剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法技术

本发明专利技术涉及一种剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法,包括以下步骤：S1、使剩余污泥中细胞体表面的胞外聚合物脱附，成为水溶解态；然后，去除胞外聚合物脱附后的悬浮物质，并获得胞外聚合物溶液；S2:对胞外聚合物溶液采用过滤膜进行过滤，从而在过滤膜的上表面形成有胞外聚合物滤饼层，并获得具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜；S3:采用具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜对含有重金属离子的水溶液进行过滤。本发明专利技术操作简单，可通过回收剩余污泥中的胞外聚合物，使得剩余污泥减量；同时将剩余污泥中胞外聚合物浓缩回收与重金属离子去除两个步骤耦合，从而避免了吸附了重金属离子的胞外聚合物从水中难分离的问题。

Recovery of Extracellular Polymers and Removal of Heavy Metal Ions from Surplus Sludge

The invention relates to a method for recovering extracellular polymer and removing heavy metal ions from excess sludge, which includes the following steps: S1, desorption of extracellular polymer on the surface of cell body in excess sludge into water-soluble state; then, removal of suspended substance after desorption of extracellular polymer and obtaining extracellular polymer solution; S2: filtration of extracellular polymer solution by filter membrane; Thus, an extracellular polymer cake layer is formed on the upper surface of the filter membrane, and a filter membrane with an extracellular polymer cake layer is obtained. S3: The aqueous solution containing heavy metal ions is filtered by a filter membrane with an extracellular polymer cake layer. The method has simple operation, can reduce the excess sludge by recovering the extracellular polymer in the excess sludge, and couples the two steps of concentration and recovery of the extracellular polymer in the excess sludge with the removal of heavy metal ions, thus avoiding the problem of difficult separation of the extracellular polymer adsorbed heavy metal ions from water.

