專利名稱：一種生物處理廢水中重金屬鎘的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物處理廢水中重金屬鎘的方法，適用于對廢水中重金屬鎘的去除，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎘是一種劇毒污染物，它在電鍍、顏料、蓄電池、塑料、冶金等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，由于人類對鎘的不斷開發(fā)利用，現(xiàn)在造成大量含鎘廢水排入河流湖泊。近幾年，我國已經(jīng)發(fā)生了多起鎘污染事件，嚴(yán)重影響群眾健康:2006年湘江湖南株洲段鎘污染、2009年湖南省瀏陽市鎘污染、2012年廣西龍江鎘污染等，其中廣西龍江的鎘污染事件波及下游約300公里河段，鎘含量超《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類標(biāo)準(zhǔn)約80倍，在國內(nèi)歷次鎘污染事件中是罕見的。據(jù)環(huán)保部公布的2010年《環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2010年全國鎘的排放量為30.1噸，對我國的水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此對于廢水中金屬鎘的治理刻不容緩。現(xiàn)階段國內(nèi)外針對含鎘廢水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法、氣浮法、活性炭吸附法、離子交換法等。但這些傳統(tǒng)的物理化學(xué)除鎘離子的方法往往具有投資高、處理時(shí)間長、去除效果不好、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。水中鎘污染可分為兩種類型,第一類為工礦企業(yè)綜合廢水,該類廢水中鎘污染濃度范圍一般在lmg/L至20mg/L ;第二類為受鎘污染的地下水，該類水體中鎘濃度一般在
0.005-0.lmg/L范圍內(nèi)。本發(fā)明針對第一類鎘污染問題，排放目標(biāo)水體為地表功能水體，出水鎘低于0.005mg/L,達(dá)到國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中二至三類水對鎘的含量要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有傳統(tǒng)除鎘工藝的缺陷，提供一種生物處理廢水中重金屬鎘的裝置及方法。該方法采用兩級生物處理過濾流程，具有簡單、高效、能耗低，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的工藝流程為，含鎘廢水依次流經(jīng)富含有硫酸鹽還原菌的厭氧生物濾池和除鐵除錳細(xì)菌的曝氣生物濾池，經(jīng)過二級生物處理后，出水中鎘的含量< 0.005mg/L，可以滿足國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中二至三類水對鎘的含量要求，并且出水的濁度大幅度降低。兩級生物過濾的核心是，第一級利用硫酸鹽還原菌將硫酸根(S042_)中正六價(jià)的硫還原為硫離子(s2_)的功能，將廢水中的鎘離子轉(zhuǎn)化生成硫化鎘的難溶物質(zhì)，并且大部分被截留；第二級是第一級中未被截留的硫化鎘微小絮體及鎘離子流入除鐵除錳生物濾池，利用濾池中生成的新生態(tài)二氧化錳及鐵的氧化物的強(qiáng)吸附性，將剩余的鎘吸附去除。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:一種生物處理廢水中重金屬鎘的裝置，包括含鎘的原水進(jìn)水管①、硫酸鹽投加裝置②(若硫酸根離子不夠用時(shí)，才采用外加硫酸鹽，但一般情況下，廢水中的硫酸根離子是完全能夠滿足要求的)、硫酸 鹽還原生物濾池③、管道④、跌水池⑤、錳鹽和鐵鹽投加裝置⑥、除鐵除錳生物濾池⑦和出水管⑧，含鎘的原水進(jìn)水管①通過硫酸鹽投加裝置②與硫酸鹽還原生物濾池③連接，硫酸鹽還原生物濾池③通過管道④與跌水池⑤連接，跌水池⑤與除鐵除錳生物濾池⑦連接，除鐵除錳生物濾池⑦底部設(shè)有出水管⑧；硫酸鹽還原生物濾池③底部的上層為含有硫酸鹽還原菌的活性填料濾層⑨，活性填料濾層⑨的下層為礫石承托
