PL199954B1 - Sposób mikrobiologicznego usuwania metali ze ścieków i osadów ściekowych - Google Patents

Abstract

sposobie według wynalazku osady ściekowe poddaje się ługowaniu przy udziale mikroorganizmów zakwaszających środowisko. Do osadów ściekowych zawierających zaadsorbowane metale, zwłaszcza w procesie biosorpcji, dodaje się siarkę pylistą w stężeniu od 0,5% do 1% oraz napowietrza się aż do obniżenia odczynu pH poniżej 4,0 i wyługowania metali w postaci odcieku.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób mikrobiologicznego usuwania metali ze ścieków i osadów ściekowych, takich jak, osad po osadniku wstępnym, osad czynny i osad po fermentacji metanowej, mający zastosowanie zwłaszcza do oczyszczania ścieków galwanizerskich i ścieków z przemysłu elektromechanicznego.

Znane są sposoby sorpcji metali z roztworów wodnych, w tym ze ścieków, z zastosowaniem biomasy bakterii, grzybów, glonów oraz na materiałach pochodzenia biologicznego, jak alginiany i karageniany. Stwierdzono, że czas sorpcji biologicznej jest bardzo krótki i wynosi od kilku sekund do kilkunastu minut a efektywność jego sięga 80-90% w zależności od rodzaju i stężenia metalu. Na wydajność sorpcji rzutuje także stan fizjologiczny biomasy mikroorganizmów, odporność genetyczna drobnoustrojów na metale, różnorodność gatunkowa w biomasie i jej ilość oraz warunki prowadzenia procesu. Sposób z zastosowaniem biosorpcji jest na ogół bardziej efektywny i mniej kosztowny od chemicznej sorpcji metali na kolumnach jonowymiennych.

W sposobie przedstawionym w opisie polskiego zgłoszenia patentowego nr P.333517, do wytrącania zawartych w ściekach jonów metali ciężkich w postaci odpowiednich siarczków lub wodorotlenków stosuje się lekko alkaliczny roztwór biogennych jonów siarczkowych w warunkach beztlenowych. Do uzyskania roztworu biogennych siarczków stosuje się mieszaną kulturę bakterii siarczanowych. Sposób ten umożliwia usunięcie metali i przeprowadzenie ich w formy nierozpuszczalne, co powoduje powstawanie wtórnych odpadów w postaci osadów siarczkowych, które powinny być poddane dalszej utylizacji.

Znane są sposoby wymywania metali z osadów, rud, koncentratów odpadowych, popiołów i innych odpadów przy użyciu drobnoustrojów z rodzaju Thiobacillus, Sulfobacillum i Sulfolobus, zdolnych do utleniania związków siarki, w tym głównie siarczków. Wytworzony kwas siarkowy powoduje obniżanie odczynu środowiska, co sprzyja procesom desorpcji metali. Wydajność procesu zależy od ilości wytworzonego kwasu, odczynu, dostępności substratów pokarmowych dla bakterii, od temperatury i od form metali związanych w połączeniach organicznych i nieorganicznych a także od innych warunków, takich jak obecność związków toksycznych w materiałach poddanych ługowaniu.

Z polskiego zgłoszenia opisu patentowego P326595 znany jest sposób redukowania zawartości metali ciężkich w szlamach osadowych i innego typu osadach umieszczonych w bioreaktorze, zaszczepianych bakteriami utleniającymi z grupy Thiobacillus ferrooxidans, dzięki którym związki metali z postaci nierozpuszczalnej są transformowane w postać rozpuszczalną. Przetransformowany osad przepuszcza się w sposób laminarny w bioreaktorze w polu elektrycznym prądu stałego między katodą a anodą, które to pole powoduje elektrokinetyczne segregowanie związków metali ciężkich ku anodzie.

Sposób mikrobiologicznego usuwania metali ze ścieków i osadów ściekowych, w którym osady ściekowe zawierające zaadsorbowane metale, zwłaszcza w procesie biosorpcji, poddaje się ługowaniu przy udziale mikroorganizmów zakwaszających środowisko, według wynalazku polega na tym, że do osadów ściekowych zawierających zaadsorbowane metale dodaje się siarkę pylistą w stężeniu od 0,5% do 1% oraz napowietrza się aż do obniżenia odczynu pH poniżej 4,0 i wyługowania metali w postaci odcieku. Korzystnym jest wstępne zakwaszenie osadów ściekowych.

Sposobu według wynalazku umożliwia redukowanie zawartości metali ciężkich ze ścieków i osadów ściekowych w warunkach tlenowych a następnie wyługowanie ich z osadów ściekowych w postaci odcieku.

