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涉重危废/固废中有价金属的生物沥浸-富集回收技术

危废技术网 2018-12-16
 

涉重危废/固废来源广泛、种类繁多、组分复杂, 但主要来源于材料/产品失效(材料源)和工业过程加工(工业源)。前者包括各种失效催化剂、废旧电池、废旧电子线路板等;后者包括冶炼废渣、再生冶炼废渣、电镀污泥、酸洗污泥等。据环保部统计,我国2015年各类危废产生量4220万吨;估计涉重危废总量为1500-2000万吨,其中废旧电池、失效催化剂、废旧电子线路板均在数十万吨级, 而冶炼废渣、再生冶炼废渣、电镀污泥、酸洗污泥则在数百万吨级。这些数量巨大的涉重危废含有高浓度的剧毒/有价/稀贵金属如铬、镉、铅、砷、汞、铜、镍、钴、锌、铝、锰、锡、钼、金、银、铟、镓、锗等。涉重危废的不当处置是当前我国重金属污染土壤大面积爆发的主因之一,而近期频频发生的不少涉砷、涉铅、涉镉污染公害事件则直接源于涉重危废的非法倾倒。随着新环保法的执行,尤其是“危废3吨入刑”的震慑下,未来会催生更大的涉重危废产生量;可以预计涉重危废的规范安全处置将是固废管理和技术领域的重大挑战。

生物沥浸技术指通过特定微生物的直接作用或其代谢活性产物的间接作用将固相材料中目标金属浸出并进入液相的过程。该技术在常温常压工况条件下实现目标金属的浸提溶释,具有经济高效、环境友好、绿色安全的特点。生物冶金技术已广泛用于低品矿石中目标金属的浸提和回收;但生物沥浸技术在冶炼废渣、再生冶炼废渣、电镀污泥、废旧电池、废催化剂等涉重危废有价金属浸提回收方面尚无实际的工程化应用。

生物沥浸技术研究室2006年全面开展涉重危废/固废中有价金属的生物沥浸回收技术研究。首次提出并阐明了基于Fe2+还原的Fe2+/Fe3+循环是涉重危废生物沥浸的重要机制;首次研究了胞外多聚物在涉重危废有价金属高效浸提的表面化学和电化学机理;提出了消除和抑制涉重危险废物有毒组分对沥浸菌株毒性效应的整套工艺;提出了高固液比条件下(4%-10%)涉重危废高效浸提的关键技术和工艺参数。多年的研究表明,虽然针对硫化矿的生物冶金技术和针对涉重危废的生物沥浸技术工作原理大致相同;但由于涉重危废大都是氧化物或氢氧化物且含有很多有机物和有毒物,碱度高、毒性大,所以生物沥浸技术和生物冶金技术在金属溶释机理、溶释过程、溶释行为、溶释调控、培养基乃至动力学和热力学都存在巨大差异。

近年来,生物沥浸技术研究室已成长为世界上具有重要影响力的生物沥浸技术研究实验室之一。在国际顶级刊物BT等权威杂志发表SCI和EI论文近60篇,获得国家发明专利授权10项。2016年发表SCI文章8篇。2012年9月韩国世界生物技术大会(4年一次)受邀做特邀报告,并主持环境微生物技术分会生物沥浸主题。课题组还聘请全国唯一的固废处理领域院士----中国环科院段宁研究员为兼职博导,进一步加强了研究力量和学术地位。

近期,研究组开发了新一代生物固相催化再生浸提富集工艺(图1),研制了滤液再生-固相浸提从各类涉重固废/危废中快速浸提和富集有价金属的成套工艺装备(图2),并在浙江省湖州市完成项目中试(图3)。在专用反应器中实现了微生物的高浓度生长,生物量较之常规反应器提高了 10倍,浸提时间由原来的7-10天缩短至6-12小时。该工艺以价格低廉的无机能源底物甚至废弃物为培养基质,通过微生物的多种作用机制在常温常压的温和工况下浸提目标金属,运行安全、成本较低;而且通过浸提液的反复再生实现了“一瓢水”洗10-20拨“衣服”,这样大大减低了培养基和水的消耗,成本进一步下降;同时高度富集了各种有价金属,大幅减低了后续萃取分离纯化和分级沉淀回收的投资/运行成本。生物浸提富集工艺可完全替代传统的浓酸湿法浸提工艺,其主要特点和优势具体列举如下:


1.微生物的直接作用以及代谢活性物质的间接机制溶释危固废中剧毒和有价金属,体现绿色性。

2.常温常压条件下实现金属的溶释,以廉价废糖蜜、废硫膏、黄铁矿为能源底物,体现安全性。

3. 固相生物催化再生实现沥液的多次循环(10)和溶释金属的高浓度富集浓缩,体现经济性。

4. 回收有价金属、建材化利用脱毒废渣,实现危废全方位循环和彻底无害化处理,体现循环性。

5. 可用于冶炼废渣、再生冶炼废渣、电镀污泥、废旧电池、废催化剂等各种危废,体现广谱性。

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