一种利用生物沥浸技术去除城市垃圾焚烧飞灰中重金属的方法

摘要

飞灰是生活垃圾焚烧发电产生的含有多种有毒金属的危险废物，其主流处置工艺稳定化/固化填埋成本在2000‑3000元/吨，而且有毒金属环境风险依然存在。从飞灰中去除有毒金属是其低限制/无限制资源化利用的前提。该发明以廉价无机能源底物如硫磺等为工作介质，通过自养沥浸菌剂的直接/间接作用在常温常压条件下实现飞灰有毒金属的高效、绿色、安全浸提；而且通过水洗除盐除碱、菌株复配和选育高耐盐菌株，显著改善了沥液生物再生性能，大幅提高了循环浸提次数，从而极大地减少了沥浸过程的无机盐培养液消耗，进一步减低了生物沥浸成本。脱毒飞灰用于制砖、路基和混凝土等资源化利用，节约了传统填埋工艺的高额费用且消除了潜在环境风险。

主权项

一种利用生物沥浸技术去除城市垃圾焚烧飞灰中重金属的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)城市垃圾焚烧飞灰的水洗脱盐除碱：应用自来水、再生水或其他低盐废水洗涤飞灰；(2)生物沥浸工作菌剂：基本工作菌剂是由氧化硫硫杆菌(A.t ATCC19377)、氧化亚铁硫杆菌(A.f ATCC23270)和嗜铁钩端螺旋菌(L.f ML‑04)组成的混合菌株；复配菌剂是由基本工作菌剂和本实验室筛选的高效硫氧化自养混合菌株(BGS‑1)复合而成，BGS‑1含有A.t TSK‑3,A.t 9B‑1,A.t BEF3,A.t ORCS6,A.t ABRB2011,A.t BAW3,A.t 2AP,A.t BAD2,A.t 2mb,A.t SO‑1等多种菌株，筛选于山西某矿区；耐盐菌剂由基本工作菌剂通过诱变育种而来，物理诱变包括紫外线、微波和超声波，化学诱变包括盐酸羟胺、亚硝基胍和亚硝酸盐处理，复合诱变采用两种或两种以上的诱变剂或诱变方法进行诱变育种；(3)基本工作菌剂再生‑浸提分批工艺去除低盐低碱城市垃圾焚烧飞灰重金属，制备无机盐培养液包括：KNO₃和/或NaNO₂和/或(NH₄)₂SO₄,0.5‑4.0g/L；KH₂PO₄和/或K₂HPO₄和/或Na₃PO₄,0.5‑4.0g/L；FeSO₄和/或MgSO₄,0.1‑1.0g/L；FeCI₂和/或CaCl₂,0.1‑1.0g/L；硫代硫酸盐和/或S^2‑和/或硫磺，2‑32g/L；Fe²⁺和/或黄铁矿2‑32g/L，自来水配置，自然pH值；接种基本工作菌剂(5％‑20％接种量)并启动加热(30‑45℃)、曝气(溶解氧40‑100％饱和度)和搅拌(40‑160转/分)，检测体系pH,ORP,Fe²⁺,Fe³⁺和菌株浓度的变化，待pH减至0.8‑1.2时，过滤或离心分离固体物质(菌体和能源底物)和酸性浸提液；向浸提池中酸性浸提液加入水洗飞灰(固液比5％‑20％)，搅拌(30‑120转/分)4‑6小时，检测体系pH升至4.0‑7.0目标金属浸出后，过滤或离心分离飞灰和溶有金属离子的沥浸液；脱毒飞灰进行制砖、路基和混凝土等资源化利用，失效沥浸液补加无机盐培养液并接种后进行再生；重复以上再生‑浸提过程20‑25次，直到体系氯离子浓度富集到1500‑2000mg/L，菌剂生长和活性显著减低，再生速度明显减慢停止；(4)基本工作菌剂再生‑浸提膜生物反应器连续工艺去除低盐低碱城市垃圾焚烧飞灰重金属，制备无机盐培养液包括：KNO₃和/或NaNO₂和/或(NH₄)₂SO₄,0.5‑4.0g/L；KH₂PO₄和/或K₂HPO₄和/或Na₃PO₄,0.5‑4.0g/L；FeSO₄和/或MgSO₄,0.1‑1.0g/L；FeCI₂和/或CaCl₂,0.1‑1.0g/L；硫代硫酸盐和/或S^2‑和/或硫磺，2‑32g/L；Fe²⁺和/或黄铁矿2‑32g/L，自来水配置，自然pH值；接种基本工作菌剂(5％‑20％接种量)并启动加热(30‑45℃)、曝气(溶解氧40‑100％饱和度)和搅拌(40‑160转/分)，检测体系pH,ORP,Fe²⁺,Fe³⁺和菌株浓度的变化，待pH减至0.8‑1.2时，开启进出水保持平衡并调节进出水速度以控制出水pH稳定在0.8‑1.2；向浸提池中酸性浸提液加入水洗飞灰(固液比5％‑20％)，搅拌(30‑120转/分)4‑6小时，检测体系pH升至4.0‑7.0目标金属浸出后，过滤、压滤、离心或自然沉淀分离飞灰和溶有金属离子的沥浸液；脱毒飞灰进行制砖、路基和混凝土等资源化利用，失效沥浸液补加无机盐培养液后作为进水进入膜反应器再生；重复以上再生‑浸提过程20‑25次，直到体系氯离子浓度富集到1500‑2000mg/L，菌剂生长和活性显著减低，再生速度明显减慢停止；(5)复合菌剂再生‑浸提分批工艺去除低盐高碱城市垃圾焚烧飞灰重金属，制备无机盐培养液包括：KNO₃和/或NaNO₂和/或(NH₄)₂SO₄,0.5‑4.0g/L；KH₂PO₄和/或K₂HPO₄和/或Na₃PO₄,0.5‑4.0g/L；FeSO₄和/或MgSO₄,0.1‑1.0g/L；FeCI₂和/或CaCl₂,0.1‑1.0g/L；硫代硫酸盐和/或S^2‑和/或硫磺，2‑32g/L；Fe²⁺和/或黄铁矿2‑32g/L，自来水配置，自然pH值；接种复合菌剂(5％‑20％接种量)并启动加热(30‑45℃)、曝气(溶解氧40‑100％饱和度)和搅拌(40‑160转/分)，检测体系pH,ORP,Fe²⁺,Fe³⁺和菌株浓度的变化，待pH减至0.8‑1.2时，过滤或离心分离固体物质(菌体和能源底物)和酸性浸提液；向浸提池中酸性浸提液加入水洗飞灰(固液比2％‑10％)，搅拌(30‑120转/分)4‑6小时，检测体系pH升至4.0‑6.5目标金属浸出后，过滤、压滤、离心或自然沉淀分离飞灰和溶有金属离子的沥浸液；脱毒飞灰进行制砖、路基和混凝土等资源化利用，失效沥浸液补加无机盐培养液并接种后进行再生；重复以上再生‑浸提过程10‑20次，直到体系氯离子浓度富集到1500‑2000mg/L，菌剂生长和活性显著减低，再生速度明显减慢停止；(6)复合菌剂再生‑浸提膜生物反应器连续工艺去除低盐高碱城市垃圾焚烧飞灰重金属，制备无机盐培养液包括：KNO₃和/或NaNO₂和/或(NH₄)₂SO₄,0.5‑4.0g/L；KH₂PO₄和/或K₂HPO₄和/或Na₃PO₄,0.5‑4.0g/L；FeSO₄和/或MgSO₄,0.1‑1.0g/L；FeCI₂和/或CaCl₂,0.1‑1.0g/L；硫代硫酸盐和/或S^2‑和/或硫磺，2‑32g/L；Fe²⁺和/或黄铁矿2‑32g/L，自来水配置，自然pH值；接种复合菌剂(5％‑20％接种量)并启动加热(30‑45℃)、曝气(溶解氧40‑100％饱和度)和搅拌(40‑160转/分)，检测体系pH,ORP,Fe²⁺,Fe³⁺和菌株浓度的变化，待pH减至0.8‑1.2时，开启进出水保持平衡并调节进出水速度以控制出水pH稳定在0.8‑1.2；向浸提池中酸性浸提液加入水洗飞灰(固液比2％‑10％)，搅拌(30‑120转/分)4‑6小时，检测体系pH升至4.0‑6.5目标金属浸出后，过滤、压滤、离心或自然沉淀分离飞灰和溶有金属离子的沥浸液；脱毒飞灰进行制砖、路基和混凝土等资源化利用，失效沥浸液补加无机盐培养液后作为进水进入膜反应器再生；重复以上再生‑浸提过程10‑20次，直到体系氯离子浓度富集到1500‑2000mg/L，菌剂生长和活性显著减低，再生速度明显减慢停止；(7)高耐盐菌剂再生‑浸提分批工艺去除高盐高碱城市垃圾焚烧飞灰重金属，制备无机盐培养液包括：KNO₃和/或NaNO₂和/或(NH₄)₂SO₄,0.5‑4.0g/L；KH₂PO₄和/或K₂HPO₄和/或Na₃PO₄,0.5‑4.0g/L；FeSO₄和/或MgSO₄,0.1‑1.0g/L；FeCI₂和/或CaCl₂,0.1‑1.0g/L；硫代硫酸盐和/或S^2‑和/或硫磺，2‑32g/L；Fe²⁺和/或黄铁矿2‑32g/L，自来水配置，自然pH值；接种高耐盐菌剂(必要时与本实验室筛选的BGS‑1复配)(5％‑20％接种量)并启动加热(30‑45℃)、曝气(溶解氧40‑100％饱和度)和搅拌(40‑160转/分)，检测体系pH,ORP,Fe²⁺,Fe³⁺和菌株浓度的变化，待pH减至0.8‑1.2时，过滤或离心分离固体物质(菌体和能源底物)和酸性浸提液；向浸提池中酸性浸提液加入水洗飞灰(固液比2％‑10％)，搅拌(30‑120转/分)4‑6小时，检测体系pH升至4.0‑6.5目标金属浸出后，过滤、压滤、离心或自然沉淀分离飞灰和溶有金属离子的沥浸液；脱毒飞灰进行制砖、路基和混凝土等资源化利用，失效沥浸液补加无机盐培养液并接种后进行再生；重复以上再生‑浸提过程10‑15次，直到体系氯离子浓度富集到2500‑4000mg/L，菌剂生长和活性显著减低，再生速度明显减慢停止；(8)高耐盐菌剂再生‑浸提膜生物反应器连续工艺去除高盐高碱飞灰重金属，制备无机盐培养液包括：KNO₃和/或NaNO₂和/或(NH₄)₂SO₄,0.5‑4.0g/L；KH₂PO₄和/或K₂HPO₄和/或Na₃PO₄,0.5‑4.0g/L；FeSO₄和/或MgSO₄,0.1‑1.0g/L；FeCI₂和/或CaCl₂,0.1‑1.0g/L；硫代硫酸盐和/或S^2‑和/或硫磺，2‑32g/L；Fe²⁺和/或黄铁矿2‑32g/L，自来水配置，自然pH值；接种高耐盐菌剂(必要时与本实验室筛选的BGS‑1复配)(5％‑20％接种量)并启动加热(30‑45℃)、曝气(溶解氧40‑100％饱和度)和搅拌(40‑160转/分)，检测体系pH,ORP,Fe²⁺,Fe³⁺和菌株浓度的变化，待pH减至0.8‑1.2时，开启进出水保持平衡并调节进出水速度以控制出水pH稳定在0.8‑1.2；向浸提池中酸性浸提液加入水洗飞灰(固液比2％‑10％)，搅拌(30‑120转/分)4‑6小时，检测体系pH升至4.0‑6.5目标金属浸出后，过滤、压滤、离心或自然沉淀分离飞灰和溶有金属离子的沥浸液；脱毒飞灰进行制砖、路基和混凝土等资源化利用，失效沥浸液补加无机盐培养液后作为进水进入膜反应器再生；重复以上再生‑浸提过程10‑15次，直到体系氯离子浓度富集到2500‑4000mg/L，菌剂生长和活性显著减低，再生速度明显减慢停止。