[发明专利]含重金属的废水的处理方法

说明书

技术背景

本发明涉及含硫酸盐和重金属的废水的处理，包括生物还原(biological reduction)和水不溶性金属组份的沉降。生物还原可以是金属还原为低价态形式而形成金属沉淀物如金属硫化物、金属碳酸盐、金属氧化物或氢氧化物、金属磷酸盐或者元素态的金属；生物还原也可以是硫成分如硫酸盐还原为硫化氢而可以使金属以金属硫化物的形式进行化学沉降；或者生物还原是金属和硫成分均发生还原，并产生金属硫化物。金属硫化物被从废水中分离出来。

WO 80/02281、WO 91/16269和WO 97/29055中公开了将硫酸盐生物还原为硫化物而使金属以金属硫化物的形式进行沉淀的工艺。在这些现有工艺中，金属硫化物在常规的生物反应器(bioreactor)中形成，并于澄清槽中进行分离。这些工艺不太适于稀的废水物流即所含重金属离子在ppm范围内的废水物流，因为水力学的限制(hydraulic limitation)要求必须使用相对较大的生物反应器体积，而使得该工艺成本太高。

US 4,522,723描述了一种将含重金属和硫酸盐离子的采矿废水滤过含有硫酸盐还原菌的沙土(sand and soil)而降低重金属和硫酸盐离子浓度的方法。不溶的金属硫化物可以用浮选法(flotation)或过滤法加以回收，但该专利没有含有这类回收的具体信息。Remacle和Houba(《环境中重金属国际大会》，1983年1月1日，第936-939页)提出在流化沙床(fluidized sand bed)中通过重金属在细菌中的富积而从工业废水中予以脱除。根据该方案，细菌和重金属一起定期地从沙床中进行回收，并进行进一步地处理。但没有提供金属和细菌间的分离。因而，提供一能从废水中分离重金属而得到致密金属残留物的经济可行的工艺，仍是需要解决的问题。

发明的描述

本发明发现了一种连续的工艺，它可以处理含重金属的稀的废水而得到较浓的残留物。该工艺的特征是：将金属和/或废水中存在的硫成分或加入到废水中的硫成分进行生物还原，在沙床中使金属或金属化合物沉降。沙床中的沙粒至少部分地固定细菌，并保留沉降的金属组份。处理过的废水优选通过重力法与沙粒和金属沉淀物分离开来。清洗沙粒，将沉淀的金属和部分生物量(biomass)从沙中分离出来。废水中残留的少量的硫化物可以在沙床的下游用生物法或化学法除去。

在一优选的实施方案中，沙床采用所谓的移动沙床(moving sandbed)，即沙床处于连续的运动中，使得可以同时进行金属沉淀物从废水中的过滤和金属沉淀物与沙粒的分离。合适的沙床是EP-A-590705中所述的动态沙滤床(dynamic sand filter)，其示意图见图1。本发明所用的动态沙床不同于流化床，流化床基本上是静态床。在这样的动态沙滤床中，由于形成生物膜，起还原作用的生物量固定在沙粒上。底部的沙子通过气流(氮气或空气)等手段被连续地向上移走，气流起到大型泵的作用。沙子移走并随后进行清洗的速率可按照WO 98/39255中的方法进行控制，以保证金属最终为浓缩的物流。所以，气体的供应可以作为干净沙床之沙床阻力的函数进行调控。下面的附图说明中将进一步说明沙滤床的操作。

本发明的工艺可以用于除掉那些在生物还原为适当价态后可以沉降的金属，沉降形式可以为金属本身或其与废水中通常存在的或加入的(pH增加)阴离子所形成的盐(氢氧化物、碳酸盐、氧化物，有时为磷酸盐或硫酸盐)。还原的金属形成不溶的沉淀物，从沙粒和废水中分离出来。例如，硒和碲可以以元素的形式沉降(如Se⁶⁺→Se⁴⁺→Se⁰↓)，铬可以以氢氧化物的形式沉降(如Cr⁶⁺→Cr³⁺→Cr(OH)₃↓)，铀(IV)和钒(IV)可以以氢氧化物、氧化物或碳酸盐的形式沉降(如U⁶⁺→U⁴⁺→UO₂↓)，锰则以碳酸盐的形式沉降(如Mn⁶⁺→Mn⁴⁺→Mn²⁺→MnCO₃↓)。