垃圾焚烧飞灰浓度对黑曲霉生长及重金属生物淋滤效果的影响

采用黑曲霉生物淋滤飞灰中的重金属,探讨了不同飞灰浓度对菌体生长、pH值、产生的有机酸种类及金属溶出效果的影响,并比较了生物淋滤处理前后飞灰的浸出毒性.结果表明,黑曲霉在代谢生长过程中产出的有机酸使pH值下降,将重金属从固相的飞灰中溶出.呈碱性并含有毒重金属的飞灰使黑曲霉的生长出现了延迟期.当飞灰质量浓度为20 g/L时,菌体生长量在192 h达到最大值(28.61 g/L),淋滤结束后的最低pH值为3.85,重金属溶出效果最佳.其中,Cd的溶出率达93.06%,Mn、Pb和Zn的溶出率均在70%左右,Fe、Cr和Cu的溶出率分别为22%、33%和47%.经生物淋滤后的飞灰中7种重金属浸出浓度远低于国家控制标准.     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出污泥中的重金属离子

为研究氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,At. f)对污泥中重金属的浸出机制,进行了空白、直接浸出(At. f)、加亚铁浸出(At. f +Fe2+)、加亚铁和硫酸浸出(At. f+Fe2++H2SO4)4组生物淋滤实验,分析淋滤前后污泥的成分和物相变化.结果表明加亚铁和硫酸浸出淋滤后Cu、Zn、Ni、Pb和Cr的去除率可分别达到90.8%、100%、87.5%、51.6%和83.3%,高于其他3种体系;定量计算和动力学拟合结果表明,5种金属在直接-间接(加亚铁)浸出中的质量含量和速率常数(k)均高于直接浸出.EDS和XRD证实污泥浸出前后样品组分主要是C(26.2%~37.5%)、O(32.5%~45.7%)和一些无机化合物(如铝盐和SiO2),生物淋滤后会造成营养元素(P和Ca)的部分流失.此外,ICP-MS分析表明其他金属(如Cd、Fe、Mn)也能同时被溶出.基于结果分析,提出FeSO4·7H2O和H2SO4的加入有助于生物淋滤系统的启动,其中Cu、Pb、Cr和Ni主要以间接浸出为主,而Zn是直接和间接浸出共同作用.     

硫粉投加量与污泥含固率之比对生物淋滤过程的影响

通过接种污泥硫细菌混合菌液,研究了S粉投加量与污泥含固率之比(SA/TS)对城市污泥中重金属生物淋滤效果的影响.结果表明,增大SA/TS值能显著缩短淋滤时间,提高淋滤效果.当SA/TS为2.5,经过8 d生物淋滤,Cu和Zn的淋滤效果可达到最佳,溶出率分别为66.2%和63.9%.淋滤进行16 d后,Pb的溶出率为30.8%.对于Cu,不论淋滤前后有机态都是较强的结合态.Zn的溶出主要是由于结合能力强的铁锰氧化态在淋滤过程中被大量浸出.Pb经过16 d的淋滤,铁锰氧化态所占比例有所下降而有机态比例上升.加大SA/TS有利于提高S粉的利用率,对N的保存影响不大,但增加了P的流失.     

表面活性剂强化污泥生物淋滤Cu、Zn的研究

通过接种经Tween-80驯化培养的污泥混合硫杆菌,研究了不同浓度表面活性剂Tween-80对污泥生物淋滤过程中重金属Cu、Zn溶出效果的影响.同时探讨了Tween-80对混合硫杆菌氧化元素硫能力的影响.结果表明,投加0.5~8.0g/L Tween-80能促进硫杆菌氧化元素硫,并随着投加量的增加,元素硫的氧化率提高.但是在污泥生物淋滤实验中,随着Tween-80投加量增加,这种促进作用先加强后被抑制.Tween-80最佳投加量为6.0g/L,这时元素硫的生物氧化率显著提高,污泥酸化加快,经过8d的淋滤,Cu和Zn的淋滤效果可达到最佳,溶出率分别为91.9%和90.4%,而对照组在第10d淋滤效果达到最佳,分别为80.1%和85.2%.但是当Tween-80浓度大于6.0g/L时,硫杆菌的生长和繁殖受到抑制,使生物淋滤反应速度减缓,去除效率较低.     

