CN1872992A - 颗粒污泥的培养方法及利用其从含金废液中回收金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及颗粒污泥的培养方法和利用颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，是从污水处理厂曝气池中采集污泥，经过生理盐水过筛洗涤，弃去上清液，在沉淀中以泥与培养基的体积约为1/4～1/2的比例加入培养基，调节pH为6.8～7.6，搅拌均匀后，在15℃～25℃的室温条件下，静置避光培养，每隔1天换一次培养基，调整pH值，搅拌均匀；经过12～20次培养基更换即可。在含有金的混合废液中投加颗粒污泥，放置于恒温摇床中，充分吸附后，重力沉降，沉降后的上清液倾出，继续投加颗粒污泥按上述条件吸附，沉淀中加入脱附剂溶液进行脱附，脱附充分，重力沉降后，在脱附液中加入置换金属即可得到金。该工艺颗粒污泥对金离子的吸附率达99.9～100％，脱附率达99.5％；金的回收率可达98.3％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒污泥的培养方法和利用颗粒污泥从含金废液中回收金的方法。
背景技术
金元素具有优良的物化及电学性能等诸多优点，广泛地应用在高新电子产品中，多数以金、金-铜或金-铜-镍等形式存在。当今时代，科学技术迅猛发展，承载科技信息使命的电子产品以惊人的速度更新换代，随之而来的含金废液及固体废弃物的排放量越来越大。然而，我国乃至全世界的黄金资源储备严重匮乏，因此如果对之不加处理随意排放，既污染环境，又造成黄金资源的严重浪费，危及国民经济的可持续化发展；并且这些废液中的金含量相当于或高于原矿中的含量，是不可多得的贵金属“二次资源”，所以世界各国对黄金的再生回收都很重视。
传统的从溶液中富集贵重金属离子的方法有化学沉淀、离子交换、吸附、氧化还原、电解或萃取等，这些方法大都过程繁琐，易造成二次污染，特别是对低浓度废液的处理，处理费用高，且处理后的溶液很难达到目前的国家排放标准。
近年来，颗粒污泥法在废水处理方面的研究取得了一定的进展，其基本原理是将活性污泥培养成颗粒状，在颗粒内部维持微生物细胞的新老更替，而不形成新的活性污泥，该法的特点是吸附容量大，速度快，剩余污泥量少，处理设备简单、易操作等。但是目前已经培养成功的颗粒污泥只适用于去除或降低工业废水及生活污水中的重金属离子或有机物的浓度，还没有利用颗粒污泥回收贵金属如金等并净化废水的报道。
发明内容
本发明提供了一种用于选择性回收金的颗粒活性污泥的培养方法，并利用这种颗粒污泥，发明了一种从含金废液中选择回收金并净化废水的易操作、低成本、高效率的新方法，对于改善我国的工业废水处理污染及黄金资源短缺等现状具有十分重要的意义。
本发明的颗粒污泥的制备方法，是从污水处理厂曝气池中采集污泥，经过生理盐水过筛洗涤，弃去上清液，在沉淀中以泥与培养基的体积约为1/4～1/2的比例加入培养基，调节pH为6.8～7.6，搅拌均匀后，在15℃～25℃的室温条件下，静置避光培养，每隔1天换一次培养基，调整pH值，搅拌均匀；经过12～20次培养基更换即可。
所述的培养基组成如下：硝酸钠0.25g l-1，乙酸钠0.2g l-1，琥珀酸钠1.0g l-1，硫代乙醇酸钠0.1g l-1，奎尼酸铁2mg l-1，维他命B120.02～0.05mg l-1，硫酸镁0.005～0.01mg l-1，硫酸锰0.005～0.01mg l-1，硫酸锌0.005～0.01mg l-1。
所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，在含有金的混合废液中投加颗粒污泥，放置于恒温摇床中，充分吸附后，重力沉降，沉降后的上清液倾出，继续投加颗粒污泥按上述条件吸附，沉淀中加入脱附剂溶液进行脱附，脱附充分，重力沉降后，在脱附液中加入置换金属即可得到金。
所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，其中颗粒污泥量为1.0～5.0g l-1，溶液初始浓度为10～300mg l-1，温度5～45℃，pH为1.0～11的条件下，振荡频率为100～150rpm，振荡吸附时间为0.5～60min，静置沉降30～60min。
