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生物淋滤技术去除污水污泥中重金属的研究进展


生物淋滤技术去除污水污泥中重金属的研究进展 【摘 要】 生物淋滤技术是解决污水污泥土地利用时存在的重金属污染问题 的有效方法。从主要微生物种类与特征、淋滤机理、淋滤模式和规模化应用存在 的问题等角度详细介绍了生物淋滤技术。 【关键词】 生物淋滤 污水污泥 重金属 1 引言 随着我国城市污水处理率的逐年提高,污水处理厂的污泥产量也急剧增加。 污水污泥通常经过机械脱水后再进行后期处置

,传统的处置方法主要有卫生填 理、焚烧、海洋处理和土地利用。其中土地利用是最常用、最具备经济性的方法 [1]。污水污泥中含有占其干重 0.5-2%的重金属[2],因此在污泥土地利用之前必 须进行处理以避免二次污染。 污水污泥中重金属的处理基本思路是重金属稳定化 (控制重金属的生物活性)和减量化。但污泥稳定化后,随着土壤 pH、氧化还 原电位等环境条件的改变,重金属有可能重新溶出或其生物毒性增加而造成污 染。因此,高效且经济的生物淋滤方法成为了研究的热点[3]。 2 主要微生物种类及特征 可用来进行生物淋滤的细菌有硫杆菌属、氧化亚铁钩端螺旋菌属、硫化杆菌 属、酸菌属、嗜酸菌属以及其它与硫杆菌联合生长的兼性嗜酸异养菌。其中,应 用最广泛的是氧化亚铁硫杆菌,其次是氧化硫硫杆菌和铁氧化钩端螺旋菌 [4]。 一般说来, 应用于淋滤重金属的微生物以其生长的温度可以大致分为中温菌和嗜 高温菌。 2.1 中温菌 中温菌主要有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、器官硫杆菌、嗜酸硫杆菌、 温浴硫杆菌和氧化亚铁钩端螺旋菌。其中氧化亚铁硫杆菌的最适温度在 30-35℃ 之间,其最适 pH 为 2-3。氧化亚铁硫杆菌的生物膜由外膜、肽聚糖、周质区和 内膜构成。周质区存在铁氧化酶,从外界培养液跨膜运输到周质区的 Fe2+在铁 氧化酶催化下失去一个电子,这个电子传递给分子氧并伴随 H+和能量的吸收, 这一能量使细胞内 ADP(二磷酸腺苷)和 Pi(无机磷)结合成 ATP(三磷酸腺 苷)使细菌得以生长繁殖[5]。氧化硫硫杆菌是普遍存在于污水污泥中的微生物, 它通过氧化还原性硫来获得能量, 其最适温度在 28-30℃之间, 最适 pH 为 1.5-2.0。 2.2 嗜高温菌 在较高温度的条件下,古菌成为了重金属淋滤的优势菌种[6]。Sulfobacillus thermosulfidoxidans 及其相近的菌种可以在较高温度条件下实现较快的淋滤 p 一 般认为生物淋滤污泥中重金属有两种作用机理[8-9]: 3.1 直接机理 细菌通过其分泌的胞外多聚物直接吸附在污泥中金属硫化物(MS)表面, 通过细胞内特有的氧化酶系统直接氧化金属硫化物, 生成可溶性的硫酸盐, 见式: M 表示重金属 (1) 通常,污水污泥中的金属硫化物如 NiS,CuS 和 ZnS 等可以通过上式所示的 机理被溶解。 3.2 间接机理 在以硫为基础的淋滤过程中, 污水污泥中的元素硫或还原性硫化物通过氧化 硫硫杆菌氧化成硫酸,进而污泥中的 pH 来提高重金属的溶解[10]。 (2) (3) Me 为二价金属。 在以铁为基础的淋滤过程中,细菌在液相中先将 Fe2+氧化到 Fe3+,Fe3+随 后再通过与重金属硫化物的反应而淋滤出来。在这个过程中,细菌不需要接触到 矿物的表面[11]。 (4) (5) 反应式(4)和(5)构成了一个循环,使得越来越多的重金属被淋滤出来, 在反应式(5)中产生的硫酸还可以促进以硫为基础的间接淋滤过程。 4 淋滤模式 4.1 序批淋滤模式 目前, 关于污水污泥重金属淋滤的实验室研究大多都是在序批式反应器中进 行。

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