細菌解毒鉻渣的方法
2023-05-29 16:56:01
專利名稱：細菌解毒鉻渣的方法
技術領域：
本發明涉及一種細菌解毒鉻渣的方法，特別是涉及鉻鹽廠、鐵合金廠等排放的鉻渣細菌堆浸解毒處理並選擇性回收金屬鉻的生物技術。
背景技術：
描述鉻鹽和金屬鉻是重要的工業原料，然而在其生產過程中，有大量的含鉻(1％左右Cr(VI))廢渣產生。六價鉻有致癌作用，是公認的重點汙染物之一。我國每年要排出數十萬噸鉻渣，歷年堆存量已達600萬噸，堆積成山的鉻渣不僅佔用大量土地，而且可溶性六價鉻使地下水受到嚴重汙染。
對鉻渣進行解毒，即將六價鉻轉變成三價鉻，以消除其危害。總體上，鉻渣解毒不外乎兩種方法，即幹法焙燒還原解毒和溼法還原解毒。幹法解毒系在高溫還原性氣氛下焙燒，將鉻(VI)還原成鉻(III)並存在玻璃體內達到解毒的目的，然後利用解毒渣製作玻璃著色劑，鉻渣棉瓷料等；該法規模大，有一定的經濟效益，但生產過程有二次粉塵汙染，投資成本高，能耗大。溼法解毒是將鉻渣磨細鹼解後，酸溶性和水溶性六價鉻被還原劑，如硫酸亞鐵、亞硫酸鹽、硫氫化合物等還原成三價鉻；該法解毒徹底，但試劑消耗大，成本高。
微生物在含鉻廢水治理領域已有研究，中科院成都生物研究所建成了微生物淨化回收電鍍廢水和汙泥中鉻等重金屬的示範工程；周海濤等分離了一株六價鉻的還原菌並用於含鉻廢水的處理。國外Wang Y T等用假單孢菌(P.putida)厭氧處理低濃度含鉻廢水，可將Cr(VI)還原為Cr(III)；Wang P C，Komori K等人也已分離出處理Cr(VI)的還原菌，能在厭氧條件的有機介質中將廢水中的六價鉻還原為三價並形成Cr(OH)3沉澱，達到微生物除鉻(VI)的目的。但上述處理對象僅限於酸性或中性介質中的含鉻廢水。
關於鉻渣的微生物解毒，國外採用抽灌結合的特殊工藝，利用硫酸鹽還原菌的代謝產物H2S將鉻(VI)還原，實現鉻渣的解毒，其缺陷是必須使用稀鹽酸將鉻渣及其滲濾液的pH調節至中性。國內僅見未公開的兩篇學術交流論文，其中一篇所採用的是硫酸鹽還原菌解毒鉻渣；另一篇為先分離出混合菌株Q05，pH須調至6.0-8.0，而且細菌還原Cr(VI)的能力低至mg/L級。
發明內容
為克服鉻渣傳統解毒法存在的缺點，避免現有生物法採用硫酸鹽還原菌及細菌還原能力低的不足，本發明利用從堆放鉻渣的淤泥中分離馴化一種能耐高濃度Cr(VI)的菌株Ch-1，提出一種直接解毒鉻渣並選擇性回收鉻的方法。
細菌解毒鉻渣的方法，採用堆浸工藝，將鉻渣制粒後築成具有一定傾斜角度的渣堆，在渣堆頂部均勻布水噴淋，浸出液通過渣底的集水管匯聚起來，由排水管輸送到沉砂池，在沉砂池停留一段時間除去顆粒物後，流入生化池。利用專屬細菌Ch-1將鉻渣滲濾液中鉻(VI)和鉻渣中剩餘鉻(VI)還原為鉻(III)，並形成Cr(OH)3沉澱，沉澱底泥進入濃縮池壓濾回收，其中含Cr(OH)330％左右。工藝流程如圖1所示。
鉻渣細菌解毒的機理鉻渣及其滲濾液中Cr(VI)的解毒是在細菌繁殖、營養源消耗過程中進行的，其解毒過程可用下式表示
具體工藝過程及參數如下將鉻渣適當過35目篩後，摻入4～6％的粘結劑均勻混合；採用圓盤造粒機造粒，造粒過程加水5～10％確保渣粒具有較好的強度，鉻渣粒的粒度為3～15mm。目的主要是增加微生物浸渣的滲透性，經過制粒後的物料堆滲透率一般可以提高10～100倍，浸出時間減少1/3，金屬的浸出率可以提高10～20％。將渣粒築堆，渣堆沿兩個互相垂直的方向均傾斜3-5度。
所述粘結劑為水泥或粘土。
先用自來水對渣堆進行噴淋，液固比1-2∶1，可浸出約50-80％的水溶性Cr(VI)，在室溫25-40℃適當曝氣的條件下，將細菌Ch-1按10-20％的接種量加入到含Cr(VI)生化池中，在濾液中Cr(VI)解毒的同時，將含菌液返回對渣堆進行噴淋，沉澱底泥經過濃密、過濾回收Cr(OH)3(含量30％左右)，回收的金屬鉻量約為鉻渣量的0.3-0.5％。
