有色重金属废水生物法深度处理的基础研究

我国水资源十分短缺，但产量位居世界第一、属我国六大高耗水行业之一的有色金属工业同时又在源源不断地排放汞、砷、镉等重金属废水，其回用率仅约为52%，导致质量型缺水和水资源浪费严重。有色重金属废水目前传统的石灰中和法仅限于达标排放，不能实现深度处理，尤其是人为添加Ca2+导致废水回用困难。有色重金属废水深度处理与回用新方法及其基础理论研究是有色金属行业节水和环保的迫切需求。拟研究：①内生菌的生理生化特征及其产生活性代谢产物过程动力学，②生物制剂的结构与重金属废水深度处理效果之间的"构效关系"，③生物制剂深度净化废水中重金属离子的作用机理，④净化有色重金属废水中阴离子的机理及工艺特征，⑤有色重金属废水生物处理污泥的形成与调控机制。通过本项目研究，旨在丰富重金属废水生物处理方法的理论体系，并形成有色重金属废水生物处理与回用的新技术原型。

有色金属工业是我国六大高耗水行业之一，排放大量含汞、砷、镉等重金属废水，而其回用率仅为 52%，导致质量型缺水和水资源浪费严重。有色重金属废水具有离子种类多、组份复杂、金属浓度和硬度高、水量大等特点，长期缺乏经济高效的处理技术，目前采用的石灰中和法存在不能稳定达标排放、废水回用困难等问题。项目围绕有色重金属废水深度处理与回用新方法及其基础理论，系统研究内生菌的生理生化特征及其应用，生物制剂的结构与重金属废水深度处理效果之间的"构效关系"，生物制剂深度净化废水中重金属离子的作用机理，净化有色重金属废水中阴离子的机理及工艺特征，有色重金属废水生物处理污泥的形成与调控机制，等。通过项目研究，①发明了可分离筛选出对重金属具有特异性内生菌的方法，开展了内生菌应用于重金属污染修复的方法，揭示了复合功能菌群协同去除多种重金属的作用机制；②建立了生物制剂结构与重金属废水深度处理效果之间的“构效关系”，研发了细菌代谢产物功能扩增的多基团嫁接技术，发明了用于深度净化重金属的生物制剂及其制备方法，并实现产业化，建立了1万吨/年的生产线；③针对有色重金属废水深度净化与回用难题，发明了"多基团配合-水解-脱钙-分离"新工艺，实现基于微生物特异性的大规模重金属废水深度净化的工程化，已推广应用于我国最大的铅锌冶炼企业株洲冶炼集团、河南豫光金铅股份有限公司等近20个重金属废水处理工程，处理后重金属浓度满足《铅、锌工业污染物排放标准》（GB 25466-2010），废水回用率提高到95%以上；④针对废水中的阴离子，合成高效除硫酸根离子的聚胺吸附树脂和聚间苯二胺、高效除氟的铁铝氧化物复合纳米磁性材料和铁基生物絮凝剂，完善了有色重金属废水中阴离子净化的理论基础；⑤发明了基于Zeta电位半定量评价重金属废水污泥沉降性能的方法，揭示生物制剂法处理重金属废水过程中污泥的形成机理，为实现固液高效分离提供理论依据。此外，建立了生物制剂处理后净化水回用于锌电解过程的指标体系；建立了铬在土壤和地下水中的迁移及对人类健康风险的模型，等。.通过项目研究，申请国家专利23项，授权11项；获国家杰出青年基金1项，国家技术发明奖1项，省部级奖2项；发表论文66篇，其中SCI 收录34篇，EI 12篇，出版专著2部，培养博士12名(毕业6名)，硕士20名（毕业18名），协办国际会议两次，受邀作国际国内学术会议大会主题报告7 次。