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污泥重金属生物淋滤的工艺参数优选和反应机理的研究

李音  
【摘要】: 本文利用微生物方法,即生物淋滤法(Bioleaching)脱除污泥中的重金属,考察了影响污泥重金属生物淋滤的相关因素,并依此为基础,分析反应过程中的作用机制。为该项技术的工业化应用提供理论指导。 生物淋滤法具有成本低、去除效率高、脱毒后污泥脱水性能好等优点,近年来在国际上备受关注。污泥生物淋滤法主要利用硫杆菌属将污泥中以难溶性金属硫化物直接或间接氧化成金属硫酸盐溶出,通过固液分离达到去除重金属的目的。目前,污泥重金属生物淋滤技术的研究刚刚起步,对利用污泥土著嗜酸性硫杆菌淋滤的研究,以及生物淋滤最佳工艺参数和反应机理等内容的研究尚不全面。 本文从剩余污泥中成功筛选出土著嗜酸性硫杆菌:氧化亚铁硫杆菌(T. ferrooxidans)和氧化硫硫杆菌(T.thiooxidans),并对浓缩污泥进行相关的生物淋滤。研究发现,剩余污泥中筛选出的硫杆菌能很快适应污泥环境,可以有效地脱除污泥中的重金属。通过一系列的条件实验对生物淋滤过程中污泥体系起始pH值、污泥浓度及底物添加等因素进行了研究,确定了土著硫杆菌淋滤污泥重金属的最佳工艺条件,并且探讨各反应中的相关作用机理。研究结果表明,污泥浓度过大对淋滤过程有较大的缓冲作用,会减缓反应进程,在实际工程应用中选用4%的含固率较适宜;污泥在未预酸化的情况下进行处理,生物淋滤效果不受影响;添加混合底物(Fe2+和S)可提高重金属滤除率。同时,通过过程研究发现pH=4是污泥生物淋滤的启动值;Zn的滤除受pH值控制,其反应机理属于细菌间接浸出。 目前,有关污泥重金属的去除研究、工艺条件的优化、采用物理化学及分子生物学技术改进生物淋滤效果的研究已经成为一个研究热点,但有关超声波预处理污泥改善重金属滤除的研究在国内还未见有报道,在国际上也是一个新的研究领域。本文通过超声波发生器对城市污泥进行相关的低频预处理,探讨超声波预处理改善污泥生物淋滤效果的可行性。研究结果表明,适量、适度的超声波可以增强污泥体系的传质,加速其酸化过程,提高污泥重金属的滤除率。在20kHz、20%振幅的超声波作用1min后,污泥生物淋滤加速,Cu、Zn的滤出率分别达到99.3%和88%。


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