層⑩；除鐵除錳生物濾池⑦底部內(nèi)上層為含有鐵錳氧化細(xì)菌的活性填料濾層(Q)，下部為
礫石承托層⑩。采用上述裝置處理廢水中重金屬鎘的方法，包括以下步驟:( I)硫酸鹽還原生物濾池的建立和啟動(dòng)
①硫酸鹽還原生物濾池的建立硫酸鹽還原生物濾池的濾層載體填料采用無機(jī)親水礦物材料，例如沸石、石英砂等，原水水質(zhì)范圍，pH:6.0 8.0 ;溫度11 33°C ;原水為含有鎘的廢水。②硫酸鹽還原活性載體填料制作將硫酸鹽還原菌菌懸液通過濃縮獲得濃度不小于IO8個(gè)/mL的細(xì)菌濃縮液，通過細(xì)菌包埋固定化技術(shù)，同濾層中的載體一起制成生物活性載體填料(細(xì)菌濃縮液同載體填料混合的體積比為1:200，將這種生物活性載體填料裝填到濾池中作為濾層；③硫酸鹽還原菌活性填料的馴化向裝填好的生物濾池中，連續(xù)通入原水即含有鎘離子的廢水，起始流量為設(shè)計(jì)流量的50%，通過取樣來檢測出水鎘離子的含量，隨著出水中鎘離子含量的不斷降低，逐步提高原水的進(jìn)水流量直至設(shè)計(jì)流量，當(dāng)連續(xù)7天內(nèi)出水中鎘離子的含量不大于0.lmg/L時(shí)，即認(rèn)為活性填料馴化完成。 此為常規(guī)的馴化操作方法，如:剛開始情況下出水鎘離子的含量降低比較快，一般每降低20-30%，則增加10-15%的原水流量，隨著鎘離子的含量降低則原水的增加量也逐漸減少，最終使得出水的鎘離子的含量不大于0.lmg/L，且保證出水鎘的含量穩(wěn)定超過7天，則認(rèn)為馴化成功。(2)除鐵除錳生物濾池的建立和啟動(dòng)①除鐵除錳生物濾池的建立除鐵除錳生物活性載體填料的制作，采用上述同樣的方法，細(xì)菌為鐵、錳氧化細(xì)菌，原水水質(zhì)范圍，pH:6.0 8.0 ;溫度11 33°C。②生物濾池的曝氣對一級還原生物濾池出水進(jìn)行曝氣充氧，一般可以采用噴淋曝氣、跌水曝氣等，溶解氧控制在4 5mg/L ；③鐵錳氧化細(xì)菌活性填料的馴化活性填料的馴化:連續(xù)通入曝氣充氧后的原水(一級還原生物濾池出水)即含有鎘、錳、鐵的原水，錳的濃度不低于0.5mg/L，鐵的濃度不低于0.2mg/L，起始流量為設(shè)計(jì)流量的50%，通過取樣來檢測出水鎘、錳、鐵的含量，隨著出水中鎘、錳、鐵含量的不斷降低，逐步提高原水的進(jìn)水流量直至設(shè)計(jì)流量，當(dāng)連續(xù)7天內(nèi)出水中鎘的含量不高于0.005mg/L，錳的含量不高于0.05mg/L，鐵的含量不高于0.lmg/L時(shí)，即認(rèn)為活性填料馴化完成；(3)鎘離子的去除含鎘的廢水流經(jīng)硫酸鹽還原生物濾池時(shí)，通過生物濾池中硫酸鹽還原菌的作用，將硫酸根(so42_)中正六價(jià)的硫還原為硫離子(s2_)，同鎘離子結(jié)合生成硫化鎘的難溶物，被濾層截留，從而將鎘離子去除；未被截留的硫化鎘微小絮體和部分鎘離子進(jìn)入除鐵除錳生物濾池，利用濾池中生成的新生態(tài)二氧化錳及鐵的氧化物的吸附性，將其吸附去除；硫酸鹽還原生物濾池的濾速為0.4m/h,除鐵除錳生物濾池的濾速為5-10m/h，兩個(gè)濾池截留下來的鎘，通過濾池的反沖洗過程實(shí)現(xiàn)清除。生物濾池的反沖洗:當(dāng)兩個(gè)生物濾池運(yùn)行分別達(dá)到水質(zhì)周期時(shí)，分別對其進(jìn)行反沖洗。利用濾池的反沖洗過程實(shí)現(xiàn)細(xì)菌殘?bào)w及截留物的清除，維持生物濾池生物量的平衡及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):1、硫酸鹽還原生物濾池只需在原廢水中硫酸鹽不足時(shí)補(bǔ)加硫酸鹽(一般情況下，原廢水中硫酸鹽的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎘離子的濃度，甚至大于幾十倍)；除鐵除錳生物濾池只需在原廢水中錳、鐵不足時(shí)補(bǔ)加錳鹽和鐵鹽(一般保證進(jìn)入除鐵除錳生物濾池中Mn2+的濃度不低于0.5mg/L,Fe2+濃度不低于0.2mg/L);無需再投加其他藥劑。2、利用生物濾池對難溶物的截留性能直接將濾層中難溶物去除，工藝過程簡單，只需要二級生物過濾過程，處理成本低，不需要其他附屬設(shè)備；3、本發(fā)明出水鎘低于0.005mg/L，可以滿足國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中二至三類水對鎘的含量要求。


