制革污泥渗滤液中特征污染物对土壤氨氮转化及微生物群落结构的影响

【研究目的】查明制革污泥渗滤液中特征污染物(Cr(Ⅲ)、盐分、有机质)对土壤NH_(4)^(+)−N转化和微生物群落结构的影响,为制革污泥的安全农用及土壤NH_(4)^(+)−N的污染防控提供理论依据。【研究方法】通过土壤培养实验,研究不同污染物影响下土壤中NH_(4)^(+)−N向NO_(3)^(−)−N的转化规律,并利用高通量测序对比分析不同条件下的微生物群落组成和结构变化特征。【研究结果】制革污泥渗滤液中特征污染组分对土壤中NH_(4)^(+)−N硝化过程的抑制程度排序为:Cr(Ⅲ)>盐分>有机质。外源Cr(Ⅲ)进入对土壤中NH_(4)^(+)−N的转化速率和转化量具有明显抑制作用,而土壤中盐分和有机质主要影响硝化作用的启动时间和降低硝化速率。随着土壤中Cr(Ⅲ)含量由100 mg/kg增加到250 mg/kg,培养90 d后NH_(4)^(+)−N的转化量由94.23%降低到19.38%。高浓度Cr(Ⅲ)和盐分在污染初期对土壤中微生物丰度和群落结构影响显著,随土壤老化过程中Cr(Ⅲ)生物有效性降低及微生物适应性增强,不同污染特征土壤中微生物群落结构和组成逐渐趋同,硝化功能菌(Nitrosospira、Nitrosomonas和Nitrosospira)丰度增加明显。【结论】冗余(RDA)分析结果表明,影响制革污染土壤中微生物群落结构演变的主要特征因子是Cr(Ⅲ)(R^(2)=0.53,P<0.01)、NH_(4)^(+)−N(R^(2)=0.59,P<0.005)和NO_(3)^(−)−N(R^(2)=0.53,P<0.01)。

制革污泥处理处置研究进展

制革含铬污泥属于含重金属类危险废物,处置过程中应重点关注和解决重金属铬的二次污染问题。本文分析了制革污泥的固化和稳定化填埋处置、焚烧处置、建筑材料利用、铬回收提取、制沼气、堆肥、制陶瓷颜料等处置方式的优缺点和应用可行性。制革污泥的处置应根据本地的特点因地制宜选择合适的处置方式,推荐选择将重金属铬提取后分别对污泥和铬液进行资源化利用。

利用嗜酸性硫杆菌去除制革污泥中铬的研究

本研究采用嗜酸性硫杆菌 (Thiobacillusferrooxidans和Thiobacillusthiooxidans)并添加S粉为能源物的生物淋滤技术应用于制革污泥中铬的去除 (溶出 ) .序批式试验结果表明 ,淋滤处理 8d ,Cr的溶出率可高达 10 0 % (污泥中铬的原始浓度为14 5 19mg/kg) .在能源物各种投加比例中 ,以 4 g/L的投加比例较好 .研究表明 ,生物淋滤法去除制革污泥中铬主要是通过嗜酸性硫杆菌的新陈代谢使介质酸化而实现的 .生物淋滤作用导致介质 pH下降到 2 0 ,是使制革污泥中铬大量溶出的一个临界点 ,在 pH低于这个临界点时 ,污泥中铬去除率才可迅速达到 80 %～ 10 0 % .这为重金属含量高的废弃物处理展示了一条全新的途径 .

制革污泥中铬的生物脱除及其对污泥的调理作用

构建了一个以70L生物淋滤反应器为主体的制革污泥生物除铬的工艺.实际运行结果表明,采用特异的硫杆菌TS6,反应6d,制革污泥中Cr溶出率可达到87 4%.随后进行的污泥沉降与离心脱水试验表明,生物淋滤具有显著的污泥调理功效,显著提高污泥沉降与机械脱水性能.生物淋滤处理的污泥,经12h的静置沉降,污泥体积可减少57 2%,并且无需添加任何絮凝剂,即可取得良好的机械脱水效果.生物淋滤处理导致的污泥体系pH的下降与Fe3+浓度的上升可能是污泥沉降与脱水性能得以改善的主要原因.

