一種基于pH和電位共調(diào)控的生物浸提含重金屬?gòu)U物中重金屬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域中含重金屬?gòu)U物的處理方法，具體涉及一種基于高效的生物 浸出含重金屬?gòu)U物中重金屬的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電鍍污泥是表面處理行業(yè)的終極固體廢物，它易積累、不穩(wěn)定、難降解、量大（據(jù) 環(huán)保部統(tǒng)計(jì)約2306萬噸/年），且毒性成分復(fù)雜，尤其含有大量的鉻、銅、鎳、鋅等有毒重金 屬，已經(jīng)被列為國(guó)家重點(diǎn)危險(xiǎn)廢物。但同時(shí)電鍍污泥中富含的多種重金屬含量遠(yuǎn)高于礦產(chǎn) 開發(fā)品位，其潛在價(jià)值很高，是一種不可多得的廉價(jià)可再生有色金屬資源。
[0003] 廢物綜合利用，變廢為寶，從電鍍廢渣中提取有價(jià)金屬，這是節(jié)能降耗、可持續(xù)發(fā) 展的一項(xiàng)重要內(nèi)容。電鍍污泥資源化回收利用的第一步是浸出工藝。現(xiàn)有技術(shù)中常利用 無機(jī)酸（如HC1、顯0 3或H #04等）、有機(jī)酸（如檸檬酸、草酸等）或氨浸等化學(xué)方法資源化 回收電鍍污泥中的重金屬，雖然能夠短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)電鍍污泥中重金屬回收，但這些處理方 法在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及技術(shù)可行性上存在這樣或那樣的局限，具體包括：（1)流程較長(zhǎng)，成 本較高，金屬回收率較低，分離提取較難，綜合利用效果較差；（2)能耗高，污染大，作業(yè)環(huán) 境惡劣，產(chǎn)生二次廢渣和廢氣、廢水等問題；（3)傳統(tǒng)的回收方法更多適用于處理回收高品 位、成分簡(jiǎn)單的電鍍污泥；對(duì)于低品位、成分復(fù)雜的電鍍污泥因技術(shù)瓶頸、經(jīng)濟(jì)瓶頸等原因 只能填埋處理或廢棄。
[0004] 生物浸提法（或生物淋濾）作為近年來在生物冶金基礎(chǔ)上發(fā)展起來的資源化利用 新技術(shù)，在固體廢物資源化處理中逐漸受到關(guān)注。生物淋濾是利用微生物的氧化、酸溶、代 謝產(chǎn)物螯合等作用使礦物中的金屬溶解，從而達(dá)到浸提金屬目的的技術(shù)。該技術(shù)由于具有 成本低、環(huán)境友好，對(duì)物料組成沒有嚴(yán)格限制等特點(diǎn)，尤其適合處理復(fù)雜、低品位的含金屬 固體廢物。該技術(shù)最早應(yīng)用于Cu、Co、Ni、Zn、U等低品位、分散、難處理的金屬硫化礦物或 其氧化礦物的浸出，或用以去除阻礙與金屬接觸的表面雜質(zhì)（如生物氧化預(yù)處理金礦），并 已得到了規(guī)?；瘧?yīng)用，成為世界上礦物資源加工利用的前沿技術(shù)。由于生物浸提法獨(dú)特的 優(yōu)勢(shì)，可作為傳統(tǒng)電鍍污泥浸取技術(shù)的重要補(bǔ)充及改進(jìn)，同時(shí)也可為該類難處理污泥提供 新的資源化利用途徑，但現(xiàn)有技術(shù)中很少有利用生物浸提法對(duì)電鍍污泥中的重金屬進(jìn)行資 源化處理的相關(guān)報(bào)道。
[0005] CN 102719657 A中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種生物淋濾資源化回收電鍍污泥中的重 金屬的方法，但該方法操作繁雜，例如增加了對(duì)處理對(duì)象電鍍污泥進(jìn)行預(yù)處理（如烘干、 研磨、過篩等）和菌體收集等過程，且菌種組成簡(jiǎn)單（僅使用氧化亞鐵硫桿菌或者氧化硫硫 桿菌），浸出過程長(zhǎng)（一般需要5-6天），因而該技術(shù)方案存在處理速率較低、綜合運(yùn)行成本 高、處理效果較差、且處理適用對(duì)象單一（含銅或鎳污泥）等問題，實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用可能存 在一定的限制性。
[0006] CN 103451437 A中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種含銅鈷鎳的有價(jià)金屬泥渣的回收方法。 該方法提出用生物輔助劑協(xié)助酸浸出電鍍污泥中的銅或鎳，但耗酸量大，產(chǎn)生二次污染多， 且未公開在化學(xué)浸出為主的工藝過程中，生物助劑如何處理電鍍污泥從而回收得到銅鎳等 金屬。因此，該方法實(shí)質(zhì)上還只能算是以化學(xué)浸出為主的電鍍污泥中重金屬的綜合處理方 法。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有的電鍍污泥生物處理技術(shù)存在耗酸大、處理對(duì)象簡(jiǎn)單、回收周期 長(zhǎng)、處理效率低、處理效果還不夠理想等問題，還難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上【背景技術(shù)】中提到的不足和缺陷，提供一 種有利于加速生物浸出污泥中金屬、縮短浸出時(shí)間、減少酸耗、大大提高生物浸出效率的基 于pH和電位共調(diào)控的生物浸提含重金屬?gòu)U物中重金屬的方法。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種基于pH和電位共調(diào)控的生 物浸提含重金屬?gòu)U物中重金屬的方法，該方法特別適合于電鍍污泥的處理，當(dāng)然也可推廣 應(yīng)用至其他的含重金屬?gòu)U物，具體包括以下步驟：
[0010] 在嗜酸鐵氧化微生物菌劑浸出含重金屬?gòu)U物過程中，全過程控制浸出體系的pH 值在I. 0~4. 0,同時(shí)結(jié)合氧化劑以及還原劑對(duì)浸出體系的氧化還原電位進(jìn)行調(diào)控，使浸出 體系的氧化還原電位控制在420mV~650mV ;且浸出過程中浸出體系的pH值分階段逐步升 高，浸出體系的氧化還原電位分階段逐步升高，浸出總時(shí)間在8h以內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)嗜酸鐵氧 化微生物菌劑對(duì)含重金屬?gòu)U物中重金屬的高效浸出。
[0011] 上述的方法中，優(yōu)選的：所述浸出過程分為浸出前期、浸出后期兩個(gè)階段，在浸出 前期浸出體系的pH值控制在I. 0~2. 5,同時(shí)浸出體系的氧化還原電位控制在420mV~ 450mV ;在浸出后期浸出體系的pH值控制在2. 5~4. 0,同時(shí)浸出體系的氧化還原電位控制 在 550mV ~650mV。
[0012] 上述的方法中，更優(yōu)選的：所述浸出前期、浸出后期的劃分是以當(dāng)浸出體系中有至 少50% (優(yōu)選50%~90%)的目標(biāo)重金屬被浸出作為調(diào)控分界；該開始進(jìn)入浸出后期的 調(diào)控時(shí)，緩慢加入氧化劑快速調(diào)高體系電位至550mV~650mV，期間緩慢加入堿性物質(zhì)將體 系pH調(diào)節(jié)至2. 5~3. 5。更優(yōu)選的，所述浸出總時(shí)間為3h~8h，且浸出前期占用的時(shí)間與 浸出后期占用的時(shí)間基本相等。
[0013] 上述的方法中，更優(yōu)選的：在所述浸出前期，對(duì)浸出體系的pH值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控（主 要通過pH復(fù)合電極）；當(dāng)浸出體系的pH值超過2. 5時(shí)，加酸進(jìn)行調(diào)控使pH值控制在I. 0~ 2. 5 ;當(dāng)浸出體系的pH值低于I. 0時(shí)，加堿性物質(zhì)進(jìn)行調(diào)控使pH值控制在I. 0~2. 5 ;
[0014] 在所述浸出后期，對(duì)浸出體系的pH值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)浸出體系的pH值超過4. 0 時(shí)，加酸進(jìn)行調(diào)控使pH值控制在2. 5~4. 0 ;當(dāng)浸出體系的pH值低于2. 5時(shí)，加堿性物質(zhì) 進(jìn)行調(diào)控使pH值控制在2. 5~4. 0。
[0015] 更優(yōu)選的：所述酸為硫酸（例如98 %的濃硫酸），所述堿性物質(zhì)為CaCO3。
[0016] 上述的方法中，更優(yōu)選的：在所述浸出前期，對(duì)浸出體系的氧化還原電位進(jìn)行實(shí)時(shí) 監(jiān)控（主要通過氧化還原電位復(fù)合電極（vs.Pt，Ag/AgCl));當(dāng)浸出體系的氧化還原電位低 于420mV時(shí)，緩慢加入氧化劑提高電位至420mV~450mV ;當(dāng)氧化還原電位高于450mV時(shí)， 加入還原劑降低電位至420mV~450mV ;
[0017] 在所述浸出后期，對(duì)浸出體系的氧化還原電位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)浸出體系的氧化 還原電位低于550mV時(shí)，緩慢加入氧化劑提高電位至550mV~650mV ;當(dāng)氧化還原電位高于 650mV時(shí)，加入還原劑降低電位至550mV~650mV。
[0018] 更優(yōu)選的：所述氧化劑為雙氧水或Fe2(SO4) 3溶液，所述雙氧水的體積百分比濃度 為10 %~30 %，所述Fe2 (SO4) 3溶液的濃度為10~50g/L ;所述還原劑為FeSO 4溶液或Na 2S 溶液，所述FeSO4溶液或Na 2S溶液的濃度均為5~40g/L。
[0019] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案主要基于以下原理：
[0020] 1)本發(fā)明浸出體系的pH和氧化還原電位調(diào)控結(jié)合酸/CaCO3及多種氧化劑、還原 劑進(jìn)行實(shí)時(shí)分階段調(diào)控；浸出體系中的pH和氧化還原電位對(duì)生物浸出電鍍污泥中銅、鋅、 鉻、鎳等重金屬有著重要的影響，其共同決定電鍍污泥中重金屬的溶出及溶出后存在形式。 電鍍污泥中含有大量的金屬，隨著銅、鋅、鎳和鉻等目的金屬的浸出，F(xiàn)e 3+或Fe 2+同樣被大 量溶出；溶出的亞鐵被鐵氧化微生物快速氧化成Fe3+，而