氧化亞鐵硫桿菌及其去除污泥重金屬的方法技術

本發明專利技術氧化亞鐵硫桿菌及其去除污水污泥重金屬的方法，菌株命名為ＬＸ＃－［５］，保藏號ＣＧＭＣＣ　ＮＯ．０７２７。向污泥中投加５～３０ｇ／Ｌ硫酸亞鐵和０．５～１ｇ／Ｌ元素硫，接種１０～１５％（ｖ／ｖ，下文同）ＬＸ＃－［５］菌株，培養出馴化污泥；將馴化污泥加至反應器，與原料攪拌、通氣、沉降；沉降污泥１０－２０％回流反應器；剩余沉降污泥脫水；液相部分調節ｐＨ沉淀重金屬；固相部分中和后農用。污泥中重金屬去除率在９０％－１００％，污泥中養分保留率８０％以上。操作簡便、經濟可行、安全，是一種高效快捷地去除污泥中重金屬的方法。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，是一項利用氧化亞鐵硫桿菌去除污水污泥中重金屬的技術，屬于環境工程
我國多數污水處理廠采用活性污泥法進行污水凈化，在凈化污水的同時會產生占污水進水量約0.3-0.7％的污水污泥。僅以我國城市污泥為例，目前年產生量已高達1億噸(濕污泥計)，并且以每年10～15％的速度遞增。由于缺乏經濟有效且環境安全的處置出路，這些數量日益龐大而且高度集中的廢棄物長期以來已嚴重困擾著我國污水處理事業的健康發展。污泥隨意棄置或填埋地做法，不但極大地浪費了污泥中大量的有機質和氮、磷等植物養分，而且已成為土壤和水環境中一個新的環境隱患。污泥含有豐富的N、P等營養元素和有機質，N在3～6％，P在1～2％，有機質大都在40-70％左右，是良好的有機肥資源，其肥效相當于優質的雞糞，優于豬牛糞等農家肥。而且污泥的產生量巨大并且高度集中，從處置費用和廢物資源化角度考慮，污泥是一種極具農用資源化價值的有機固體廢棄物。然而污泥中重金屬的存在(我國多數污水污泥中Cu、Zn、Cr、Ni等重金屬含量可達數百至數千mg/kg，制革污泥中Cr甚至可達1-3萬mg/kg)，在很大程度上限制了污泥農業利用的推行。因此，去除污泥中重金屬(或稱污泥脫毒)對污泥再生利用意義重大。污泥中重金屬主要以難溶性的硫化物，有機物結合態等形式存在于污泥的固相。因此要去除污泥中的重金屬，就得設法使重金屬從固相中溶解出來。傳統的污泥中重金屬的去除(如電鍍污泥)是采用化學浸提法，該方法是利用無機酸或絡合劑如H2SO4、HNO3、HCl、EDTA等處理污泥以溶解和浸提重金屬，它雖能在短時間內大幅度去除某些重金屬(如Zn、Cd、Ni等)，但化學浸提法耗酸量大、處理費用高、操作不安全，難以付諸于工程實際，而且對某些重金屬的去除效果較差(如Cu的去除率低于50％，Cr的去除率低于40％)。近年來，有研究者試圖利用微生物方法來溶解去除污泥中重金屬。美國專利5,217,615和5,454,948公開了一種采用硫氧化菌(sulphur oxidizing bacteria)去除污泥重金屬的方法，它是利用氧化硫硫桿菌和排硫硫桿菌以元素硫作為能源物質產生硫酸來溶解去除污泥中重金屬。然而，這兩個專利中存在以下缺陷(1)由于其添加元素硫的氧化率只有6.2％～56.2％，這就意味著43.8～93.8％的元素硫沒有被生物氧化而殘留在脫毒污泥中，一旦施入土壤就會導致“后酸化效應”，所謂“后酸化效應”是指脫毒污泥中存在未完全氧化的元素硫或其它還原態硫，這種污泥施入土壤后，由于硫氧化菌對還原態硫的繼續氧化而導致土壤迅速酸化的現象，這種“后酸化效應”限制了脫毒污泥作為肥料的使用價值。(2)污泥中的主要有毒重金屬Cr不能被有效去除，其去除率僅為13～57％。氧化亞鐵硫桿菌與氧化硫硫桿菌同屬于硫桿菌屬，它也是中溫、好氧、嗜酸、專性化能自養菌，它比氧化硫硫桿菌更為有利的是，它既能通過氧化還原態硫，又能通過氧化Fe2+獲得能量進行生長與增殖，而氧化硫硫桿菌只能利用還原態硫。目前，氧化亞鐵硫桿菌主要被用于生物濕法冶金領域中回收銅、金、鈾等貴重金屬。迄今為止，尚無有關氧化亞鐵硫桿菌用于去除污泥中重金屬的任何專利報道。其主要原因是，一般的氧化亞鐵硫桿菌菌株是從酸性礦區廢水中分離而來，它們對水溶性有機物有一定的敏感性，特別小分子有機酸和蒽、菲、PCBs等有機污染物對它有較大的毒害，而污泥中水溶性有機物含量可達500～1000mgC/kg(以污泥含固率3％計)，因此直接利用來源于酸性礦區廢水的氧化亞鐵硫桿菌進行污泥重金屬去除往往難以成功。本專利技術的目的在于提供一種，氧化亞鐵硫桿菌菌株可耐受水溶性有機物，并在其中迅速實現生長與增殖，利用該菌株去除污泥中重金屬，其去除率高，Zn、Cu、Cd、Ni的去除率達95-100％，Cr的去除率在90％以上，污泥中植物養分損失少，有效避免未完全氧化的元素硫殘留于脫毒污泥中導致“后酸化效應”。