一种基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法。

背景技术：

工业生产活动，如电镀、皮革等产生的废水中含有大量的金属铬。虽然金属铬可以以九种价态存在，但是自然界中金属铬主要以六价铬(cr(vi))和三价铬(cr(iii))存在。其中，由于六价铬化合物具有很强的致癌、致畸、致突变性，因此将废水中六价铬还原为毒性较弱的三价铬成为含铬废水处理的关键。另一方面，自然资源和矿产资源的枯竭使得矿产资源回收逐渐被人们所关注。加之我国铬铁矿储能产能均偏低，80％依赖进口。所以，如何处理并回收废水中的金属铬成为含铬废水领域研究的重点。

目前，六价铬废水常用物理化学法处理回收，主要包括化学还原法、电解法和膜分离法。但处理费用大、能量消耗多、二次污染严重是物理化学法回收铬面临的主要问题。除了物理化学法，生物法在去除六价铬领域也有诸多研究成果，菌株如无色杆菌、芽孢杆菌、假单胞杆菌、脱硫弧菌等均具备生物还原六价铬的能力。脱硫细菌的间接还原以及生物电化学等也在废水除铬中取得一定成果。但面向生物回收金属铬的技术还尚匮乏。

因此，开发一种能高效节能地处理并回收含铬废水中金属铬的生物技术具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法，高效节能且无二次污染。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法，包括以下步骤：

1)以市政污水厂二沉池回流污泥作为反硝化菌群接种来源，在序批式反应器中，采用生物膜载体，通过有机培养液培养反硝化生物膜系统；

2)将含铬废水与含硝酸盐废水混合后导入所述序批式反应器中，运行至所述序批式反应器其出水六价铬浓度低于进水六价铬浓度的10％；

3)继续以步骤2)的工况运行至出水稳定，取出所述生物膜载体，对所述生物膜载体进行振荡、过滤、干燥，得到金属铬回收物。

作为本发明所述的基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法的一种改进，步骤1)中，所述序批式反应器的水力停留时间为4～8h，换水率为50％。

作为本发明所述的基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法的一种改进，步骤1)中，所述生物膜载体为边长2～5cm的正方体聚氨酯、长度为5～10cm的绳状聚丙烯纤维或直径为2～5cm的成型生物炭。

作为本发明所述的基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法的一种改进，步骤1)中，所述有机培养液的cod/n值为5～8，所述序批式反应器中mlss/mlvss值为0.7～0.8，mlss维持在3000～4000mg/l。

作为本发明所述的基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法的一种改进，步骤1)中，当所述序批式反应器出水中氨氮、硝氮和亚硝氮三者的去除率均大于90％且cod去除率大于80％时，判定所述反硝化生物膜系统培养完成。

作为本发明所述的基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法的一种改进，步骤2)中，所述反硝化生物膜系统的六价铬负荷维持在5～10mgcr(vi)/gmlvss，避免六价铬负荷过大导致反硝化生物膜系统崩溃。

作为本发明所述的基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法的一种改进，步骤2)中，混合后的废水其no3^--n/cr(vi)的浓度比维持在0.3～0.7，避免硝酸盐含量过大导致反硝化生物膜系统丧失生物还原六价铬的能力。

作为本发明所述的基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法的一种改进，步骤3)中，将生物膜载体上的生物膜离心振荡至水溶液中形成生物膜悬浊液。

作为本发明所述的基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法的一种改进，步骤3)中，对所述生物膜悬浊液进行过滤，烘干，置于马弗炉在600℃下灼烧60min，即得金属铬回收物。

相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

1)本发明所述方法对含铬废水与硝酸盐废水进行同步处理，硝酸根离子维持反硝化菌群的活性，废水中的碳源则作为电子供体，协同了硝酸盐和六价铬的生物还原，同步处理废水中的硝酸盐并实现了六价铬回收。

2)本发明所述的反硝化生物膜系统培养周期短，受冲击后易恢复，可以短时间内具备高效的生物回收六价铬能力。

3)本发明利用生物膜的吸附能力与三价铬难溶于水的特点，实现了废水中金属铬的回收，具有显著的成本优势，达到矿产资源回收的目的。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。

如图1所示，一种基于生物膜反硝化系统的金属铬回收方法，包括以下步骤：

1)采用污水厂二沉池回流污泥作为接种污泥，接种于1l的sbr反应器中，mlss为3000～4000mg/l；生物膜载体采用1cm为边长的正方形聚氨酯海绵，密度为200个/l；有机物培养液采用葡萄糖作为碳源，cod＝250mg/l，no3^--n采用kno3，50mgn/l；以hrt＝4h，换水率50％，运行一定时间，当出水中三氮去除率＞90％且cod去除率＞80％时，符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)一级b标准，反硝化生物膜系统培养完成；

2)模拟配置含铬以及含硝酸盐的混合废水导入sbr反应器中，具体的，采用葡萄糖作为碳源，cod＝150mg/l，no3^--n采用kno3，20mgn/l，cr(vi)采用k2cr2o7，30mgcr/l；反应器运行至sbr反应器其出水六价铬浓度低于进水六价铬浓度的10％(通常运行6～8天)，此时反硝化生物膜系统具备生物还原六价铬的能力；

3)反应器继续以步骤2)的工况运行至出水cr(vi)和no3^--n稳定(通常运行1～7天)，将生物膜载体从反应器中取出并置于100ml离心管中，向离心管中添加50ml蒸馏水，将离心管置于离心振荡器振荡10分钟，使得生物膜从生物膜载体表面脱离并形成生物哦悬浊液；再将离心振荡后的生物膜载体取出，生物膜悬浊液用滤纸过滤；最后，滤纸与生物膜置于坩埚，放置于马弗炉600℃灼烧60分钟，所得即为金属铬回收物。

测试分析

在反应器运行期间，每天对出水no3^--n以及cr(vi)与总铬(tcr)进行监测，其中，硝酸盐采用离子色谱法测定，六价铬采用二苯碳酰二肼分光光度法测定，总铬采用高锰酸钾氧化-二苯碳酸二阱分光光度法测定。监测结果如表1所示。

表1

由表1可以看出，反硝化生物膜系统启动初期(第4～10天)，受废水六价铬的冲击，出水硝酸盐氮以及铬的去除率均不高，继续运行一段时间(第11～15天)，系统生物活性逐渐提高，成功实现高效同步去除硝酸盐以及六价铬，其中硝酸盐去除效率达90％以上，系统铬回收率达80％。由此可见，本发明的回收方法可在短时间内具备高效节能的回收能力，而且无二次污染。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。