專利名稱：：一種微生物重金屬沉淀劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及重金屬廢水處理領(lǐng)域，具體的講，涉及一種重金屬沉淀劑。
背景技術(shù)：
：印刷線路板(PCB)制造、金屬清洗及表面處理、無機鹽生產(chǎn)、電鍍、標(biāo)牌制作、銅濕法冶金等行業(yè)中會使用含銅的溶液或產(chǎn)生含銅蝕刻廢液，廢液的具體含銅量在0.2-200克/升，可分為酸性體系和堿性體系。這些含銅蝕刻廢液如果不加以處理直接排放會造成很嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，現(xiàn)有對重金屬銅的常規(guī)處理方法主要包括化學(xué)沉淀法、離子交換法、蒸發(fā)濃縮法、電解法、活性炭和硅膠吸附法和膜分離法等，但是這些方法存在去除不徹底、費用昂貴、產(chǎn)生有毒污泥或其他廢料等缺點。因此人們一直致力于研究與開發(fā)高效環(huán)保型的重金屬廢水處理技術(shù)和工藝。微生物處理法是利用細(xì)菌、真菌(酵母)、藻類等生物材料及其生命代謝活動去除廢水中的銅離子，其主要原理是利用微生物對銅離子的吸附或沉淀作用把銅離子去除，從而降低廢水中重金屬離子的濃度。城市污泥是污水處理過程中必然產(chǎn)生的沉淀物。目前，我國城市污泥年產(chǎn)生量約700萬噸干重，根據(jù)我國城市污水處理目標(biāo)，預(yù)計到2010年污泥產(chǎn)生量將超過800萬噸干重。如何妥善處置這些數(shù)量日益龐大、高度集中的有機固體廢棄物，是城市污水處理廠最頭痛的問題之一。在國際上，現(xiàn)行污泥的處置方式主要有填埋、土地利用、焚燒等，但它們都存在各自難以克服的缺陷，并且也不能滿足當(dāng)前的實際需要。例如，污泥填埋占地面積大，合適的填埋場地正急劇減少，并且污泥中有害成分的滲漏會對地下水造成污染；污泥土地利用存在因污泥大量使用而造成的重金屬、有機污染物與病原體等物質(zhì)污染食物鏈與威脅人類健康的問題；而污泥焚燒的投資成本和操作費用高，處理成本是填埋法、土地利用的好幾倍，并且技術(shù)要求高，容易產(chǎn)生二噁英等二次污染物。在我國，目前城市污泥的主要處置方式是隨意棄置與簡單填埋，這不僅極大地浪費了污泥中大量的有機質(zhì)和氮、磷等植物養(yǎng)分，而且已成為水土環(huán)境的新隱患，嚴(yán)重干擾了污水處理廠的正常運行。缺乏穩(wěn)定、環(huán)境安全與經(jīng)濟有效的資源化技術(shù)是當(dāng)前我國城市污泥所面臨的實際現(xiàn)狀。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種去除重金屬效果好，成本低，環(huán)保的微生物重金屬沉淀劑。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種微生物重金屬沉淀劑的制備方法，包括如下步驟(1)污泥調(diào)理將城市污泥的含固率調(diào)至2-5%，加入l-5g/L泡劑，用酸或堿調(diào)pH為6.5"8.0，攪拌均勻后，滅菌，冷卻至30-35°C備用；(2)搖瓶培養(yǎng)將托木爾水螺菌接種到裝有牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的瓶中，進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為溫度28-32°C、轉(zhuǎn)速150-250轉(zhuǎn)/分，瓶裝液量2040%，培養(yǎng)時間8-12小時；所用的托木爾水螺菌的拉丁學(xué)名為/^was/^n'〃"mmomwemwe，可在國內(nèi)微生物保藏機構(gòu)直接購得。(3)種子罐發(fā)酵將托木爾水螺菌搖瓶菌液移入種子罐，接種量為1-3%，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為罐溫28-32°C、罐壓0.02"0.06MPa、每分鐘的通氣體積量為培養(yǎng)基體積的1.0-1.5倍、攪拌速度200-260轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間8-12小時；(4)發(fā)酵罐發(fā)酵按2"8%的接種量將托木爾水螺菌種子液移種到發(fā)酵罐，培養(yǎng)條件為罐溫28-32"C、罐壓0.02"0.06MPa、每分鐘的通氣體積量為培養(yǎng)基體積的1.0-1.5倍、攪拌速度180-220轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間3042小時；(5)發(fā)酵液后處理發(fā)酵結(jié)束后，用無機酸將發(fā)酵液pH調(diào)為4.04.5，然后用高速離心法濃縮發(fā)酵液，濃縮倍數(shù)為l-5倍，濃縮液加入0.2-2g/L防腐劑，攪拌均勻，分裝，得到微生物重金屬沉淀劑液體產(chǎn)品。在上述制備方法中，步驟(1)中所述的消泡劑優(yōu)選為泡敵、聚丙二醇、豆油或花生油。