圖1為一種生物處理廢水中重金屬鎘的方法的工藝流程圖。圖1中①原水進(jìn)水管；②硫酸鹽投加硫酸鹽還原生物濾池；④管道；⑤跌水
池； 錳鹽鐵鹽投加；⑦除鐵除錳生物濾池；@出水管；⑨活性填料；⑩礫石承托層；錳砂填料。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述:采用的裝置如圖1所示，一種生物處理廢水中重金屬鎘的方法，由含鎘的原水進(jìn)水管①、硫酸鹽投加②(若硫酸根離子不夠用時(shí)，才采用外加硫酸鹽，但一般情況下，廢水中的硫酸根離子是完全能夠滿足要求的。)、硫酸鹽還原生物濾池③、管道④、跌水池⑤、錳鹽、鐵鹽投加⑥、除鐵除錳生物濾池⑦、出水管⑧組成。其特征在于具體步驟如下:首先將含鎘的原水通過進(jìn)水管①加入硫酸鹽還原生物濾池③,在硫酸鹽不足時(shí)通過②補(bǔ)加硫酸鹽,原水經(jīng)過硫酸鹽還原生物濾池③通過生物反應(yīng)由管道④流出進(jìn)入跌水池⑤，通過跌水曝氣進(jìn)入除鐵除錳生物濾池⑦，在錳鹽鐵鹽不足時(shí)通過⑥補(bǔ)加，在除鐵除錳生物濾池⑦內(nèi)通過生物反應(yīng)由出水管⑧排出，即完成對含鎘廢水的處理過程。硫酸鹽還原菌生物濾池③內(nèi)上方為活性填料濾層⑨，下部為礫石承托層⑩。除鐵除錳生物濾池⑦內(nèi)上方為錳性填料濾層 ，下部為礫石承托層⑩。下面結(jié)合 實(shí)施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1
原水 Cd2+ 濃度為 12mg/L，C0D/S0廣=1.2，0RP=_108mv，pH 為 7 8，溫度為 16 20°C,硫酸鹽還原生物濾池載體為沸石,粒徑為0.8 1.25mm,濾層厚度為1.2m,承托層為鵝卵石，粒徑為5 15_，厚度為0.3m。硫酸鹽還原菌的菌懸液總量為20L，經(jīng)濃縮后，菌懸液為50ml，硫酸鹽還原菌的濃度為IO8個(gè)/mL。按1:200的體積比將50mL硫酸鹽還原菌的濃縮液同IOL的沸石通過細(xì)菌包埋固定化技術(shù)制成具有生物活性的載體填料，加入濾池。濾池過濾的濾速為0.4m/h,反沖洗強(qiáng)度為10L/m2 *s,反沖洗歷時(shí)為3min,反沖洗周期為20天。除鐵除錳生物濾池載體為包埋好富含大量鐵錳氧化細(xì)菌的錳砂填料，粒徑為0.8 1.5mm,濾層厚度為1.2m,承托層為鵝卵石,粒徑為5 15mm,厚度為0.3m。濾池過濾的濾速為7m/h,反沖洗強(qiáng)度為10L/m2.s，反沖洗歷時(shí)為3 4min,反沖洗周期為3天。原水依次流經(jīng)兩個(gè)生物濾池，出水Cd2+ ( 0.005mg/L,去除率為99.96%。并且金屬鎘、錳、鐵的含量均滿足國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2`002)中二至三類水的要求。
權(quán)利要求
1.一種生物處理廢水中重金屬鎘的裝置，包括含鎘的原水進(jìn)水管①、硫酸鹽投加裝置②、硫酸鹽還原生物濾池③、管道④、跌水池⑤、錳鹽和鐵鹽投加裝置⑥、除鐵除錳生物濾池⑦和出水管⑧，含鎘的原水進(jìn)水管①通過硫酸鹽投加裝置②與硫酸鹽還原生物濾池③連接，硫酸鹽還原生物濾池③通過管道④與跌水池⑤連接，跌水池⑤與除鐵除錳生物濾池⑦連接，除鐵除錳生物濾池⑦底部設(shè)有出水管⑧；硫酸鹽還原生物濾池③底部的上層為含有硫酸鹽還原菌的活性填料濾層⑨，活性填料濾層⑨的下層為礫石承托層⑩；除鐵除錳生物 濾池⑦底部內(nèi)上層為含有鐵錳氧化細(xì)菌的活性填料濾層 ，下部為礫石承托層⑩。
