镀污泥混合，并在菌液中加入尿素以及氯化钙，在20～30℃条件下，固化12～15天，完成含重金属的电镀污泥的固化处理；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电镀污泥中的重金属，达到电镀污泥的无害化处理；本发明具有工艺简单、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电镀污泥进行固化胶结，所得的固化体抗压强度高，可用作建筑材料。

Description

利用芽孢八叠球菌固化胶结含重金属电镀污泥的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种利用芽孢八叠球菌固化胶结含重金属电镀污泥的方法，属于环境保护固体废弃物处理技术领域。
(二)背景技术
电镀行业是我国重要的基础性加工行业之一，电镀过程中产生的电镀污泥中含有各种具有毒性的重金属，包括铬、镍、镉等重金属，据统计我国电镀企业每年约产生1000万吨电镀污泥。目前，大部分电镀污泥是通过简单的堆存和填埋处理，对地下水以及土壤环境造成严重的污染。
电镀污泥中含有的重金属铬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。
目前，电镀污泥的处理方法主要包括物理化学方法。物理化学方法主要包括固化，热化学方法，以及湿法处理工艺。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。
芽孢八叠球菌是一种产脲酶菌，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电镀污泥尚未报道。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种利用芽孢八叠球菌固化胶结含重金属电镀污泥的方法。
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——芽孢八叠球菌(编号BNCC202292)，固化胶结含重金属电镀污泥。在好氧条件下，将芽孢八叠球菌的菌液与待处理电镀污泥混合，并在菌液中加入尿素以及氯化钙，在20～30℃条件下，固化12～15天，完成含重金属的电镀污泥的固化处理。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电镀污泥中的重金属，达到电镀污泥的无害化处理。
本发明的技术方案如下：
一种利用芽孢八叠球菌固化胶结含重金属电镀污泥的方法，所述方法为：
(1)菌种富集培养
将芽孢八叠球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；
所述芽孢八叠球菌购自中国北京北纳生物菌种保存库，菌种资源编号BNCC202292；
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、氯化钙的菌液加到含重金属电镀污泥中进行固化处理；
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含重金属电镀污泥质量的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天向含重金属电镀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含重金属电镀污泥质量的20～30％(优选25％)；
进一步，在所述含重金属电镀污泥中掺加粉煤灰，掺加了粉煤灰的含重金属电镀污泥中粉煤灰的含量为0～30％，优选15％。
本发明中，所述含重金属电镀污泥来自工业电镀厂各种电镀废液和电解槽液通过液相化学处理后所产生的固体废料，电镀是指在含有预镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中预镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法，在电镀工艺过程中产生的固体污泥废料就是本发明中所述的电镀污泥。
本发明的主要优点：
1、通过芽孢八叠球菌在尿素和氯化钙的条件下将电镀污泥中的重金属沉淀，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电镀污泥进行固化胶结，所得的固化体抗压强度高，可用作建筑材料。
(四)附图说明
图1：芽孢八叠球菌固化含重金属电镀污泥效果图。
(五)具体实施方式
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。
实施例中用到的芽孢八叠球菌来源于中国北京北纳生物菌种保存库，编号BNCC202292。
电镀污泥来自电镀工艺过程中产生的固体污泥废料，经测定电镀污泥中重金属Ni、Cr和Cu在纯水中的浸出浓度分别为3.524mg/kg、15.792mg/kg、16.138mg/kg。
实施例1
(1)对芽孢八叠球菌进行富集培养
将芽孢八叠球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)用芽孢八叠球菌固化电镀污泥
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电镀污泥中进行污泥固化处理，在25℃下固化12天，并且每3天向电镀污泥中补加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Cu纯水浸出实验，结果显示Ni、Cr和Cu的去除率分别为92.1％、94.1％、93.5％。
实施例2
操作步骤同实施例1。不同之处在于，步骤(2)电镀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％粉煤灰的电镀污泥经固化处理后，对所得固化体做重金属Ni、Cr和Cu纯水浸出实验，结果显示Ni、Cr和Cu的去除率分别为92.5％、94.6％、93.8％。
掺有15％粉煤灰的电镀污泥经固化处理后，对所得固化体做重金属Ni、Cr和Cu纯水浸出实验，结果显示Ni、Cr和Cu的去除率分别为94.2％、96.1％、95.3％。
掺有30％粉煤灰的电镀污泥经固化处理后，对所得固化体做重金属Ni、Cr和Cu纯水浸出实验，结果显示Ni、Cr和Cu的去除率分别为93.6％、95.1％、94.6％。
对比例
已有文献报道Remediation of Copper Contaminated Kaolin byElectrokinetics Coupled with Permeable Reactive Barrier利用电动力学的方法修复修复土壤中的铜，在初始浓度为2000mg/kg时的去除率为96.6％，但是电动力学修复方法需要消耗大量的能量，经济效益低，操作性高。

Claims (7)

1.一种利用芽孢八叠球菌固化胶结含重金属电镀污泥的方法，其特征在于，所述方法为：
(1)菌种富集培养
将芽孢八叠球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、氯化钙的菌液加到含重金属电镀污泥中进行固化处理；
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含重金属电镀污泥质量的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天向含重金属电镀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含重金属电镀污泥质量的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，所述向含重金属电镀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含重金属电镀污泥质量的25％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述含重金属电镀污泥中掺加粉煤灰，掺加了粉煤灰的含重金属电镀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含重金属电镀污泥中粉煤灰的含量为15％。
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