施用制革污泥土壤中铬的积累、化学形态及其植物有效性

通过对施用制革污泥土壤中铬的含量和形态、作物中铬积累量的测定 ,结合小麦幼苗培养试验 ,对Cr的化学形态与植物有效性的关系进行了研究 .结果表明 ,施用污染后 2mol LHCl浸提态Cr的大幅度增长可能是造成作物Cr含量增加的主要原因 ,当土壤中Cr含量为 2 2 0mg kg时 ,小麦植株达到最大吸收量 2 3 5mg kg .高浓度Cr投入 2种不同土壤时 ,小麦与水稻茎叶中Cr含量基本一致 ,而籽粒中含量则随作物种类有较大变化 .

耐酸性异养菌的分离及其在制革污泥重金属生物淋滤中的作用

从制革污泥中分离出一株异养微生物 ,经鉴定属于红酵母菌属 (Rhodotorulasp .)R30 ,测定菌株R30的适宜生长 pH范围为 3～ 7,但能耐受pH 2 5至 1 5的酸性环境 ,最适生长温度 2 8℃ .酵母R30在污泥水溶性有机物 (DOM )中培养 96h ,水溶性有机碳 (DOC)从 1 4 85mg/L降至 345mg/L ,菌数达 4 8× 1 0 7mL-1 .将污泥预酸化至pH 6 5 ,在进行污泥的生物淋滤过程中 ,添加酵母处理与不添加酵母处理的对照相比 ,淋滤时间减少了 4d ,淋滤周期显著缩短 ,在 7d的淋滤时间内 ,重金属Cr的溶出率提高 39% .

生物淋滤法提高制革污泥脱水性能的研究

通过1000L的搅拌釜式(STR)生物淋滤反应器,在去除制革污泥中重金属铬的同时,研究了生物淋滤技术对处于不同反应阶段污泥的比阻值、ζ电位值、自然沉降性、离心脱水率、离心液中悬浮固体(SS)浓度等指标的影响,并采用电镜扫描仪观测污泥颗粒结构的变化,评价原始污泥和生物淋滤污泥的脱水性能差异.结果表明,生物淋滤处理后,其比阻值从195×1012m/kg下降到5.4×1012m/kg;ζ电位从-25.8mV上升到+2.6mV,污泥由疏松的絮状变成紧实的块状;12h的自然沉降率达到61%;2000r/min时离心脱水率达到83%,离心后上清液中SS下降到946mg/L,固体回收率达到97.3%.制革污泥经过生物淋滤处理后,脱水性能得到了明显的提高.

制革污泥处理与资源化研究

制革过程中会产生大量污泥,其中含有多种污染物,如氮、钾、磷等有机质尤其是铬等重金属,使该污泥对制革环境周围的水环境和土壤环境产生严重的污染,因此制革污泥是一种危险废物,合理处理和利用好制革污泥是制革业可持续发展的内在要求。详细介绍国内外制革污泥处理与资源化利用的方法,如填埋、焚烧等,并指出焚烧法处理制革污泥是今后的一个重要研究方向,资源化是其最理想的处理方式。

制革污泥铬的形态与危险废物识别方法

通过对制革污泥的物质组成和Cr的浸出毒性及其赋存形态的研究,揭示了制革污泥危险废物识别与Cr生态风险及其赋存形态间的相关关系,同时考察了盐酸对制革污泥中Cr的浸提。结果表明制革污泥是一种富含有机质和无机盐的工业污泥,同时含多种金属元素,其中Ca、Fe、Cr和Al含量最多,但尤以Cr对环境的危害最大。制革污泥中Cr绝大部分以酸溶态和有机结合态形式存在,有效态Cr含量占全量比重较小,但酸性污泥中Cr的迁移能力使其处于高生态危害风险。制革污泥中Cr的浸出浓度低于0.25mg/L,尽管不具备浸出毒性特征,但Cr的环境行为使其仍属于危险废物。盐酸对制革污泥中Cr的浸出效率最高为81.7%,可以作为浸提剂用于制革污泥脱铬,剩余污泥可以达到综合利用标准。

