耦合工艺去除工业废水中硫酸根和六价铬的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种同步去除SO42和Cr(VI)的方法，特别是涉及一种利用硫酸盐还原菌活性污泥- a -Fe2O3耦合工艺同步去除工业废水中的SO42和Cr(VI)的方法。
【背景技术】
[0002]矿山废水中含有高浓度的SO42和Cr (VI)。高浓度的硫酸盐排入环境中会导致水体酸化，影响水生生物的生长；污染土壤，形成难溶的硫酸盐沉淀，是土壤板结。Cr(VI)具有很高的迀移性，而且Cr(VI)对于所有的生命体都有很高的诱变性、致癌性和致畸性，其强氧化性还可以破坏生物体的细胞。因此，如不对SO42和Cr (VI)进行有效去除，将会对水生环境及人类健康造成极为不利的影响。传统方法诸如化学沉淀、吸附、离子交换和膜等方法可用于矿山废水的处理过程，但是由于高成本、高能耗和产生二次污染等诸多问题，这些技术在应用过程中受到了限制。因此亟需研发一种高效率、低成本、低能耗、无二次污染的方法以应用于酸性矿山废水的处理过程中。
[0003]活性污泥技术是一种成本低、低能耗、成熟、高效的污水处理技术。经过驯化培养的活性污泥中所包含硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing bacteria，SRB)可以将电子供体(氢、有机物)的氧化和电子受体(SO42)的还原结合起来支持自身的生长代谢。其中，有机物可以被转化为C02、CHjP H 20，而SO42则被还原为S (-1I)(负二价硫离子)，并且S (-1I)可以将Cr (VI)还原为Cr (III)以降低Cr(VI)的毒性；同时Cr(VI)也可通过SRB自身的吸附与胞内酶促作用被还原为不易迀移的低毒的Cr (III)。因此，基于SRB为优势菌种的活性污泥技术可以达到同时去除水中SO42 Xr(VI)和有机物的目的。本工艺不需要投加化学试剂，仅需要投加足够的碳源以满足微生物正常的生长代谢过程，这样可以减少大量化学药剂的投资费用，并且不会产生大量的化学剩余污泥需要进一步处理，因此本工艺在很大程度上降低了废水的处理成本；本工艺可以在常温常压下进行，省去了加热与加压设备的能耗；本工艺属于微生物对于污染物的自净过程，不会产生二次污染。
[0004]然而单纯的活性污泥技术也存在一些问题，微生物对于有毒污染物的耐受力低就是其中重要的一个方面，这在很大程度上限制了其在实际中的应用。因此，亟需一种改进方法来提高微生物对于污染物的耐受力。研究表明，向SRB污泥体系中投加纳米级铁矿物(C1-Fe2O3)可以显著增强其生物活性并使得其在含Cr(VI)废水处理过程中的可重复利用性得到提高。由于SO42生物还原过程会产生有毒的S(-1I)导致其出水中含有大量的S(-1I)，因此需要对SO42生物还原过程中的出水进行后续处理，以达到去除水中S(-1I)的目的。H2O2是工业上常用的一种氧化剂，通过投加催化剂Cu 20可以在短时间内快速地将S(-1I)氧化为硫单质，并且由于Cu2O的吸附作用可以将水中的硫单质富集在Cu2O的表面。因此通过Cu2O催化氧化作用，不仅可以快速有效地去除水中的S(-1I)，还可以富集回收水中的硫单质，收到一举两得的效果。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服传统技术中的不足，提供一种高效、低成本的硫酸盐还原菌活性污泥，并利用开发出的SRB活性污泥- a -Fe2O3耦合工艺从工业废水中去除SO42和Cr (VI) ο
[0006]本发明的技术方案概述如下:
[0007]—种利用SRB活性污泥-a -Fe2O3耦合工艺从工业废水中去除SO 42和Cr (VI)的方法，包括如下步骤:
[0008](I)在室温条件下用自行配制的改进的Postgate’ s B培养基采取1L序批式反应器以间歇的操作方式培养SRB活性污泥(反应器I)。每天检测培养基中SO42的浓度，当SO42浓度低于150mg L 1时，反应器静置后将上清液排出，同时加入同等体积的新鲜培养基继续培养。此后每当SO42浓度低于150mg L 1时均以此种方式进行操作，获取的污泥悬浊液经过沉淀排出上清液得到浓缩的SRB活性污泥。
[0009](2)将含SO42和Cr(VI)的废水与浓缩的SRB活性污泥进行混合并向其中投加a -Fe2O3来去除SO 42和Cr(VI)(反应器I)，同时添加乳酸钠以提供足够的COD来维持SRB活性污泥的生物活性。其中，SO42、Cr(VI)、COD和a-Fe2O3 (尺度为30nm)的初始浓度分别为2000、60、4000和500mg L10操作条件是:初始pH为2.0-9.0，搅拌速度为50-100转/分钟，反应温度为15-35°C，总反应时间为5-15天。反应结束后将反应器静置进行固液分离。
[0010](3)将步骤⑵中处理后的上清液与H2O2溶液进行混合(反应器2)并加入催化剂纳米级Cu2O(尺度为50nm)以达到快速去除上清液中剩余的S(-1I)的目的。操作条件是出202与S(-1I)的摩尔比为1: 2-2: 1，催化剂Cu2O投加量为0.5-2g L \反应时间为l_6h0
[0011]优选的是:
[0012]所述步骤⑴中13wt %的SRB活性污泥被接种到培养基中，SO42初始浓度为100mg L 1O
[0013]所述步骤(2)中，废水初始pH为6.0，搅拌速度为75转/分钟，反应温度为25 °C，总反应时间为10天，SRB活性污泥浓度分别为7g L \所投加的a -Fe2O3尺度为30nm，投加量为 500mg L 1O
[0014]所述步骤(3)中H2O2与S(-1I)的摩尔比为1: 1，催化剂Cu2O投加量为Ig L \反应时间为3小时，其中催化剂Cu2O的尺度为50nm。
[0015]本发明涉及一种去除从矿山废水中去除SO42和Cr(VI)的方法，采用SRB活性污泥-零价铁耦合工艺从矿山废水中去除SO42和Cr(VI)。与传统的方法相比，本发明的SO42和Cr(VI)去除率分别可达到90%和99%以上，并且通过H2O2与Cu2O之间发生的催化氧化反应可以快速完全去除水中SO42生物还原过程中产生的S (-1I)，使得本发明出水中的SO42、Cr (VI)和S(-1I)浓度均达到国家排放标准。此外，由于Cu2O的吸附作用还可以回收水中产生的硫单质。同时，本发明不需加入大量化学试剂，仅需加入碳源以维持SRB活性污泥的正常生长代谢过程，降低了化学试剂的投资费用；本工艺在常温常压下进行，省去了加热加压设备所需的能耗；同时，本工艺属于自然生物过程，不会产生二次污染。因此，本工艺是一项绿色环保的废水处理技术。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的工艺装置示意图。
[0017]图2为本发明中Cr(VI)浓度的变化趋势。
[0018]图3为本发明中SO42浓度的变化趋势。
[0019]图4为本发明中废水经处理后上清液中S(-1I)浓度的变化趋势。
[0020]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明:
[0021]实施例1
[0022]将自行配制的改进的Postgate’ s B培养基通入1L反应器I (图1)。培养基组成为:1.479g L 1Na2SO450.665g L 1K2HPO4.3H20 ；1.0g L 1NH4Cl ；0.816g L 1CaCl2^.383gL 1MgCl2.6H20 ；0.685g L1KCl5Ig L 1 酵母提取物；0.1g L 1 抗坏血酸；2g L 1COD0 然后7-20wt%的SRB活性污泥被接种到培养基中。在温度2