复合硫杆菌生物淋滤对Mn去除的研究

通过利用复合硫杆菌(氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌)在不同接种量(5%,10%,20%)对市政污泥进行生物淋滤实验,探讨了淋滤过程中pH和氧化还原电位(ORP)、Mn的淋滤效果及淋滤过程中其形态的变化。结果表明:该方法能有效淋出污泥中的Mn,生物淋滤12d后,10%接种量反应器Mn的淋出率达到100%;Mn的淋出率受pH和ORP的双重影响,与pH和ORP的关系为:淋出率等于2.439-0.452pH-0.002ORP;各形态中Mn的可交换态和残渣态变化幅度大,从形态变化上表明该淋滤反应对Mn具有有效的淋出;Mn各形态的淋滤能力是:碳酸盐结合态>铁锰氧化物结合态>残渣态>有机物结合态。     

生物淋滤联合类Fenton反应去除污染土壤中重金属的效果

针对我国南方地区广泛存在的土壤重金属污染问题,以广东韶关铅锌矿周边污染农田土壤为研究对象,探讨利用生物淋滤方法与生物淋滤联合类Fenton反应对土壤Cu、Zn、Cd和Pb的去除效果,并采用序列化学提取(SEC)方法,分析不同处理对土壤中4种重金属形态分布的影响.结果表明,经12 d生物淋滤Cu、Zn、Cd和Pb的去除率分别达到66.5%、55.1%、72.8%和35.6%,其中无机结合态重金属去除效果最好,固相中剩余重金属主要以稳定的残渣态形式存在.2 d生物淋滤联合类Fenton反应在优化的H_2O_2浓度(5 g·L-1)下,对上述4种重金属的去除率分别为55.6%、50.6%、60.7%和30.5%,低于12 d生物淋滤处理,但显著高于H_2SO_4酸化、2 d生物淋滤、化学Fenton反应等对照处理.生物淋滤联合类Fenton反应可以实现原土壤中残渣态、有机结合态和无机结合态等较稳定态重金属的有效去除,使处理后土壤中4种重金属Cu、Zn、Cd和Pb的含量分别低于50、200、0.3和250 mg·kg~(-1)的标准限值.该方法兼具生物淋滤高去除效率和Fenton反应快速处理等优势,对于修复重金属Cu、Zn、Cd和Pb等复合污染的土壤具应用前景.     

硅酸盐细菌脱硅处理对垃圾焚烧飞灰生物淋滤效果的影响

从土壤中分离筛选到1株硅酸盐细菌SDB6,经鉴定为胶质芽孢杆菌.探讨了氮源、初始pH值、温度、转速以及装液量对菌体生长的影响,并对影响因素进行正交优化,得到最佳培养条件为:质量浓度10 g/L酵母粉为氮源,250 mL锥形瓶中装液量为50 mL,初始pH值7.5,温度30℃,转速180 r/min.利用1株耐重金属黑曲霉AS 3.879M对原始飞灰和SDB6脱硅处理后的飞灰进行生物淋滤处理20 d,对比分析淋滤液中有机酸浓度、溶出金属浓度以及处理后飞灰的浸出毒性.结果表明,与未脱硅飞灰相比,脱硅与生物淋滤组合处理后的飞灰中金属溶出效果显著提高.Cu、Mn、Cr、Zn以及Fe的溶出率分别达到了31%、75%、60%、60%和48%,飞灰中50%的金属(Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Pb、Zn)被浸出.处理后飞灰浸出毒性远低于国家标准,可以安全地进入填埋场或进行资源化利用.     

Tween-80对生物淋滤法去除垃圾焚烧飞灰中重金属的影响

通过接种氧化硫硫杆菌和序批式培养试验,研究了不同浓度表面活性剂Tween-80对飞灰生物淋滤过程中重金属溶出的影响.Tween-80的作用表现为:低质量浓度促进,高质量浓度抑制,最佳质量浓度约为1.5g/L.ρ(Tween-80)为1.5 g/L时可显著提高元素硫的生物氧化速率,加速飞灰浆液的酸化,从而提高飞灰中重金属的溶出(去除)率.但是当ρ(Tween-80)超过3.0 g/L时,将对硫杆菌的生长与增殖产生抑制甚至毒害效应,使生物淋滤反应不能顺利进行.结果表明:在常规的飞灰生物淋滤处理中添加1.5g/L的Tween-80,经过15 d的淋滤,Cd,Zn,Cu与Pb的去除率最高分别达到87.1%,81.8%,72.3%与31.9%;而不加Tween-80的对照组,4种重金属的去除率分别为84.0%,74.4%,67.5%与27.1%.      