在上述制備方法中，步驟(1)中所述的酸是指磷酸、硫酸或鹽酸在上述制備方法中，步驟(1)中所述的堿優(yōu)選為KOH、NaOH或Ca(OH)2。在上述制備方法中，步驟(1)中所述滅菌是指在種子罐或發(fā)酵罐中經(jīng)15磅壓力與12rC下滅菌3040分鐘。在上述制備方法中，步驟(5)中所述的無機酸優(yōu)選為硫酸、鹽酸或硝酸。在上述制備方法中，步驟(5)中所述的防腐劑優(yōu)選為山梨酸鉀、苯甲酸鈉、二甲苯或尼泊金甲酯。g/L是指每1L培養(yǎng)基液體中加入目標(biāo)物的克數(shù)；%是指每百份質(zhì)量的培養(yǎng)基液體中接入接種物的質(zhì)量份數(shù)；L/L/min是指每分鐘向1份體積的培養(yǎng)基中通入空氣的體積份數(shù)。本發(fā)明的技術(shù)原理是以城市污泥所含的碳水化合物與蛋白質(zhì)、磷以及微量元素為主要營養(yǎng)物質(zhì)，在維持適宜pH、溫度與通氣量的條件下，托木爾水螺菌得以生長與增殖，并產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物。這些代謝產(chǎn)物能與蝕刻廢液中的銅離子結(jié)合形成沉淀，從而降低蝕刻廢液中銅離子的含量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)本發(fā)明不僅處置了污泥，而且可獲得附加值較高的微生物重金屬沉淀劑，從而降低了污泥處理處置成本。為城市污泥提供了一條嶄新資源化處置途徑，也降低了微生物重金屬沉淀劑的生產(chǎn)成本。(2)本發(fā)明的微生物重金屬沉淀劑能降低蝕刻廢液中銅離子的含量，能用于處理蝕刻廢液，應(yīng)用前景廣闊。具體實施例方式實施例l生產(chǎn)微生物重金屬沉淀劑(1)城市污泥樣品取廣東省廣州市某污水處理廠的濃縮污泥，該污泥的基本性質(zhì)見表l。表1.供試污泥基本性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(2)污泥調(diào)理用自來水調(diào)節(jié)污泥含固率為4.00%,加入2.0g/L的消泡劑泡敵。用磷酸調(diào)pH至6.80，分別在種子罐與發(fā)酵罐中經(jīng)15磅壓力與121°C溫度滅菌60分鐘，冷卻至35。C備用，滅菌后pH約為7.19。(其它消泡劑，如聚丙二醇、豆油、花生油等，分別代替泡敵，其效果相同。)(3)搖瓶培養(yǎng)從托木爾水螺菌斜面培養(yǎng)基上挑取一環(huán)接種到裝有牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的三角瓶中，進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為溫度3(TC、轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分，500mL三角瓶裝有200mL培養(yǎng)基，培養(yǎng)時間10小時。牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的成分為牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，自來水1000mL;pH7.2-7.5，15磅壓力與121。C下滅菌30分鐘。(4)種子罐發(fā)酵接種2.0%的上述搖瓶菌液，發(fā)酵培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為罐溫3(TC、罐壓0.03MPa、通氣量l:1.0(L/L/min)、攪拌速度200轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間8小時。(5)發(fā)酵罐發(fā)酵接種2.0%的種子液到發(fā)酵罐。培養(yǎng)條件為罐溫30°C、罐壓0.03MPa、通氣量l:1.0(L/L/min)、攪拌速度180轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間40小時。放罐時發(fā)酵液中托木爾水螺菌菌株的活菌數(shù)為4.6xl()S個/mL，均顯著高于常規(guī)牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基(表2)。表2.托木爾水螺菌在污泥培養(yǎng)40小時的發(fā)酵活菌數(shù)與常規(guī)培養(yǎng)基的比較土昔養(yǎng)基放罐時發(fā)酵液活菌數(shù)(個/mL)城市污泥4.6x108(含固率4.0%)常規(guī)牛肉膏蛋白3.3x108胨液體培養(yǎng)基(6)發(fā)酵液后處理發(fā)酵結(jié)束后，用稀硫酸將發(fā)酵液pH調(diào)為4.0，經(jīng)高速離心濃縮5倍，加入0.3g/L的防腐劑山梨酸鉀，攪拌均勻，分裝，得到微生物重金屬沉淀劑液體產(chǎn)品。(其它防腐劑如苯甲酸鈉、二甲苯或尼泊金甲酯，代替山梨酸鉀，效果相同。)取廣州開發(fā)區(qū)某印刷線路板生產(chǎn)企業(yè)的含銅廢液100升，經(jīng)測定含銅量為80克/升。