所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，其优选条件是颗粒污泥量为2.0～4.0gl-1，溶液初始浓度为10～200mg l-1，温度15～30℃，pH为1.0～5.5的条件下，振荡频率为100～150rpm，振荡吸附时间为3～10min，静置沉降30～60min。
所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法中的脱附方法是：脱附剂溶液浓度为0.1～1.5mol l-1，优选0.8～1.2mol l-1，pH为1.0～4.5，温度为10～40℃，脱附时间为30～90min。
所述的脱附剂是硫脲、柠檬酸或亚硫酸钠等。
用置换法从脱附液中回收金，置换金属可以是Fe或Zn等，置换金属投加量应为溶液中贵金属量的两倍，以保证贵金属的完全沉淀，这方面的研究已经很成熟。
向选择吸附完金的清液中再次投加颗粒污泥以吸附去除其它金属离子，吸附条件与吸附金的条件类似，沉降后的上清液中贵重金属离子浓度低于5ppb，达到排放标准；而沉淀可以经简单漂洗再次返回吸附工序循环使用。
用原子吸收分光光度仪测定吸附前后、脱附后溶液中的金离子浓度，按下式计算吸附率及脱附率：
其中：C1、C2分别代表吸附过程中，溶液中的金离子初始浓度和吸附后的金离子浓度(测试前用微孔滤膜滤去菌体，单位：mg l-1)；C3、C4分别代表脱附过程中，溶液中金离子的初始浓度和分离后的浓度(单位：mg l-1)。
本发明的优点有：
1)本发明中提到的颗粒污泥的培养比较简单，培养过程中不需要曝气，也不需要其它能源，只要定期更换培养基即可；
2)按本发明中提供的方法培养的颗粒污泥对单一体系的金属离子具有很好的吸附性，而在二元体系中对金离子具有特殊的选择吸附性，利用这个特性，可以先投加部分颗粒污泥选择吸附金，然后另加部分颗粒污泥吸附其它普通金属离子，达到既回收金又净化废水的目的；
3)因为颗粒状的微生物具有优异的絮凝性质，故该工艺中不需要额外的固-液分离设备；
4)在处理过程中，颗粒污泥的使用量比较少，仅为普通活性污泥的3/10左右，故后续处理较容易。
本发明特别适合从含金废液或废弃的含有金-铜或金-铜-镍等元素的电子元件浸出液中，经过选择性吸附、脱附、置换等工序后回收到金。在该工艺中，颗粒污泥对金离子的吸附率达99.9～100％，脱附率达99.5％；按照目前置换法回收金的水平计算，本发明中金的回收率可达98.3％以上；经本工艺处理后的净化水中金属离子的浓度＜5μg l-1，可以达到国家排放标准。该工艺具有对金离子的选择性高、污泥使用量少、方法简单、操作方便、成本低、效率高等优点，有广阔的应用前景，对缓解我国环境严重污染及黄金资源短缺的现状具有深远的意义。
附图说明
附图1：回收金并净化废水的工艺流程图说明。
具体实施方式
实施例1：
用于从废液中回收金并净化废水的颗粒污泥，按下述方法培养获得：从污水处理厂曝气池中采集污泥，经过生理盐水过筛洗涤，弃去上清液，在沉淀中以泥与培养基的体积约为1/2的比例加入培养基，调节在pH为6.8，搅拌均匀后，在15℃的室温条件下，静置避光培养，每隔1天换一次培养基，调节pH值，搅拌均匀；经过12次培养基更换即可。所述的培养基组成如下：硝酸钠0.25g l-1，乙酸钠0.2g l-1，琥珀酸钠1.0g l-1，硫代乙醇酸钠0.1g l-1，奎尼酸铁2mg l-1，维他命B120.05mg l-1，硫酸镁0.01mg l-1，硫酸锰0.01mg l-1，硫酸锌0.01mg l-1。颗粒污泥的培养大致经历5个阶段：絮状污泥、絮团状污泥、小颗粒污泥出现、颗粒污泥生长、成熟颗粒污泥。
实施例2：
用于从废液中回收金并净化废水的颗粒污泥，按下述方法培养获得：从天津市纪庄子污水处理厂曝气池中采集污泥，经过生理盐水过筛洗涤，弃去上清液，在沉淀中以泥与培养基的体积约为1/3的比例加入培养基，调节在pH为7.6，搅拌均匀后，在25℃的室温条件下，静置避光培养，每隔1天换一次培养基，调节pH值，搅拌均匀；经过18次培养基更换即可。所述的培养基组成如下：硝酸钠0.25g l-1，乙酸钠0.2g l-1，琥珀酸钠1.0g l-1，硫代乙醇酸钠0.1g l-1，奎尼酸铁2mg l-1，维他命B120.02mg l-1，硫酸镁0.005mg l-1，硫酸锰0.005mg l-1，硫酸锌0.005mg l-1。颗粒污泥的培养大致经历5个阶段：絮状污泥、絮团状污泥、小颗粒污泥出现、颗粒污泥生长、成熟颗粒污泥。
实施例3：