Zaletą sposobu według wynalazku jest zastosowanie substratu odpadowego przy wydobyciu siarki - siarki pylistej, co jest tańsze i bardziej efektywne aniżeli wprowadzanie roztworu siarczanu żelaza.

Wskazane zalety wynalazku dotyczą w szczególności sposobu oczyszczania ścieków z zastosowaniem biosorpcji, gdyż jako biosorbent stosuje się zwykle nadmierny osad czynny, po osadniku wtórnym, który w oczyszczalniach stanowi odpad, a więc z punktu widzenia ekonomicznego jest tanim materiałem sorpcyjnym.

Proces sorpcji metali ze ścieków i ługowanie ich do odcieków zmniejsza objętość cieczy poddawanej zabiegom usuwania metali 30-50-krotnie. Po procesie ługowania osad czynny, lub inne osady ściekowe, nadaje się do zagospodarowania przemysłowego.

Pozostały po ługowaniu odciek zawierający rozpuszczone formy metali, może być poddany dalszej obróbce na drodze chemicznej, na przykład strącaniu lub elektrolizie, w celu odzysku metali wartościowych.

PL 199 954 B1

Sposób według wynalazku umożliwia rozwój bakteriom autotroficznym utleniającym siarkę do kwasu siarkowego oraz innym mikroorganizmom rozwijającym się w procesie ługowania, w tym heterotroficznym oraz miksotroficznym utleniającym siarkę lub produkującym zewnątrzkomórkowo metabolity, w tym karboksykwasy, zakwaszające środowisko i umożliwiające ługowanie metali przy odczynie poniżej pH 4,0.

Wynalazek objaśniony jest bliżej w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Ścieki galwanizerskie z procesu miedziowania i niklowania w postaci wód popłucznych zawierających miedź w stężeniu 3,3 mg Cu/l i nikiel -11,8 mg Ni/l poddano biosorpcji. Do biosorpcji użyto osad czynny pochodzący z miejskiej oczyszczalni ścieków po osadniku wtórnym, bez odwodnienia, w ilości 6 g suchej masy na litr. Proces sorpcji prowadzono w warunkach dynamicznych w przepływie, przy obciążeniu hydraulicznym reaktora 2,6 l/l na dobę i czasie zatrzymania 9 godzin. W okresie do 140 godzin wydajność sorpcji wynosiła dla miedzi 92,8% a dla niklu 91,5%.

Po procesie biosorpcji metale zawarte w osadzie poddano ługowaniu, wstępnie zakwaszając środowisko i dodając 1% siarki pylistej oraz napowietrzając. Po 5 dniach następował spadek odczynu roztworu do pH poniżej 2. Zawartość metali w cieczy nad osadem wskazywała, że z biomasy osadu uległo wymyciu 98% miedzi i 95% niklu.

P r z y k ł a d 2

Usuwanie ołowiu ze ścieków miejskich przeprowadzono w warunkach statycznych przy stężeniu ołowiu 5 mg Pb/l i stężeniu biomasy osadu czynnego 3 g suchej masy na litr. Po 2-minutowym czasie kontaktu następowała eliminacja ołowiu z roztworu w około 100%. Badania porównawcze z zastosowaniem kationitu Amberlite w ilości 12 g/l wykazały znacznie niższą skuteczność eliminacji, wynoszącą 78% po 24 godzinach.

Ługowanie ołowiu przeprowadzono jak w przykładzie 1, po wstępnym zakwaszeniu środowiska, uzyskując po 5 dniach około 90% wydajność eliminacji metalu z biomasy osadu.

P r z y k ł a d 3

Osad ściekowy zawierający mieszaninę miedzi ołowiu i niklu, po wstępnym zakwaszeniu kwasem nieorganicznym, poddano procesowi ługowania dodając 1% siarki pylistej oraz napowietrzając. Po 5 dniach wydajność eliminacji metali z osadu wynosiła około 90%.

Stosowanie sposobu według wynalazku pozwala na wyługowanie do 100% metali z osadów ściekowych w czasie nie przekraczającym 10 dni. Wyługowane w postaci odcieku metale mogą być strącane jako sole lub odzyskiwane na drodze elektrolizy.

Claims (2)

1. Sposób mikrobiologicznego usuwania metali ze ścieków i osadów ściekowych, w którym osady ściekowe zawierające zaadsorbowane metale, zwłaszcza w procesie biosorpcji, poddaje się ługowaniu przy udziale mikroorganizmów zakwaszających środowisko, znamienny tym, że do osadów ściekowych zawierających zaadsorbowane metale dodaje się siarkę pylistą w stężeniu od 0,5% do 1% oraz napowietrza się aż do obniżenia odczynu pH poniżej 4,0 i wyługowania metali w postaci odcieku.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że osady ściekowe poddaje się wstępnemu zakwaszeniu.