一种基于pH和电位共调控的生物浸提含重金属废物中重金属的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环保领域中含重金属废物的处理方法，具体涉及一种基于高效的生物 浸出含重金属废物中重金属的方法。
【背景技术】
[0002] 电镀污泥是表面处理行业的终极固体废物，它易积累、不稳定、难降解、量大（据 环保部统计约2306万吨/年），且毒性成分复杂，尤其含有大量的铬、铜、镍、锌等有毒重金 属，已经被列为国家重点危险废物。但同时电镀污泥中富含的多种重金属含量远高于矿产 开发品位，其潜在价值很高，是一种不可多得的廉价可再生有色金属资源。
[0003] 废物综合利用，变废为宝，从电镀废渣中提取有价金属，这是节能降耗、可持续发 展的一项重要内容。电镀污泥资源化回收利用的第一步是浸出工艺。现有技术中常利用 无机酸（如HC1、顯0 3或H #04等）、有机酸（如柠檬酸、草酸等）或氨浸等化学方法资源化 回收电镀污泥中的重金属，虽然能够短时间内实现电镀污泥中重金属回收，但这些处理方 法在经济性、环保性及技术可行性上存在这样或那样的局限，具体包括：（1)流程较长，成 本较高，金属回收率较低，分离提取较难，综合利用效果较差；（2)能耗高，污染大，作业环 境恶劣，产生二次废渣和废气、废水等问题；（3)传统的回收方法更多适用于处理回收高品 位、成分简单的电镀污泥；对于低品位、成分复杂的电镀污泥因技术瓶颈、经济瓶颈等原因 只能填埋处理或废弃。
[0004] 生物浸提法（或生物淋滤）作为近年来在生物冶金基础上发展起来的资源化利用 新技术，在固体废物资源化处理中逐渐受到关注。生物淋滤是利用微生物的氧化、酸溶、代 谢产物螯合等作用使矿物中的金属溶解，从而达到浸提金属目的的技术。该技术由于具有 成本低、环境友好，对物料组成没有严格限制等特点，尤其适合处理复杂、低品位的含金属 固体废物。该技术最早应用于Cu、Co、Ni、Zn、U等低品位、分散、难处理的金属硫化矿物或 其氧化矿物的浸出，或用以去除阻碍与金属接触的表面杂质（如生物氧化预处理金矿），并 已得到了规模化应用，成为世界上矿物资源加工利用的前沿技术。由于生物浸提法独特的 优势，可作为传统电镀污泥浸取技术的重要补充及改进，同时也可为该类难处理污泥提供 新的资源化利用途径，但现有技术中很少有利用生物浸提法对电镀污泥中的重金属进行资 源化处理的相关报道。
[0005] CN 102719657 A中国专利文献公开了一种生物淋滤资源化回收电镀污泥中的重 金属的方法，但该方法操作繁杂，例如增加了对处理对象电镀污泥进行预处理（如烘干、 研磨、过筛等）和菌体收集等过程，且菌种组成简单（仅使用氧化亚铁硫杆菌或者氧化硫硫 杆菌），浸出过程长（一般需要5-6天），因而该技术方案存在处理速率较低、综合运行成本 高、处理效果较差、且处理适用对象单一（含铜或镍污泥）等问题，实际的工业应用可能存 在一定的限制性。
[0006] CN 103451437 A中国专利文献公开了一种含铜钴镍的有价金属泥渣的回收方法。 该方法提出用生物辅助剂协助酸浸出电镀污泥中的铜或镍，但耗酸量大，产生二次污染多， 且未公开在化学浸出为主的工艺过程中，生物助剂如何处理电镀污泥从而回收得到铜镍等 金属。因此，该方法实质上还只能算是以化学浸出为主的电镀污泥中重金属的综合处理方 法。