利用响应面法优化生物淋滤飞灰处理条件的研究

利用响应面法进行试验设计,选定蔗糖初始浓度、黑曲霉孢子浓度、投加的飞灰浓度以及飞灰投加时间作为影响因素,对生物淋滤城市生活垃圾焚烧飞灰的处理条件进行优化.通过响应面法,得到飞灰中Cd、Cr、Fe、Mn、Zn及重金属总量与4种因素之间的非线性回归方程,确定了生物淋滤的最适条件范围:蔗糖初始浓度为114~126g/L;黑曲霉孢子浓度为(1.6~2.1)×107个/mL;飞灰浓度为29~39g/L;飞灰投加时间为3.6~4.4d.在最适条件下,70g/L飞灰经20d生物淋滤后,溶出重金属总浓度降为901mg/L,占飞灰中重金属总量的41%,处理后飞灰的重金属浸出毒性远低于国家标准.     

污泥中氧化亚铁硫杆菌的分离及其应用效果

以FeSO4.7H2O为能源物质,采用9K选择性培养基培养继以Leathen固体培养基平板接种法直接从污泥中分离出一株高度嗜酸的氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)菌株该菌株适应污泥环境速度快,易于驯化.序批式试验法研究表明,接种该菌株进行污泥生物淋滤可有效溶出污水污泥中重金属.经过4～10 d的生物淋滤,Cr、Cu、Zn的最高去除率可分别达到80%、100%和100%.     

Penetration analysis of elements and bioleaching treatment of spent refractory for recycling

Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC23270 and Acidithiobacillus thiooxidans TM-32 were used for bioleaching of spent refractories of aluminium and copper melting furnaces for their recycling.Firstly,penetration of elements into aluminium melting furnace refractory was investigated and it was found that up to 7 cm from surface was contaminated.Comparison on leaching efficiency by the strains ATCC23270 and TM-32 found that the strain ATCC23270 could treat larger amount of the refractories than the strain TM-32 could do.In the experiment of bioleaching of spent refractory aluminium melting furnace by the strain ATCC23270,high leaching efficiency were obtained on Al,Si,and Ca,and extremely low leaching performance was,however,shown on the rest of elements i.e.,Na,Mn,and Zn.Under the strain TM-32 use,relatively high leaching performance was recognized on Al,Si,Ca,Na,Mn,and Zn.In the experiment of bioleaching for spent refractory copper melting furnace,almost the same leaching trends were shown on Cu,Zn,Al,and Si under the strains ACTT23270 and TM-32 uses.     

Bioleaching of spent Ni-Cd batteries and phylogenetic analysis of an acidophilic strain in acidified sludge

Biohydrometallurgy is a novel method to recycle discarded batteries, in which sewage sludge is used as microorganisms and culture due to the presence of indigenous Thiobacilli. A two-step continuous flow leaching system consisting of an acidifying reactor and a leaching reactor was introduced to achieve the bioleaching of spent nickel-cadmium (Ni-Cd) batteries. The acid supernatant produced in the acidifying reactor by the microorganisms with ferrous ions as the substrate was conducted into the leaching reactor to dissolve electrode materials. The efficiency of a batch treatment of batteries was examined. The results showed that the complete dissolution of two AA-sized Ni-Cd batteries with 0.6 L/d acid supernatant took about 30, 20, and 35 days for Ni, Cd, and Co, respectively. But the dissolution ability of the three metals was different. Cd and Co can be leached mostly for pH below 4.0 while the complete dissolution of Ni can be achieved for pH below 2.5. Meanwhile, a strain (named Thiooxidans. WL) accounting for the reduction of pH in the acidified sludge was isolated and sequenced. It was identified to be 100% similar to Acidithiobacillus ferrooxidans strain Tf-49 based on 16S rDNA sequence analysis. The relevant phylogenetic tree constructed indicates that the strain should be classified into genus Acidithiobacillus ferrooxidans.     

废旧Zn-C电池-活性污泥炭的制备及对SO_2的吸附

以污水厂二次污泥为主要原料,掺杂不同量的废旧Zn-C电池电极材料,采用Zn Cl2活化法制备出废旧Zn-C电池-活性污泥炭,表征分析污泥炭样品的碘吸附值、BET、FT-IR、SEM-EDS和XRD,并进行了低浓度SO2气体动态吸附试验.试验结果表明,污泥与电池粉末质量比为3∶1时,污泥炭的碘吸附值和比表面积分别达到750.6 mg·g-1和708.5 m2·g-1,优于纯污泥炭;回归分析表明,污泥炭吸附低浓度SO2的速率可用班厄姆公式描述,吸附平衡表达式可用Freundlih方程、Langmuir等温方程式表达,而Freundlih方程拟和效果更好.     