加入10升制得的微生物重金屬沉淀劑，攪勻，靜置三天，發(fā)現(xiàn)底部有很多沉淀物，取上清液檢測，發(fā)現(xiàn)含銅量降為約7克/升。實施例2生產(chǎn)微生物重金屬沉淀劑(1)城市污泥樣品城市污泥樣品性質(zhì)與表1相同。(2)污泥調(diào)理用自來水調(diào)節(jié)污泥含固率為3.0%,加入1.5g/L的消泡劑聚丙二醇。用磷酸調(diào)pH至6.92，分別在種子罐與發(fā)酵罐中經(jīng)15磅壓力與12rC溫度滅菌60分鐘，冷卻至35。C備用，滅后pH約為7.55。(3)搖瓶培養(yǎng)從托木爾水螺菌斜面培養(yǎng)基上挑取一環(huán)接種到裝有牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的三角瓶中，進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為溫度3(TC、轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分，500mL三角瓶裝液200mL培養(yǎng)基，培養(yǎng)時間10小時。牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的成分為牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，自來水1000mL;pH7.2-7.5，15磅壓力與121。C下滅菌30分鐘。(4)種子罐發(fā)酵接種1.0%的上述搖瓶菌液，發(fā)酵培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為罐溫28。C、罐壓0.03MPa、通氣量l:1.0(L/L/min)、攪拌速度240轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間12小時。(5)發(fā)酵罐發(fā)酵接種5.0%的種子液到發(fā)酵罐。培養(yǎng)條件為罐溫28°C、罐壓0.03MPa、通氣量l:1.2(L/L/min)、攪拌速度200轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間36小時。放罐時發(fā)酵液中活菌數(shù)為5.5xl()S個/mL。(6)發(fā)酵液后處理發(fā)酵結(jié)束后，用稀鹽酸將發(fā)酵液pH調(diào)為4.5，經(jīng)高速離心濃縮5倍，加入0.2g/L的防腐劑苯甲酸鈉，攪拌均勻，分裝，得到微生物重金屬沉淀劑液體產(chǎn)品。(其它防腐劑如山梨酸鉀、二甲苯或尼泊金甲酯，代替苯甲酸鈉，效果相同。)取廣州開發(fā)區(qū)某印刷線路板生產(chǎn)企業(yè)的含銅廢液100升，經(jīng)測定含銅量為80克/升。加入20升制得的微生物重金屬沉淀劑，攪勻，靜置三天，發(fā)現(xiàn)底部有很多沉淀物，取上清液檢測，發(fā)現(xiàn)含銅量降為約5克/升。實施例3生產(chǎn)微生物重金屬沉淀劑(1)城市污泥樣品取廣東省深圳市某污水處理廠的濃縮污泥，該污泥的基本性質(zhì)見表3。表3.供試污泥基本性質(zhì)pH含固率總碳(％)總氮(％)總磷(％)(%)6.623.4027.12.231.18(2)污泥調(diào)理用自來水調(diào)節(jié)城市污泥含固率為2.0%，加入5g/L的花生油。用KOH調(diào)pH至7.0，分別在種子罐與發(fā)酵罐中經(jīng)15磅壓力與12rC溫度滅菌60分鐘，冷卻至35'C備用，滅菌后pH約為7.61。(3)搖瓶培養(yǎng)從托木爾水螺菌斜面培養(yǎng)基上挑取一環(huán)接種到裝有牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的三角瓶中，進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為溫度3(TC、轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/分，500mL三角瓶裝液150mL培養(yǎng)基，培養(yǎng)時間8小時。牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的成分為牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，自來水1000mL;pH7.2-7.5，15磅壓力與121。C下滅菌30分鐘。(4)種子罐發(fā)酵接種1.5%的上述搖瓶菌液，發(fā)酵培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為罐溫30。C、罐壓0.03MPa、通氣量l:1.2(L/L/min)、攪拌速度250轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間8小時。(5)發(fā)酵罐發(fā)酵接種3.0%的種子液到發(fā)酵罐。