用于从废液中回收金并净化废水的颗粒污泥，按下述方法培养获得：从污水处理厂曝气池中采集污泥，经过生理盐水过筛洗涤，弃去上清液，在沉淀中以泥与培养基的体积约为1/4的比例加入培养基，调节在pH为7，搅拌均匀后，在20℃的室温条件下，静置避光培养，每隔1天换一次培养基，调节pH值，搅拌均匀；经过16次培养基更换即可。所述的培养基组成如下：硝酸钠0.25g l-1，乙酸钠0.2g l-1，琥珀酸钠1.0g l-1，硫代乙醇酸钠0.1g l-1，奎尼酸铁2mg l-1，维他命B120.03mg l-1，硫酸镁0.008mg l-1，硫酸锰0.008mg l-1，硫酸锌0.008mg l-1。颗粒污泥的培养大致经历5个阶段：絮状污泥、絮团状污泥、小颗粒污泥出现、颗粒污泥生长、成熟颗粒污泥。
实施例4～10：
利用上述实施例1中获得的颗粒污泥从含金废液中选择吸附回收金并净化废水。在初始浓度均为80mg l-1的Au3+和Cu2+的混合溶液中，投加0.5g颗粒污泥，调节pH值为2.0，放置于恒温摇床中，调节温度为25℃，振荡频率为150rpm，在0.5～60min吸附过程中间隔一定时间分别取5ml溶液，经微孔滤膜(孔径0.22μm)过滤后，用原子吸收分光光度仪测定吸附后溶液中Au3+和Cu2+的浓度。结果如下：
| 实施例 | 时间(min) | 吸附率(％) | |
| Au3+ | Cu2+ | ||
| 45678910 | 0.5135103060 | 98.2299.9499.9799.98100100100 | 18.309.468.847.971.241.051.01 |
实施例11～16：
利用上述实施例2中获得的颗粒污泥从含金废液中选择吸附回收金并净化废水。在初始浓度均为80mg l-1的Au3+和Cu2+的混合溶液中，投加0.5g颗粒污泥，调节pH值为2.0，放置于恒温摇床中，调节温度为5～45℃，振荡频率为100rpm，充分选择吸附Au3+60min后，测试Au3+和Cu2+的浓度。测试方法同实施例4，结果如下：
| 实施例 | 温度(℃) | 吸附率(％) | |
| Au3+ | Cu2+ | ||
| 111213141516 | 51520253045 | 99.9210010010010099.90 | 1.311.081.221.201.241.55 |
实施例17～20：
利用上述实施例3中获得的颗粒污泥从含金废液中选择吸附回收金并净化废水。在初始浓度均为80mg l-1的Au3+和Cu2+的混合溶液中，投加0.1～0.5g颗粒污泥，调节pH值为2.0，放置于恒温摇床中，调节温度为25℃，振荡频率为130rpm，充分选择吸附Au3+60min后，测试Au3+和Cu2+的浓度。测试方法同实施例4，结果如下：
| 实施例 | 污泥量(g) | 吸附率(％) | |
| Au3+ | Cu2+ | ||
| 17181920 | 0.10.20.30.5 | 70.6192.3299.98100 | 45.3010.461.390.91 |
实施例21～26：
利用上述实施例1中获得的颗粒污泥从含金废液中选择吸附回收金并净化废水。在初始浓度均为80mg l-1的Au3+和Cu2+的混合溶液中，投加0.5g颗粒污泥，调节pH值为1.0～11.0，放置于恒温摇床中，调节温度为25℃，振荡频率为150rpm，充分选择吸附Au3+60min后，测试Au3+和Cu2+的浓度。测试方法同实施例4，结果如下：
| 实施例 | pH值 | 吸附率(％) | |
| Au3+ | Cu2+ | ||
| 212223242526 | 1.03.05.07.09.011.0 | 10010099.5397.6490.9677.85 | 0.901.022.988.5912.6231.52 |
实施例27～31：
利用上述实施例1中获得的颗粒污泥从含金废液中选择吸附回收金并净化废水。在初始浓度均为20～500g l-1的Au3+和Cu2+的混合溶液中，投加0.5g颗粒污泥，调节pH值为2.0，放置于恒温摇床中，调节温度为25℃，振荡频率为150rpm，充分选择吸附Au3+60min后，测试Au3+和Cu2+的浓度。测试方法同实施例4，结果如下：
| 实施例 | 初始浓度(mg l-1) | 吸附率(％) | |
| Au3+ | Cu2+ | ||
| 2728293031 | 104080200300 | 10010010010097.18 | 0.430.810.951.345.27 |
实施例32：
上述实施例4选择吸附完Au3+后，重力沉降30min，之后上清液和沉淀分进入废水净化和金的回收程序，具体步骤如下：