本發明克服了幹法焙燒還原解毒和溼法還原解毒中存在的二次汙染、成本高等問題，建立一種高效、低廉、清潔的細菌解毒鉻渣新方法。並將嚴重汙染環境的鉻渣作為金屬鉻的資源，利用細菌選擇性浸出其中鉻，實現金屬鉻的無汙染高價值利用，為鉻渣的徹底解毒及其資源化開闢一條切實可行的新途徑。
本發明的應用，將高效解毒鉻渣，回收危險廢物中的鉻資源，從根本上解決鉻鹽等行業的鉻渣嚴重汙染問題，而且有利於推動微生物解毒其它有害金屬的廣泛應用。
本發明具有投資及運行費用低、工藝操作簡單、高效清潔解毒及回收金屬鉻等優點，已完成10噸/批次規模的擴大試驗，能廣泛用於鉻鹽、鐵合金等生產過程排放的鉻渣治理，具有廣闊的應用前景。
1)工藝操作簡單，易於規模化。解毒過程採用細菌堆浸工藝，主要是鉻渣築堆、布液系統和普通的蓄液池，設備少，操作簡單且細菌易於大規模培養；投資約是溼法解毒方法的1/4，運行成本約是溼法解毒的1/10。
2)解毒高效清潔，鉻渣穩定無害化。解毒過程菌液閉路循環使用，不產生二次汙染；細菌解毒時間僅需7-10天，解毒後達到國家危險廢物浸出毒性鑑別標準。且從渣中浸取了Cr(VI)，從根本上消除了鉻渣的「返黃」問題，確保解毒後鉻渣的長期穩定無害。
3)細菌選擇性浸出回收金屬鉻。回收鉻渣中0.3-0.5％左右的Cr(VI)，在鉻渣環境治理的同時實現鉻資源的再生。
圖1細菌解毒鉻渣並回收金屬鉻的工藝流程圖具體實施方式
某鉻鹽廠的鉻渣化學組成列於表1。
表1鉻渣的化學組成
鉻渣粒度85％以上小於40目，為確保堆浸的滲透性，與6％的水泥粘結劑混合後在圓盤造粒機中造粒，造粒過程加入5％的水，粒度為3-10mm。渣粒築堆成10噸的渣堆，渣堆傾斜角為5℃，渣堆尺寸為10.48×4.48×0.3m。採用自來水10t浸渣，渣吸水約為3t，實際的7t循環水浸出渣中的部分水溶性Cr(VI)進入生化池，然後按循環水10％的接種量將Ch-1功能菌加到生化池，解毒過程的菌液在室溫25-40℃反覆噴淋渣堆10天，使渣堆中全部水溶性Cr(VI)和80％以上的酸溶性Cr(VI)被細菌還原為Cr(III)達到解毒目的，Cr(III)在鹼性條件下生成氫氧化鉻沉澱，其中含氫氧化鉻32.8％。解毒後鉻渣經過國家危險廢物浸出毒性試驗Cr(VI)含量為0.85mg/L，達到國家標準(1.5mg/L)。
權利要求
1.細菌解毒鉻渣的方法，其特徵在於將鉻渣過35目篩後，用4～6％的粘結劑和5～10％的水將鉻渣製成粒度為3～15mm的顆粒，築成有傾斜角度的渣堆，先在渣堆頂部均勻布水噴淋，浸出液排入生化池；再利用專屬細菌Ch-1按接種量10～20％在室溫25～40℃條件下加入到生化池中，反應沉澱底泥經濃密、過濾回收金屬鉻；所述粘結劑為水泥或粘土。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述渣堆的傾斜角為3～5度。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於生化反應後含菌液循環噴淋渣堆。
全文摘要
細菌解毒鉻渣的方法。本發明採用細菌堆浸工藝，先將鉻渣製成粒度為3～15mm左右的顆粒後築成具有一定傾斜角度的渣堆，在渣堆頂部均勻布水噴淋，浸出液進生化池；再利用細菌Ch－1在室溫25～40℃條件下噴淋渣堆7～10天，將鉻渣中Cr(VI)還原為Cr(III)，Cr(III)在鹼性條件下快速形成Cr(OH)
文檔編號C22B34/00GK1920069SQ20051003205
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月25日 優先權日2005年8月25日
發明者柴立元, 何德文, 王雲燕, 閔小波, 彭兵, 朱文杰, 李雄, 王慶偉, 趙堃, 盛燦文, 鄧榮 申請人:中南大學