一种生物淋滤与水热合成回收电镀污泥重金属的方法技术

本发明专利技术属于土壤修复技术领域，公开了一种生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法，首先利用特异化能自养型嗜酸性硫杆菌的酸化及络合作用降低反应体系pH，然后投入高浓度重金属污染土壤，使难溶性重金属从固相溶出进入液相，进而以淋滤液中溶解态重金属为反应物，采用水热法合成金属硫化物纳米粉体。本发明专利技术利用基于特异化能自养型嗜酸性硫杆菌的生物淋滤技术，达到去除电镀污泥中重金属的目的；成本低、去除率高、无二次污染风险，不仅可有效地去除电镀污泥中重金属，且对病原体、挥发性悬浮固体的降低效果也较好，脱毒后污泥脱水性能好，用途广泛，同时可发挥肥料功能，实现变废为宝和不可再生资源的回收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种生物淋滤与水热合成回收电镀污泥重金属的方法
本专利技术属于土壤修复
，尤其涉及一种生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法。
技术介绍
目前：污泥的处置方式主要有填埋、焚烧、投海和土地利用等。基于处置费用和废物资源化角度考虑，污泥农业利用被认为是最具吸引力的、可持续的污泥处置方法。然而，污泥中高浓度重金属始终是污泥安全农用的限制因子。因此，降低或去除污泥中的重金属显得非常重要和迫切。利用无机酸或有机络合剂如H2SO4、HNO3、HCl、EDTA等处理污泥以溶解和浸提重金属的化学浸提法，虽能在短时间内大幅度去除重金属，但耗酸量大、处理费用高、操作不便，使其难以付诸于工程实际。而起源于微生物湿法冶金的生物淋滤法因耗酸极少、运行成本低、重金属去除效率高、实用性强等具有许多化学浸提法不可替代的优点而日益受到关注。生物淋滤技术是利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其他金属)分离浸提出来的一种技术。该技术已在沉积物中金属回收以及城市垃圾焚烧飞灰中金属回收等方面得到研究，但较少关注高度富集重金属的电镀污泥。该技术的基本原理是通过利用特异化能自养型的嗜酸性硫杆菌的酸化及络合、溶解作用降低污泥体系的pH，使难溶形态的重金属从固相溶出进入液相，再通过污泥脱水，而达到去除污泥中重金属的目的。水热合成法是制备重金属纳米材料的一种有效方法，但以电镀污泥浸出液作反应物的水热合成法制备重金属纳米粉体的研究鲜有报道。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前重金属高度富集的电镀污泥脱毒技术存在成本高、溶出重金属易造成二次污染和过程操作管理复杂等问题。解决以上问题及缺陷的难度为：电镀工业产生大量的含铜(Cu)、镍(Ni)、锌(Zn)、铬(Cr)等重金属的电镀污泥，由于电镀生产工艺、镀件种类、废水处理工艺的不同而各有差异，成分十分复杂。电镀污泥对环境和人体健康造成的危害已经引起人们的极大关注，电镀污泥富含极高浓度的重金属，常规填埋、焚烧、投海和农业利用等处置方式在环境条件变化和微生物作用下，重金属易释放进入水体、土壤等环境介质，具有潜在的二次污染风险。化学处置方式通过人为添加无机酸或有机络合剂以实现电镀污泥重金属脱毒，但耗酸量大、处理费用高、操作不便，且对环境介质造成扰动、降低土壤肥力，对有限的土地资源造成不可逆损坏。此外，电镀污泥中某些有价重金属亦是不可再生资源，单纯的脱毒处理虽可降低电镀污泥的环境危害，但浸提的重金属需进行二次处置，导致处理成本提高的同时造成了重金属资源的浪费。因此，电镀污泥的高效脱毒、无害化处置及资源化利用是一个难题。解决以上问题及缺陷的意义为：电镀污泥含有多种金属成分，其品位往往高于金属富矿石，是国内外公认的公害之一，但其本身也是一种廉价的二次可再生资源。电镀污泥的资源化利用在消除电镀污泥危害的同时也能获得一定的经济收益，因此污泥的资源化利用及其相关技术的研究日益引起关注。与物理填埋及化学处置方法不同，本专利技术利用特异性化能自养微生物的生物技术，通过产酸淋滤浸提电镀污泥中重金属，实现污泥脱毒，进而以浸提液为原料，通过水热合成发制备金属纳米材料，金属纳米粉体粒径小、比表面积大，是一种重要的光电导材料，在制备光催化剂和电化学电池等方面有潜在的应用。该专利技术同步实现污泥脱毒及重金属资源化利用，具有重要的环境效益和经济效益。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种生物淋滤与水热合成联合修复重金属污染土壤的方法。本专利技术是这样实现的，一种生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法包括：步骤一，利用特异化能自养型的嗜酸性硫杆菌的催化氧化作用以及在其作用下降低菌液的pH；步骤二，投入污染土壤，使难溶形态的重金属从固相溶出进入液相；步骤三，以淋滤液中溶解态金属为反应物，采用水热合成法合成金属纳米粉体。