废旧锌锰电池锌锰元素的分析表征

为了解废旧锌锰电池的锌锰元素特征,以废旧碱性(A-A)和酸性(Zn-C)电池为研究对象,采用化学分析、BCR连续萃取技术、SEM-EDS和XRD等手段对拆分的电池正、负电极材料中的锌锰元素进行了分析表征.实验表明:废旧碱性(A-A)电池中Mn、Zn分别占到正极材料质量的49.2%、10.3%,以Zn Mn2O4四方体锌锰矿结构晶体存在;Zn占负极材料的52.5%,以Zn O晶体存在;废旧酸性(Zn-C)电池混合电解质中,Mn、Zn各占41.8%和25.2%,分别以Zn Mn2O4、Mn O2、Zn5(OH)8Cl2·H2O和Zn(NH3)2Cl2等晶体存在.BCR处理结果显示,A-A电池正极和Zn-C电池混合电解质中,Mn主要为残渣态较难酸释,而A-A电池负极中的Zn易于回收.     

微生物浸出低品位氧化物型镍钴矿研究新进展

微生物浸出技术是处理低品位矿石的有效措施。但目前我国主要针对硫化矿的自养微生物浸出进行研发,而对异养微生物浸出氧化型矿石研究很少。异养微生物可通过其产生的代谢产物的酸解、还原、碱解及络合作用来提取或者溶解低品位氧化物型镍钴矿中的镍、钴金属,有助于解决目前我国镍钴资源短缺及为重金属污染治理提供技术方法。本文针对低品位氧化型镍钴矿、风化壳、以及冶金渣、废电池、废催化剂等二次资源,介绍了世界镍钴资源的现状和低品位氧化物型镍钴矿的资源类型,对异养微生物浸出低品位氧化物型镍钴矿研究现状进行了剖析,指出了异养微生物冶金的主要浸矿条件和存在难题,提出了氧化物型镍钴矿微生物浸取的研究方向。     

废旧锌锰电池生物淋滤-水热法制备纳米锰锌铁氧体

以氧化硫硫杆菌(A.thiooxidans)和氧化亚铁钩端螺旋菌(L.ferrooxidans)为混合淋滤菌株对废旧锌锰电池进行了生物浸提,并以获取的淋滤液为前驱体,采用水热法制备出系列锰锌铁氧体软磁材料(Mn_(1-x)Zn_xFe_2O_4,x=0.2~0.8);结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱(SEMEDX)、振动样品磁强计(VSM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、热重-差热分析(TG-DTA)等表征手段对制备材料的结构、形貌、磁学性能和稳定性进行分析.结果表明,在5%固液比(质量体积比,5 g/100 mL,以下均表述为"5%固液比")下,经过5 d的外源酸调控生物浸提,分别获得了84.5%、63.2%的Zn、Mn浸出效率;当Zn∶Mn∶Fe=0.4∶0.6∶2.0(物质的量比,即x=0.4)时,制备的纳米级Mn_(0.6)Zn_(0.4)Fe_2O_4性能最优,属纯相的立方尖晶石结构,颗粒分布均匀,饱和磁化强度(M_s)、剩余磁化强度(M_r)和矫顽力(H_c)分别为68.9 emu·g~(-1)、4.7 emu·g~(-1)和53.6 Oe,具有热稳定性和耐酸碱性,有望成为一种新型的水处理磁性材料.     

酒石酸浸出钴酸锂动力学机理研究

提出了一种绿色回收废旧钴酸锂电池正极活性物质的方法。采用酒石酸为浸出剂和还原剂,湿法回收废旧钴酸锂电池中的钴和锂。结果表明:钴酸锂与酒石酸摩尔比为1∶4,反应固液比为15 g/L,反应温度为90℃,反应时间为5 h时,金属钴和锂的浸出率分别为92.95%、91.86%;动力学分析显示,Co、Li浸出反应利用经典模型拟合效果最佳,其表观活化能分别为55.20,63.65 kJ/mol,浸出过程属于吸热反应和化学反应控制。该工艺可实现废旧钴酸锂正极活性物质的高效绿色回收,为其他废旧锂离子电池的回收提供理论基础。