本專利技術提供的氧化亞鐵硫桿菌菌株，命名為LX5，分類號硫桿菌屬Thiobacillusferrooxidans，中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保存，保藏日期為2002年3月13日，保藏登記號為CGMCC NO.0727；該細菌特征為形態為短桿狀，0.3～0.5×1.0～1.5μm，革蘭氏陰性菌，最適溫度為30～35℃，最適pH2～3，好氧、嗜酸、專性化能自養菌，它可耐受1000～5000mgC/kg水溶性有機物，在其中繁殖世代時間為6.5～10小時。利用上述氧化亞鐵硫桿菌去除污泥中重金屬的方法，其特征在于1.向污泥中投加5～30g/L硫酸亞鐵和0.5～1g/L元素硫，接種10～15％(v/v， 下文同)的LX5菌株，通氣和攪拌4-10天，擴大培養得到馴化污泥；2.向生物反應器中投加待處理污泥和5～30g/L硫酸亞鐵、0.5～1g/L元素硫、 10～20％(v/v)上述馴化污泥，進行通氣和攪拌處理3-6天，泵出處理過 的污泥；3.上述處理過的污泥經過沉降，將10-20％的沉降污泥回流至生物反應器中 代替馴化污泥用，投加待處理污泥和5～30g/L硫酸亞鐵、0.5～1g/L元素 硫，循環處理；4.80～90％的剩余沉降污泥進行脫水處理，得到脫除重金屬的固相部分和含 重金屬的液相部分；5.含重金屬的液相部分通過投入堿性物質調節pH，使其中的重金屬沉淀后， 排水進入污水廠處理。上述氧化亞鐵硫桿菌去除污泥中重金屬的方法中，脫除重金屬后的固相部分經用堿性物質中和后直接農用，或直接制備成商品有機肥或基質。所用堿性物質指的是石灰、氫氧化鈉或氨水。其中最好的是用生石灰。本專利技術提供的氧化亞鐵硫桿菌培養條件為1、培養基組成成分(g/L)(NH4)2SO43.5；KCl0.116，K2HPO40.058，Ca(NO3)4H2O0.0168，MgSO4·7H2O0.583，FeSO4·7H2O44.22，蒸餾水1升。2、用稀硫酸調pH為2～3，置于往復式搖床中180rpm振蕩培養，培養溫度為30～35℃。本專利技術的技術原理是，以污泥本身所含的無機鹽作為氧化亞鐵硫桿菌的營養物質，同時添加硫酸亞鐵和硫粉，氧化亞鐵硫桿菌大量增殖，直接氧化污泥中難溶性的金屬硫化物(中溫厭氧消化污泥中重金屬常以金屬硫化物形態存在)成可溶性的金屬硫酸鹽(直接機理)，或由氧化亞鐵硫桿菌氧化Fe2+而產生的Fe3+來氧化金屬硫化物，其中S2-被氧化成元素S，后者和外源添加元素S在該菌的作用下進一步氧化成硫酸，可使污泥介質pH降低至2.0以下，氧化還原電位提高至750mV，在該反應中pH的降低反過來又加速污泥中金屬的溶出。三價鐵離子還原成亞鐵離子后，又能被氧化亞鐵硫桿菌氧化成三價鐵離子，實現反應的循環過程(間接機理)。本專利技術提供的氧化亞鐵硫桿菌及其去除污泥中重金屬的方法，具有以下優點和積極效果1、該LX5菌株是直接從污泥中分離到，與來源于酸性礦區廢水的氧化亞鐵硫桿菌相比，該菌株具有很強有機物耐受能力，可在有機物豐富的污泥中利用硫酸亞鐵或硫粉為能源物質迅速增殖。實驗證明，它可耐受1000mgC/kg以上水溶性有機物含量，并在其中迅速實現生長與增殖，世代時間為6.5～10小時，而來源于酸性礦區廢水的氧化亞鐵硫桿菌本文檔來自技高網...

【技術保護點】
氧化亞鐵硫桿菌菌株，命名為ＬＸ↓［５］，分類號：硫桿菌屬Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ，中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保存，保藏日期為２００２年３月１３日，保藏登記號為ＣＧＭＣＣ ＮＯ．０７２７；該細菌特征為：形態為短桿狀，０．３～０．５×１．０～１．５μｍ，革蘭氏陰性菌，最適溫度為３０～３５℃，最適ｐＨ２～３，好氧、嗜酸、專性化能自養菌，它可耐受１０００～５０００ｍｇＣ／ｋｇ的水溶性有機物，在其中繁殖世代時間為６．５～１０小時。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周立祥，周順桂，
申請(專利權)人：南京農業大學，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]