进一步，所述特异化能自养型的嗜酸性硫杆菌为氧化硫硫杆菌。进一步，步骤一中，所述菌液的pH降至1.0左右。进一步，步骤一中，所述嗜酸性硫杆菌的生长培养基为SM培养基，所述SM培养基包括(g·L–1)：KH2PO44.0、K2HPO44.0、MgSO4·7H2O0.8、NH4Cl0.4，添加硫粉作能源物，培养基用1MH2SO4预酸化至pH为4.0±0.5，以提高菌株活性并启动硫酸化产酸过程。进一步，步骤二中，所述供试污染土壤采自山东省平度市某电镀厂，污染土壤含有高浓度复合重金属，土壤自然风干，研磨，使全部通过200目筛，以保证固液充分混合，提高电镀污泥重金属的浸提效率。进一步，步骤二中，所述污染土壤投加量为1％w/v，此含固率条件下重金属浸提效率最高。进一步，步骤三中，所述采用水热合成法合成金属纳米粉体中采用硫脲作硫源，以无水乙醇和蒸馏水混合溶液作溶剂。进一步，Cu(CuCl2):S(硫脲)摩尔比为1:1.25、1:2、1:3、1:4，蒸馏水:无水乙醇体积比为1:2。进一步，所述水热合成法采用的反应装置为内衬聚四氟乙烯不锈钢反应釜，投入反应物后，反应釜放入烘箱内加热至140℃，保温12h。此温度及反应时间条件下，内衬聚四氟乙烯不锈钢反应釜密闭空间内处于高温高压环境，利于高效形成重金属纳米产物，且保证产物的均匀化。进一步，所述水热合成法的最终产物经去离子水、无水乙醇反复离心、洗涤，以除去产物中残留有机和无机离子，固体产物于-40℃冷冻干燥，用扫描电子显微镜对粉体形貌结构特征进行观测及表征分析。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：(1)成本低。与常用的无机酸化学淋滤及有机络合剂脱毒方法相比，本专利技术所选用的基于特异性化能自养微生物的生物淋滤方法可有效浸提溶出电镀污泥中重金属，反应条件温和，耗酸量少(耗酸量减少～80％)，原料成本显著降低；(2)去除效率高。由于生物淋滤过程中硫酸的产生，pH可很快降低并维持在1.4–1.6范围内。不仅可有效去除电镀污泥中的重金属，且对病原体、挥发性悬浮固体的降低效果也较好；(3)脱毒后污泥脱水性能好。厌气消化污泥压滤脱水时，一般每吨干污泥需添加5kg聚凝剂，而经生物淋滤的电镀污泥脱水性能比厌气消化污泥高38倍，因此，脱水时聚凝剂需求量显著降低，可极大降低污泥脱水成本；(4)脱毒后污泥用途广泛，同时可发挥肥料功能。污泥经生物淋滤处理，可有效去除污泥中的重金属，其矿质养分氮、磷等损失较小，污泥保留了肥料功能和价值；(5)污染物资源化利用。本专利技术选用水热化学合成方法处理生物淋滤后产生的重金属淋滤液，一方面实现溶解态重金属的有效固定，另一方面，通过控制有关参数(硫源、Cu:S摩尔比、反应温度、反应时间等)实现有价重金属的资源化回收利用，解决了淋滤后污泥中大量重金属残留引起的二次污染问题；(6)本专利技术纳米材料合成过程选取硫脲作硫源，硫脲溶解性好、具有较强的配位能力且价格低廉、没有毒性、在较低的水热条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法，其特征在于：/n利用特异化能自养型的嗜酸性硫杆菌的酸化及络合作用降低菌液的pH；/n投入高浓度重金属电镀污泥，使难溶形态的重金属从固相溶出进入液相；/n以淋滤液中溶解态金属为反应物，采用水热合成法合成金属硫化物纳米级粉体。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法，其特征在于：
利用特异化能自养型的嗜酸性硫杆菌的酸化及络合作用降低菌液的pH；
投入高浓度重金属电镀污泥，使难溶形态的重金属从固相溶出进入液相；
以淋滤液中溶解态金属为反应物，采用水热合成法合成金属硫化物纳米级粉体。


2.如权利要求1所述的生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法，其特征在于，所述特异化能自养型的嗜酸性硫杆菌为氧化硫硫杆菌。


3.如权利要求1所述的生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法，其特征在于，所述菌液的pH在该菌株作用下可降至1.0以下。


4.如权利要求3所述的生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法，其特征在于，所述嗜酸性硫杆菌的生长培养基为SM培养基，所述SM培养基成分为(g·L-1)：KH2PO44.0、K2HPO44.0、MgSO4·7H2O0.8、NH4Cl0.4，添加硫粉作能源物(硫磺5)，培养基用1MH2SO4预酸化至pH＝4±0.5。


5.如权利要求1所述的生物淋滤与水热合成联合回收电镀污泥重金属的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪，罗增明，徐其静，李林，赵宇，方迪，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：云南;53