2.利用權(quán)利要求1的裝置處理廢水中重金屬鎘的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)硫酸鹽還原生物濾池的建立和啟動(dòng) ①硫酸鹽還原生物濾池的建立 硫酸鹽還原生物濾池的濾層載體填料采用無機(jī)親水礦物材料，例如沸石、石英砂等，原水水質(zhì)范圍，pH:6.0 8.0 ;溫度11 33°C ;原水為含有鎘的廢水； ②硫酸鹽還原活性載體填料制作 將硫酸鹽還原菌菌懸液通過濃縮獲得濃度不小于IO8個(gè)/mL的細(xì)菌濃縮液，通過細(xì)菌包埋固定化技術(shù)，同濾層中的載體一起制成生物活性載體填料，細(xì)菌濃縮液同載體填料混合的體積比為1:200，將這種生物活性載體填料裝填到濾池中作為濾層； ③硫酸鹽還原菌活性填料的馴化 向裝填好的生物濾池中，連續(xù)通入原水即含有鎘離子的廢水，起始流量為設(shè)計(jì)流量的50%，通過取樣來檢測出水鎘離子的含量，隨著出水中鎘離子含量的不斷降低，逐步提高原水的進(jìn)水流量直至設(shè)計(jì)流量，當(dāng)連續(xù)7天內(nèi)出水中鎘離子的含量不大于0.lmg/L時(shí)，即認(rèn)為活性填料馴化完成； (2)除鐵除錳生物濾池的建立和啟動(dòng) ①除鐵除錳生物濾池的建立 除鐵除錳生物活性載體填料的制作，采用上述同樣的方法，細(xì)菌為鐵、錳氧化細(xì)菌，原水水質(zhì)范圍，pH:6.0 8.0 ;溫度11 33°C ； ②生物濾池的曝氣 對一級還原生物濾池出水進(jìn)行曝氣充氧，溶解氧控制在4 5mg/L ； ③鐵錳氧化細(xì)菌活性填料的馴化 活性填料的馴化:連續(xù)通入原水即含有鎘、錳、鐵的原水，錳的濃度不低于0.5mg/L，鐵的濃度不低于0.2mg/L，起始流量為設(shè)計(jì)流量的50%，通過取樣來檢測出水鎘、錳、鐵的含量，隨著出水中鎘、錳、鐵含量的不斷降低，逐步提高原水的進(jìn)水流量直至設(shè)計(jì)流量，當(dāng)連續(xù)7天內(nèi)出水中鎘的含量不高于0.005mg/L，錳的含量不高于0.05mg/L，鐵的含量不高于.0.lmg/L時(shí)，即認(rèn)為活性填料馴化完成； (3)鎘離子的去除 含鎘的廢水流經(jīng)硫酸鹽還原生物濾池時(shí)，通過生物濾池中硫酸鹽還原菌的作用，將硫酸根(so42_)中正六價(jià)的硫還原為硫離子(s2_)，同鎘離子結(jié)合生成硫化鎘的難溶物，被濾層截留，從而將鎘離子去除；未被截留的硫化鎘微小絮體和部分鎘離子進(jìn)入除鐵除錳生物濾池，利用濾池中生成的新生態(tài)二氧化錳及鐵的氧化物的吸附性，將其吸附去除；兩個(gè)濾池截留下來的鎘，通過濾池的反沖洗過程實(shí)現(xiàn)清除。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，硫酸鹽還原生物濾池的濾速為0.4m/h,除鐵除錳生物濾池的濾速為5-10m/h。
全文摘要
一種生物處理廢水中重金屬鎘的裝置及方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。裝置及方法如下(1)硫酸鹽還原生物濾池的建立和啟動(dòng)(2)除鐵除錳生物濾池的建立和啟動(dòng)(3)含鎘廢水流經(jīng)硫酸鹽還原生物濾池，硫酸鹽還原菌將硫酸根(SO42-)中正六價(jià)的硫還原為硫離子(S2-)，鎘與硫離子結(jié)合形成硫化鎘的難溶物，并且大部分被截留。未被截留的流入除鐵除錳生物濾池，利用濾池中生成的新生態(tài)二氧化錳及鐵的氧化物的吸附性，將這部分鎘吸附去除。(4)原廢水依次經(jīng)過兩級生物濾池過濾，出水鎘低于0.005mg/L，達(dá)到國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中二至三類水對鎘的含量要求。
文檔編號C02F9/14GK103193363SQ20131012890
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者楊宏, 譚科艷, 吳宣, 顧運(yùn), 杜強(qiáng)強(qiáng), 胡希佳, 尚海源, 陶慕翔, 趙月蘭, 王玉潔, 姚仁達(dá) 申請人:北京工業(yè)大學(xué)