热重-红外联用分析制革污泥的燃烧特性

利用TG-FTIR对制革污泥的燃烧特性和燃烧过程气体释放情况进行了研究。研究发现,制革污泥挥发分和灰分含量较高,固定碳含量低、热值低。不同升温速率下,制革污泥的燃烧在800℃时已经比较充分,随着升温速率的增加,制革污泥碳燃烧的失重速率和峰值温度有所增加。运用Ozawa法进行活化能计算表明,制革污泥燃烧所需活化能随着反应程度的深入而增加。制革污泥的挥发分燃烧阶段符合三维扩散的Z-L-T方程反应模型,固定碳燃烧阶段符合自催化反应的P-T方程反应模型,且制革污泥在不同升温速率下燃烧动力学参数存在动力学补偿效应。TG-FTIR分析表明,不同升温速率对气体析出基本特征没有影响,在低温阶段,制革污泥的燃烧产物中有少量的有机酸组分析出。

制革污泥污染土壤矿化过程中Cr(Ⅲ)和氮的释放

采用田间调查采样、室内分析测定的方法,研究了制革污泥污染土壤矿化过程中Cr(Ⅲ)和N的释放。结果表明,制革污泥污染土壤中高浓度Cr(Ⅲ)可导致作物各部位Cr的大量积累,小麦、玉米子粒中Cr含量远远超过安全食用标准;Cr(Ⅲ)向土壤底层的迁移可达160cm,并与有机物迁移具有显著相关性。14周好气培养实验显示,矿化结束后,污泥中14%～26%以上有机态Cr(Ⅲ)转化为无机态,具有很高的迁移性和生物有效性;由污泥带入土壤中的氮与土壤原有N的矿化速率和可矿化N量具有明显差异,Cr(Ⅲ)的转化与N的矿化具有显著相关性。

空气提升式反应器处理制革污泥的中试研究

设计了1个280 L空气提升式生物沥浸反应器,利用特异嗜酸性硫杆菌为主的微生物复合菌群对制革污泥进行了较长期的（连续运行43批次）生物沥浸脱铬试验.研究了1.0-3.0 m^3/h不同通气量对生物沥浸法脱铬效率的影响.结果表明,不同处理条件下污泥均能快速充分混匀,通气量不足1.5 m^3/h时经过至少90 h才可获得80%以上的Cr溶出率.综合多因素考虑,本试验规模下通气量为2.0 m^3/h较为合适,72 h Cr溶出率可达92.5%.研究还发现,在通气量为2.0 m^3/h或以上时,体系溶氧值随pH值的下降而明显上升,最终DO可达到5 mg/L以上.因此,在工程化运行中可在每个沥浸周期的后期调低ALR反应器的供气量,控制DO值在2.0 mg/L左右满足LX5和TS6菌的生长需求即可,以此控制运行成本.

制革污泥固化稳定化处理

为有效控制制革污泥中的重金属铬污染并安全填埋,采用石灰、粉煤灰和煤渣作为固化剂对制革污泥进行固化/稳定化处理,考察固化剂对制革污泥中重金属毒性的影响,并探讨了固化/稳定化的最佳工艺条件.结果表明,当石灰、粉煤灰和煤渣的掺量分别为0.12 kg.kg-1、0.02 kg.kg-1和0.08 kg.kg-1,养护天数为6 d时,制革污泥固化块抗压强度达到884 kPa,含水率由固化前的79.60%降低至30.20%,满足《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598—2001)的要求.固化块浸出液中Cu、Pb、Zn、Ni浓度同固化前相比,分别降低了92.1%、96.7%、92.8%、88.9%,Cr、Cd、Mn均未检出.固化块浸出液的铬浓度随着石灰添加量的增加而降低,随粉煤灰添加量的增加则为先降低、然后再升高,当石灰与粉煤灰添加量比为6∶1时,协同固化效果显著.

制革污泥林业利用场水域的鳑鮍鱼外周血红细胞微核监测

制革污泥施入林地后，检测小流域地表水、土壤渗出水对鱼（Ｒｈｏｄｅｕｓｓｉｎｅｎｓｉｓ）外周血红细胞微核的诱变。结果表明：在实验范围内，没有诱发鱼血红细胞微核率增高，制革污泥林业利用系统是安全的；但鲜制革污泥浸出水可诱发鱼外周血红细胞微核率增高，故制革污泥如不加任何处理而随意堆放，会对坏境造成污染。