1)沉降后，倾出上清液，继续投加颗粒污泥按上述吸附金的条件吸附Cu2+，再沉降后，分析上清液中Cu2+的浓度为5μg l-1，达到国家排放标准；
2)在吸附了Au3+的沉淀中加入浓度为0.1mol l-1的硫脲溶液，调节pH为1.0，温度为10℃，脱附30min后，测试Au3+的浓度(测试方法同实施例4)，计算脱附率达到67.51％。
实施例33：
上述实施例4选择吸附完Au3+后，重力沉降45min，之后上清液和沉淀分进入废水净化和金的回收程序，具体步骤如下：
1)沉降后，倾出上清液，继续投加颗粒污泥按上述吸附金的条件吸附Cu2+，再沉降后，分析上清液中Cu2+的浓度为4μg l-1，达到国家排放标准；
2)在吸附了Au3+的沉淀中加入浓度为1.5mol l-1的柠檬酸溶液，调节pH为4.5，温度为40℃，脱附60min后，测试Au3+的浓度(测试方法同实施例4)，计算脱附率达到87.18％。
实施例34：
上述实施例4选择吸附完Au3+后，重力沉降60min，之后上清液和沉淀分进入废水净化和金的回收程序，具体步骤如下：
1)沉降后，倾出上清液，继续投加颗粒污泥按上述吸附金的条件吸附Cu2+，再沉降后，分析上清液中Cu2+的浓度为3μg l-1，达到国家排放标准；
2)在吸附了Au3+的沉淀中加入浓度为1.0mol l-1的亚硫酸钠溶液，调节pH为2，温度为25℃，脱附90min后，测试Au3+的浓度(测试方法同实施例4)，计算脱附率达到99.5％。
本发明提出的颗粒污泥的培养方法及利用其从含金废液中回收金的方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (8)
1.一种颗粒污泥的制备方法，其特征是步骤如：从污水处理厂曝气池中采集污泥，经过生理盐水过筛洗涤，弃去上清液，在沉淀中以泥与培养基的体积约为1/4～1/2的比例加入培养基，调节pH为6.8～7.6，搅拌均匀后，在15℃～25℃的室温条件下，静置避光培养，每隔1天换一次培养基，调节pH值，搅拌均匀；更换12～20次培养基即可。
2.如权利要求1所述的颗粒污泥的制备方法，其特征是所述的培养基组成如下：硝酸钠0.25gl-1，乙酸钠0.2gl-1，琥珀酸钠1.0gl-1，硫代乙醇酸钠0.1gl-1，奎尼酸铁2mgl-1，维他命B12 0.02～0.05mgl-1，硫酸镁0.005～0.01mgl-1，硫酸锰0.005～0.01mgl-1，硫酸锌0.005～0.01mgl-1。
3.利用权利要求1所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，其特征是在含有金的混合废液中投加颗粒污泥，放置于恒温摇床中，充分吸附后，重力沉降，沉降后的上清液倾出，继续投加颗粒污泥按上述条件吸附，沉淀中加入脱附剂溶液进行脱附，脱附充分，重力沉降后，在脱附液中加入置换金属即可得到金。
4.如权利要求3所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，其特征是颗粒污泥量为1.0～5.0gl-1，溶液初始浓度为10～300mgl-1，温度5～45℃，pH为1.0～11的条件下，振荡频率为100～150rpm，振荡吸附时间为0.5～60min，静置沉降30～60min。
5.如权利要求3所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，其特征是颗粒污泥量为2.0～4.0gl-1，溶液初始浓度为10～200mgl-1，温度15～30℃，pH为1.0～5.5的条件下，振荡频率为100～150rpm，振荡吸附时间为3～10min，静置沉降30～60min。
6.如权利要求3所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，其特征是所述的脱附方法是：脱附剂溶液浓度为0.1～1.5moll-1，pH为1.0～4.5，温度为10～40℃，脱附时间为30～90min。
7.如权利要求6所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，其特征是所述的脱附方法是：脱附剂溶液浓度为0.8～1.2moll-1。
8.如权利要求6所述的颗粒污泥从含金废液中回收金的方法，其特征是所述的脱附剂是硫脲、柠檬酸或亚硫酸钠。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |