生物淋濾法去除城市生活垃圾焚燒飛灰中重金屬的研究.pdf

1、城市生活垃圾焚燒飛灰中含有大量具有浸出毒性的重金屬，未經(jīng)處理的飛灰進(jìn)入填埋場(chǎng)或進(jìn)行資源化利用后，會(huì)對(duì)土壤和水體環(huán)境造成潛在的、長(zhǎng)期的重金屬污染。因此，垃圾焚燒飛灰的無(wú)害化處理處置技術(shù)的研究受到廣泛的關(guān)注。本研究嘗試將生物濕法冶金領(lǐng)域的生物淋濾技術(shù)應(yīng)用到含重金屬固體廢物處理領(lǐng)域，對(duì)采用產(chǎn)酸真菌的生物淋濾法去除飛灰中的重金屬進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，以探索出一種安全、高效、綠色的飛灰脫毒處理技術(shù)。
　　對(duì)三種黑曲霉進(jìn)行產(chǎn)酸性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，三

2、種黑曲霉均能利用碳源產(chǎn)出有機(jī)酸。其中AS3.40和AS3.879菌株分別能發(fā)酵產(chǎn)出總量為28.3和33.4mmol/L的有機(jī)酸，產(chǎn)酸性能明顯優(yōu)于UV448菌株。選用以上兩株黑曲霉對(duì)飛灰進(jìn)行生物淋濾處理，處理過(guò)程中均有重金屬浸出，且處理后飛灰的TCLP浸出毒性均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以上結(jié)果表明選用產(chǎn)酸真菌黑曲霉作為生物淋濾菌株是可行的。
　　初步明確了垃圾焚燒飛灰抑制黑曲霉生長(zhǎng)的因素中重金屬毒性的影響大于飛灰堿性。采用Plackett-B

3、urman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定了飛灰中顯著抑制黑曲霉生長(zhǎng)的重金屬為Fe和Al。選擇產(chǎn)酸黑曲霉AS3.40和AS3.879菌株進(jìn)行耐重金屬馴化研究。經(jīng)過(guò)對(duì)Fe和Al的單一重金屬馴化，得到耐受3500mg/L Al的AS3.879菌株和耐受700mg/L Fe的AS3.879Al Fe菌株。參照飛灰中各重金屬含量的配比進(jìn)行混合重金屬馴化試驗(yàn)，得到耐受3208.1mg/L混合重金屬的AS3.879菌株和耐受2749.8mg/L混合重金屬的AS3.4

4、0M M菌株。馴化后的AS3.879菌株最高耐受70g/L飛灰。M
　　應(yīng)用中心復(fù)合設(shè)計(jì)對(duì)馴化后菌株AS3.879M的生物淋濾條件（蔗糖濃度、孢子濃度、飛灰濃度以及飛灰投加時(shí)間）進(jìn)行了優(yōu)化，得到了Cd、Cr、Fe、Mn、Zn及重金屬總量與各因素之間關(guān)系的非線性方程，并確定了以上響應(yīng)值的最優(yōu)條件范圍分別為：蔗糖濃度(g/L)=114~126；孢子濃度(×107個(gè)/mL)=1.6~2.1；飛灰濃度(g/L)=29~39；飛灰投加時(shí)間(

5、d)=3.6~4.4。在最優(yōu)條件下，利用馴化后菌株AS3.879M生物淋濾處理70g/L飛灰，溶出重金屬Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Pb及Zn的總濃度達(dá)到了901mg/L，占飛灰中以上重金屬總量的41％。
　　通過(guò)對(duì)生物淋濾過(guò)程中發(fā)生的酸解作用和菌體吸附作用系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)：菌體產(chǎn)出的有機(jī)酸與飛灰中的金屬氧化物發(fā)生的酸解作用是該過(guò)程的主要作用機(jī)理。有機(jī)酸與可接觸的金屬氧化物之間的酸解作用在24h內(nèi)基本完成，而包裹在飛灰礦物中的金屬氧

6、化物與有機(jī)酸反應(yīng)則較為緩慢。在生物淋濾過(guò)程中，還存在菌體對(duì)溶出的重金屬離子的吸附作用。模擬生物淋濾環(huán)境中菌體對(duì)液相中重金屬的吸附，對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線模型進(jìn)行了擬合，得到了模型的擬合參數(shù)。當(dāng)pH值為6.5時(shí)，根據(jù)Langmuir模型計(jì)算得到Fe、Pb和Zn的最大吸附量分別為2.01、1.25和2.82mg/g。隨著生物淋濾過(guò)程中體系pH值的逐漸降低，菌體對(duì)溶出重金屬的吸附量逐漸減少。當(dāng)pH值在5左右時(shí)，F(xiàn)e、Pb和Zn被菌體吸附的量

7、約占實(shí)際溶出量的0.05%、25.6%和21.1%。
　　針對(duì)一步法生物淋濾初期出現(xiàn)的菌體生長(zhǎng)的“延遲期”問(wèn)題，嘗試水洗預(yù)處理以縮短其“延遲期”。水洗預(yù)處理可將水溶性金屬氯化物從飛灰顆粒表面洗脫，從而使水洗后飛灰比表面積增大，總孔體積減小，顆粒較水洗前更細(xì)。水洗預(yù)處理后，混合重金屬馴化的AS3.40M菌株在一步法生物淋濾10～20g/L飛灰時(shí)的“延遲期”縮短了45～53%；在40g/L飛灰濃度下，延遲期從無(wú)限長(zhǎng)縮短到288h，從而

8、縮短整個(gè)處理時(shí)間，也提高了金屬溶出率。在兩步法中，水洗預(yù)處理雖不能縮短處理時(shí)間，但可去除大部分可溶性氯鹽使飛灰顆粒細(xì)化，故在提高金屬溶出率方面效果顯著。
　　從土壤中分離篩選得到1株高效脫硅菌株SDB6，通過(guò)形態(tài)學(xué)、生理生化特征研究和16S rDNA序列分析，將其鑒定為膠質(zhì)芽孢桿菌。利用馴化菌株AS3.879M對(duì)70g/L的脫硅處理后飛灰進(jìn)行生物淋濾，結(jié)果顯示脫硅處理對(duì)飛灰的礦物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用，使更多的重金屬氧化物暴露出來(lái)，溶出