[发明专利]一种资源化处理镉污染废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境能源技术领域，具体涉及一种适合于工业化生产的含镉污水清洁化处理及能源化利用的方法。

背景技术

重金属镉对水体的污染已成为全球性的环境问题之一。我国80年代初的调查发现，在金沙江、湘江、蓟运河及锦州湾等地水体均有不同程度的重金属镉污染，严重地段的水相重金属镉浓度高达几百μg/L，沉积物中重金属镉浓度甚至达到上千mg/L^[1]；2005年底，广东北江突发镉污染事件，孟洲坝断面的镉超标12倍，一度引起当地工农业用水的中断。国外，二十世纪上半叶，日本的“水俣事件”和“富山事件”重金属污染案例早已为人熟知。镉是毒性很强的重金属，慢性中毒表现为头痛、乏力、鼻粘膜萎缩、肺呼吸功能下降、肾功能衰退、胃痛等，急性中毒则有恶心、呕吐、头痛、腹痛等症状，镉能在体内妨碍钙进入骨骼，可造成骨质疏松，脆而易断，引起所谓骨痛病。冶金工业污水中的冲洗水以及有色冶金工业污水，化学工业污水和轻工业污水中，镉包含其中。人体中的镉主要是由被污染的水、食物、空气通过消化道与呼吸道摄入体内的，其中水是人体大量积蓄造成镉中毒的主要原因。企业长期将没有严格处理的废水排放，会致使高浓度的含镉废水污染水源。用这种含镉的水浇灌农田，稻秧生长不良，生产出来的稻米成为“镉米”，严重危害人体健康。尤其应该指出的是，由于镉是汽油添加剂的重要成分，在当今城市汽车工业高速发展的过程中，随着汽油大量消耗，镉也随之排入大气，进而沉降入土壤和水体，进入水体中的镉，能通过食物链而被富集放大，也能以元素形式直接被浮游生物和高等生物吸收。因此，寻找一种很好解决镉污染的办法，对于良好生态环境的维持，尤其是工业发达的城市生态环境是很重要的。

治理水体重金属镉污染，传统的方法主要以物理和化学方法居多，包括沉淀法、螯合树脂法、高分子捕集剂法、天然沸石吸附法、膜技术、活性炭吸附工艺、离子交换法等^[2，3]。这些方法具有净化效率高、周期较短等优点，但工作流程大多过长、操作繁琐、处理费用昂贵。因此，人们一直在寻求更为环保、经济适用的方法来代替它们。

生物修复是这种环保、经济适用型方法之一，自1989年美国利用生物修复技术成功处理“瓦尔迪斯”号油轮溢油污染[4]以来，已被国内外研究者应用到各种污染处理中。这一技术普遍被认为具有物理、化学修复方法所无法比拟的优点，费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水二次污染、可以美化环境、易为社会接受，发展前途十分广阔。

在此基础上探索藻类对重金属污染水体的生物修复技术已逐渐成为国际水体污染治理研究中的一个新热点。利用藻类清洁修复水体中的重金属在国内报道相对较少，国外对褐藻的重金属累积方面的研究进行得比较深入，但实际运用还鲜有报道。对于藻类之一的衣藻镉耐受能力和重金属累积能力，已有较多相关文献报道，同时着重于研究衣藻在重金属镉的胁迫下，光系统II光化学活性的改变及其机制，以及氮代谢、硫代谢的代谢变化状况等。衣藻作为微藻光水解放氢的模式植物，国外研究已很深入，正在尝试从实验室向产业化方向迈进。申请者之一的朱毅曾获得衣藻放氢的相关授权专利(ZL 2005 1 0011297.2)，藻菌复合体系的实践模式也在专利中应用。在本专利中，依旧应用衣藻除镉产氢，同时选择了具备更优异吸镉能力的蜡样芽胞杆菌Bacillus cereus(CGMCC 1.1846)，以及更优异发酵放氢能力的丁酸梭菌Clostridium butylicum(CGMCC 1.209)

利用微生物治理修复镉污染土壤的研究，相比于大型陆生植物要早得多，但实际运用却并不广泛。微生物治理周转速度快，生物量易于累积，加之复合微生物体系协同增效，能更好地发挥吸附修复作用。目前研究表明，某些藻类对镉等重金属的最大吸附容量在0.8至1.6mmol/g(干重)之间，吸附容量比其他种类的生物体高得多。吸附速度快，10min内，镉从溶液中的去除率可达到50％以上，因此，藻类适合于发展成为高效的生物吸附材料。

目前微生物修复镉污染的水体是环境技术领域的一个前沿热点，利用藻菌复合体系协同治理是新颖的思路；更为巧妙的技术设计在于修复了镉污染水体的同时，还生产出大量清洁能源——氢气，本发明充分利用藻菌高效复合体系，具有停留时间短，占地面积小，费用低，附加值高等优点，为处理城镇及农村的污水提供了一可行的途径。

[1]李然，李嘉，赵文谦。水环境中重金属污染研究概述。四川环境，1997，16(1)：18～22。