【技术实现步骤摘要】
剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法
本专利技术涉及一种污水处理的
，尤其涉及一种剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法。
技术介绍
资源回收是未来污水处理发展的必然方向。目前，最常用的污水处理技术是活性污泥法，然而，活性污泥处理过程中产生的大量剩余污泥是亟待解决的问题。剩余污泥中主要由细胞体和胞外聚合物构成，其中胞外聚合物占污泥干重的10～40％。胞外聚合物主要包含微生物细胞的分泌物、细胞自溶或细胞表面脱落的部分物质，包括多糖、蛋白质、核酸、磷脂、腐殖质等，其中，多糖和蛋白质为主要成分。特别地，胞外聚合物可作为重金属离子吸附剂、生物絮凝剂、土壤改良剂、增稠剂等，应用于水处理、农业、园艺、造纸工业、医疗、建筑工业等；同时胞外聚合物也是污泥生物絮体的主要组成部分，过量的胞外聚合物不利于污泥过滤和脱水，回收一部分胞外聚合物不仅可增强污泥脱水性能，且实现了污泥的减量，从而为剩余污泥的后续处理减负。因此，回收污泥中的胞外聚合物具有重大的现实意义与应用前景。重金属污染是目前世界上最严重的环境生态问题之一。吸附法是去除水中重金属离子的主要方法，目前采用的吸附剂主要包括腐植酸类吸附剂、高分子吸附剂、生物材料吸附剂等，因此新型重金属吸附剂的研发受到了广泛的关注。腐植酸类吸附剂是一种天然的吸附剂，常见的有褐煤、泥炭和底泥等，但其目前还处于研究开发阶段，存在吸附(交换)容量低、适用pH值范围较窄、机械强度低等问题，难以大规模应用；高分子吸附剂主要有合成树脂、离子交换纤维和壳聚糖及其衍生物等，虽然其吸附容量高，但其需要消耗大量原材料，生产成本高；生物材料吸附剂主要是菌体、藻类及一些细胞提取物，相比其它吸附剂，具有处理效率高、投资少、运行费用低、二次污染少等优点，但因为微生物对重金属具有选择性，难以找到一种对多种重金属离子均吸附的普适微生物，并且菌种选育耗时，吸附容量和选择性低，生产成本高。目前，经过各种物理或化学方法，从剩余污泥中提取获得的胞外聚合物溶液含水率接近100％，直接采用传统干燥方法如冷冻干燥、高温蒸发、电喷雾干燥等，制备胞外聚合物粉末，需要消耗大量能源。另外，胞外聚合物作为一种生物高分子吸附剂，实际应用过程中面临的最大问题是，吸附了各种重金属离子的胞外聚合物难以从水溶液中分离。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法，可通过回收剩余污泥中的胞外聚合物，使得剩余污泥减量；同时将剩余污泥中胞外聚合物浓缩回收与重金属离子去除两个步骤耦合，从而避免了吸附了重金属离子的胞外聚合物从水中难分离的问题。本专利技术的技术方案是这样的：一种剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法，包括以下步骤：S1、通过采用物理法、化学法或物理与化学相结合的方法，使剩余污泥中细胞体表面的胞外聚合物脱附，成为水溶解态；然后，采用重力沉降、离心分离或微滤膜过滤去除胞外聚合物脱附后的悬浮物质，并获得胞外聚合物溶液；S2:对步骤S1中得到的胞外聚合物溶液采用过滤膜进行过滤，从而在过滤膜的上表面形成有胞外聚合物滤饼层，并获得具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜；S3:采用步骤S2中得到的具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜对含有重金属离子的水溶液进行过滤，重金属离子被吸附在胞外聚合物滤饼层中，实现重金属离子的去除。所述步骤S1中物理法、化学法或物理与化学相结合的方法包括：阳离子交换树脂法、高温碳酸钠法、甲醛—氢氧化钠法、离心法、超声波法、EDTA萃取法或酸溶解法中的任意一种或多种组合。所述步骤S1中悬浮物质包括含有细胞体以及细胞残体的非溶解性杂质。所述过滤膜为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜或正渗透膜中的任意一种。所述重金属离子包括Pb2+、Cd2+、Cu2+。还包括向步骤S1中得到的胞外聚合物溶液中添加过滤助剂。所述过滤助剂为硅藻土。还包括向步骤S1中得到的胞外聚合物溶液中添加二价或三价金属离子。所述二价或三价金属离子为钙离子、镁离子、亚铁离子、铁离子、铝离子中的任意一种。步骤S2中对步骤S1中得到的胞外聚合物溶液采用过滤膜进行过滤的方式为死端过滤或扫流过滤中的任意一种或两种组合。本专利技术具有以下优点和有益效果：1、达到环境保护和资源回收双重效果。环境保护方面，扩展市政剩余污泥的最终出路，通过回收污泥中胞外聚合物，使得剩余污泥减量；另一方面，回收剩余污泥中具有巨大应用前景的胞外聚合物，变废为宝；2、胞外聚合物作为一种生物高分子吸附剂，实际应用过程中面临的最大问题是，吸附了各种重金属离子的胞外聚合物难以从水溶液中分离。通过膜分离技术，将剩余污泥中胞外聚合物浓缩回收与重金属离子去除两个步骤耦合，从而避免了吸附了重金属离子的胞外聚合物从水中分离问题。附图说明图1为本专利技术实施例提供的剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法中胞外聚合物滤饼层形成的示意图。图2为本专利技术实施例提供的剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法中采用含有胞外聚合物滤饼层的过滤膜对重金属离子进行过滤的示意图。图3为本专利技术实施例采用具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜进行过滤时随过滤进行不同初始浓度下Pb2+的去除率(Pb2+初始浓度的影响)。图4为本专利技术实施例采用100mL、浓度为0.1～0.5g/L胞外聚合物溶液形成的具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜对初始浓度为10μM的Pb2+溶液的去除率。图5为本专利技术实施例中添加与未添加钙离子时随过滤的进行胞外聚合物溶液的过滤行为。图6为本专利技术实施例中添加与未添加钙离子时随过滤的进行Pb2+的去除率。图7为本专利技术实施例中添加与未添加钙离子时具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜过滤中随过滤的进行Pb2+溶液的过滤行为。图8为本专利技术实施例中添加与未添加硅藻土时随过滤的进行胞外聚合物溶液的过滤行为。图9为本专利技术实施例中添加与未添加硅藻土时滤饼膜过滤过程中随过滤的进行Pb2+的去除率。图10为本专利技术实施例中添加与未添加硅藻土时滤饼膜过滤过程中随过滤的进行Pb2+溶液的过滤行为。图11为本专利技术实施例中滤饼膜过滤时随过滤的进行各重金属离子(Pb2+、Cu2+、Cd2+)的去除率。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面将参照附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术实施例提供的剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法，通过物理法、化学法或物理与化学相结合的方法，使剩余污泥中细胞体表面的胞外聚合物脱附，成为水溶解态；然后，采用重力沉降、离心分离或微滤膜过滤去除胞外聚合物脱附后的细胞体等悬浮物质，从而获得胞外聚合物溶液。针对从剩余污泥中提取得到的胞外聚合物溶液，本专利技术分两个阶段进行；第一阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过采用物理法、化学法或物理与化学相结合的方法，使剩余污泥中细胞体表面的胞外聚合物脱附，成为水溶解态；然后，采用重力沉降、离心分离或微滤膜过滤去除胞外聚合物脱附后的悬浮物质，并获得胞外聚合物溶液；S2:对步骤S1中得到的胞外聚合物溶液采用过滤膜进行过滤，从而在过滤膜的上表面形成有胞外聚合物滤饼层，并获得具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜；S3:采用步骤S2中得到的具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜对含有重金属离子的水溶液进行过滤，重金属离子被吸附在胞外聚合物滤饼层中，实现重金属离子的去除。

【技术特征摘要】
1.一种剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过采用物理法、化学法或物理与化学相结合的方法，使剩余污泥中细胞体表面的胞外聚合物脱附，成为水溶解态；然后，采用重力沉降、离心分离或微滤膜过滤去除胞外聚合物脱附后的悬浮物质，并获得胞外聚合物溶液；S2:对步骤S1中得到的胞外聚合物溶液采用过滤膜进行过滤，从而在过滤膜的上表面形成有胞外聚合物滤饼层，并获得具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜；S3:采用步骤S2中得到的具有胞外聚合物滤饼层的过滤膜对含有重金属离子的水溶液进行过滤，重金属离子被吸附在胞外聚合物滤饼层中，实现重金属离子的去除。2.根据权利要求1所述的剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法，其特征在于，所述步骤S1中物理法、化学法或物理与化学相结合的方法包括：阳离子交换树脂法、高温碳酸钠法、甲醛—氢氧化钠法、离心法、超声波法、EDTA萃取法或酸溶解法中的任意一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的剩余污泥中胞外聚合物回收以及重金属离子去除的方法，其特征在于，所述步骤S1中悬浮物质包括含有细胞体以及细胞残体的非溶解性杂质。4.根据权利要求1所述的剩余污泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹达啟，方晓敏，宋鑫，郝晓地，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京,11