培養(yǎng)條件為罐溫30°C、罐壓0.03MPa、通氣量l:1.2(L/L/min)、攪拌速度180轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間32小時。表4.托木爾水螺菌在污泥培養(yǎng)40小時的發(fā)酵參數(shù)及其與常規(guī)培養(yǎng)基的比較培養(yǎng)基放罐時發(fā)酵液活菌數(shù)(個/mL)城市污泥5.1xl08(含固率2.0%)常規(guī)牛肉膏蛋白3.3x108胨液體培養(yǎng)基(6)發(fā)酵液后處理發(fā)酵結(jié)束后，用稀硫酸將發(fā)酵液pH調(diào)為4.3，經(jīng)高速離心濃縮4倍，加入0.4g/L的防腐劑二甲苯，攪拌均勻，分裝。(其它防腐劑如山梨酸鉀、苯甲酸鈉或尼泊金甲酯，代替二甲苯，效果相同。)取廣州開發(fā)區(qū)某印刷線路板生產(chǎn)企業(yè)的含銅廢液100升，經(jīng)測定含銅量為80克/升。加入5升制得的微生物重金屬沉淀劑，攪勻，靜置三天，發(fā)現(xiàn)底部有很多沉淀物，取上清液檢測，發(fā)現(xiàn)含銅量降為約9克/升。權(quán)利要求1、一種微生物重金屬沉淀劑的制備方法，其特性在于包括如下步驟(1)污泥調(diào)理將城市污泥的含固率調(diào)至2-5％，加入1-5g/L消泡劑，用酸或堿調(diào)pH為6.5-8.0，攪拌均勻后，滅菌，冷卻至30-35℃?zhèn)溆茫?2)搖瓶培養(yǎng)將托木爾水螺菌接種到裝有牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的瓶中，進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為溫度28-32℃、轉(zhuǎn)速150-250轉(zhuǎn)/分，瓶裝液量20-40％，培養(yǎng)時間8-12小時；(3)種子罐發(fā)酵將托木爾水螺菌搖瓶菌液移入種子罐，接種量為1-3％，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為罐溫28-32℃、罐壓0.02-0.06MPa、每分鐘的通氣體積量為培養(yǎng)基體積的1.0-1.5倍、攪拌速度200-260轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間8-12小時；(4)發(fā)酵罐發(fā)酵按2-8％的接種量將托木爾水螺菌種子液移種到發(fā)酵罐，培養(yǎng)條件為罐溫28-32℃、罐壓0.02-0.06MPa、每分鐘的通氣體積量為培養(yǎng)基體積的1.0-1.5倍、攪拌速度180-220轉(zhuǎn)/分、發(fā)酵時間30-42小時；(5)發(fā)酵液后處理發(fā)酵結(jié)束后，用無機酸將發(fā)酵液pH調(diào)為4.0-4.5，然后用高速離心法濃縮發(fā)酵液，濃縮倍數(shù)為1-5倍，濃縮液加入0.2-2g/L防腐劑，攪拌均勻，分裝，得到微生物重金屬沉淀劑液體產(chǎn)品。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述的消泡劑為泡敵、聚丙二醇、豆油或花生油。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述的酸是指磷酸、硫酸或鹽酸。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述的堿是指KOH、NaOH或Ca(OH)2。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述滅菌是指在種子罐或發(fā)酵罐中經(jīng)15磅壓力與12rC下滅菌30~60分鐘。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)中所述的無機酸是指硫酸、鹽酸或硝酸。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)中所述的防腐劑是山梨酸鉀、苯甲酸鈉、二甲苯或尼泊金甲酯。8、一種微生物重金屬沉淀劑，其特征在于由權(quán)利要求l-7任一項方法制備得到。全文摘要本發(fā)明公開了一種微生物重金屬沉淀劑及其制備方法。包括污泥調(diào)理，搖瓶培養(yǎng)，種子罐發(fā)酵，發(fā)酵罐發(fā)酵和發(fā)酵液后處理，得到微生物重金屬吸附劑液體產(chǎn)品。本發(fā)明不僅處置了污泥，而且可獲得附加值較高的微生物重金屬沉淀劑，從而降低了污泥處理處置成本。為城市污泥提供了一條嶄新資源化處置途徑，也降低了微生物重金屬沉淀劑的生產(chǎn)成本。本發(fā)明的微生物重金屬沉淀劑能降低蝕刻廢液中銅離子的含量，能用于處理蝕刻廢液，應(yīng)用前景廣闊。文檔編號C12N1/20GK101629148SQ20091004180公開日2010年1月20日申請日期2009年8月11日優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日發(fā)明者王永成,陳偉華申請人:廣州科城環(huán)保科技有限公司