制革污泥及施含铬污泥土壤中铬含量测定方法的研究

对波Ｈ_２ＳＯ_４－Ｈ_２Ｏ_２消化法、ＫＣｌＯ_３熔融法、三元混合酸消化法３种方法应用于测定含铅污泥及施含铬 污泥土壤中铬含量进行了研究，目的在于寻找测定含铅污泥及施含铬污泥土壤中铬含量的方法，为制 革污泥的再利用和控制铬污染提供可靠数据。

固体浓度对生物淋滤法去除制革污泥中铬的影响

采用序批式摇床培养,研究了含固率为2%～10%的污泥浓度对生物淋滤法去除制革污泥中重金属Cr效果的影响.结果表明,淋滤处理8d,不同浓度处理Cr的去除率均达95%以上;污泥浓度越低,则污泥中Cr的去除率相对越高,去除速率也越快.如含固率在6%以下的污泥其Cr的去除率在第6d时就达100%. 6%的污泥浓度在实际应用中较为合适.在相同的pH值条件下不同含固率的污泥均有相似的Cr去除率.Cr大量溶出时,具有明显的pH临界点.当pH＜2时污泥中Cr的去除率才可达到80%以上.

生物法和化学法回收制革污泥中铬的对比研究

研究了嗜酸性硫杆菌(Thiobacillus)生物沥滤法和1∶1硫酸化学沥滤法分离回收制革污泥中的铬。比较了嗜酸性硫杆菌生物沥滤法和化学沥滤法回收制革污泥铬过程中pH、氧化还原电位(ORP)、沉降比(SV)以及铬的沥滤率的变化。试验结果表明,pH是影响制革污泥中铬的沥滤率的关键因素。生物沥滤法在使污泥pH大幅度降低的同时,能很好地改善污泥的沉降性能,对铬的沥滤效果好于化学沥滤法。

钠盐催化剂对制革污泥热解制油的影响

为考察催化剂对制革污泥热解制油的影响,采用热重分析,研究不同钠盐催化条件下制革污泥的微分热重(DTG)曲线。利用自行设计的直接热化学污泥油化试验装置,调查钠盐催化剂及其用量对制革污泥油化产物分布和油收率的影响。研究结果表明,3种钠盐催化剂均使污泥热解反应向低温区移动,钠盐的催化作用大小依次为Na2CO3>Na2SO4>NaCl,从DTG曲线分析可知,钠盐催化剂的最佳投加量为污泥量的2%(以钠离子计);在直接热化学液化法制革污泥油化试验中,催化剂碳酸钠的投加量为污泥量的2%时,可获得较大的油产率(41.01%)。通过GC/MS分析,制革污泥热解得到油产品的化学成分与生物柴油相近。能量衡算分析得出:在试验条件下,能量回收率可达53.25%,系统为能量产出型。

制革污泥污染土壤中铬对小麦的富集及生化效应研究

制革污泥农用所引起的铬污染风险性是制革业发达的国家较为关注的课题,而有关污泥中Cr(Ⅲ)对农作物的危害机制尚有许多不明确的答案,为此利用盆栽培养试验对制革污泥污染土壤中Cr(Ⅲ)在小麦幼苗富集及生化性质方面进行了研究。结果表明,高浓度Cr(Ⅲ)对根系的抑制作用远大于地上部分,地上部分Cr(Ⅲ)最大富集量低于150mg·kg-1,幼苗叶片中叶绿素含量和叶绿素a/b比值的降低趋势与生物量变化趋势相对应。土壤Cr(Ⅲ)浓度低于1000mg·kg-1时,小麦幼苗叶片中MDA含量与对照无明显区别,高于1000mg·kg-1时,MDA含量显著增大,表现出Cr(Ⅲ)对植物膜体系的明显损伤效应。Cr(Ⅲ)的存在对小麦幼苗中SOD和AsA-POD活性影响表现截然不同,Cr(Ⅲ)对SOD活性具有显著的诱导效应,浓度升高时仍未表现出抑制效应,而Cr(Ⅲ)对AsA-POD活性未发现诱导效应,其抑制作用非常显著。

制革污泥资源化与减量化的研究进展

制革污泥中含有大量的有机物、硫化物以及重金属铬等成分,会对环境造成极大的污染。然而制革污泥中含有的大量有机物是有效的生物能源物质,可以进行综合利用。本文综述了制革污泥资源化与减量化新技术的研究现状和趋势,展望了彻底解决制革污泥污染的根本途径。