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)入填埋場或進(jìn)行資源化利用后，會對土壤和水體環(huán)境造成潛在的、長期的重金屬污染。因此，垃圾焚燒飛灰的無害化處理處置技術(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)。
　　對三種黑曲霉進(jìn)行產(chǎn)酸性能對比發(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飛灰進(jìn)行生物淋濾處理，處理過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)過對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％。
　　通過對生物淋濾過程中發(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。在生物淋濾過程中，還存在菌體對溶出的重金屬離子的吸附作用。模擬生物淋濾環(huán)境中菌體對液相中重金屬的吸附，對吸附動力學(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。隨著生物淋濾過程中體系pH值的逐漸降低，菌體對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%。
　　針對一步法生物淋濾初期出現(xiàn)的菌體生長的“延遲期”問題，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，延遲期從無限長縮短到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，溶出