[0007] 综上所述，现有的电镀污泥生物处理技术存在耗酸大、处理对象简单、回收周期 长、处理效率低、处理效果还不够理想等问题，还难以实现工业化应用。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是，克服以上【背景技术】中提到的不足和缺陷，提供一 种有利于加速生物浸出污泥中金属、缩短浸出时间、减少酸耗、大大提高生物浸出效率的基 于pH和电位共调控的生物浸提含重金属废物中重金属的方法。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种基于pH和电位共调控的生 物浸提含重金属废物中重金属的方法，该方法特别适合于电镀污泥的处理，当然也可推广 应用至其他的含重金属废物，具体包括以下步骤：
[0010] 在嗜酸铁氧化微生物菌剂浸出含重金属废物过程中，全过程控制浸出体系的pH 值在I. 0~4. 0,同时结合氧化剂以及还原剂对浸出体系的氧化还原电位进行调控，使浸出 体系的氧化还原电位控制在420mV~650mV ;且浸出过程中浸出体系的pH值分阶段逐步升 高，浸出体系的氧化还原电位分阶段逐步升高，浸出总时间在8h以内，最终实现嗜酸铁氧 化微生物菌剂对含重金属废物中重金属的高效浸出。
[0011] 上述的方法中，优选的：所述浸出过程分为浸出前期、浸出后期两个阶段，在浸出 前期浸出体系的pH值控制在I. 0~2. 5,同时浸出体系的氧化还原电位控制在420mV~ 450mV ;在浸出后期浸出体系的pH值控制在2. 5~4. 0,同时浸出体系的氧化还原电位控制 在 550mV ~650mV。
[0012] 上述的方法中，更优选的：所述浸出前期、浸出后期的划分是以当浸出体系中有至 少50% (优选50%~90%)的目标重金属被浸出作为调控分界；该开始进入浸出后期的 调控时，缓慢加入氧化剂快速调高体系电位至550mV~650mV，期间缓慢加入碱性物质将体 系pH调节至2. 5~3. 5。更优选的，所述浸出总时间为3h~8h，且浸出前期占用的时间与 浸出后期占用的时间基本相等。
[0013] 上述的方法中，更优选的：在所述浸出前期，对浸出体系的pH值进行实时监控（主 要通过pH复合电极）；当浸出体系的pH值超过2. 5时，加酸进行调控使pH值控制在I. 0~ 2. 5 ;当浸出体系的pH值低于I. 0时，加碱性物质进行调控使pH值控制在I. 0~2. 5 ;
[0014] 在所述浸出后期，对浸出体系的pH值进行实时监控；当浸出体系的pH值超过4. 0 时，加酸进行调控使pH值控制在2. 5~4. 0 ;当浸出体系的pH值低于2. 5时，加碱性物质 进行调控使pH值控制在2. 5~4. 0。
[0015] 更优选的：所述酸为硫酸（例如98 %的浓硫酸），所述碱性物质为CaCO3。
[0016] 上述的方法中，更优选的：在所述浸出前期，对浸出体系的氧化还原电位进行实时 监控（主要通过氧化还原电位复合电极（vs.Pt，Ag/AgCl));当浸出体系的氧化还原电位低 于420mV时，缓慢加入氧化剂提高电位至420mV~450mV ;当氧化还原电位高于450mV时， 加入还原剂降低电位至420mV~450mV ;
[0017] 在所述浸出后期，对浸出体系的氧化还原电位进行实时监控；当浸出体系的氧化 还原电位低于550mV时，缓慢加入氧化剂提高电位至550mV~650mV ;当氧化还原电位高于 650mV时，加入还原剂降低电位至550mV~650mV。
[0018] 更优选的：所述氧化剂为双氧水或Fe2(SO4) 3溶液，所述双氧水的体积百分比浓度 为10 %~30 %，所述Fe2 (SO4) 3溶液的浓度为10~50g/L ;所述还原剂为FeSO 4溶液或Na 2S 溶液，所述FeSO4溶液或Na 2S溶液的浓度均为5~40g/L。
[0019] 本发明的上述技术方案主要基于以下原理：
[0020] 1)本发明浸出体系的pH和氧化还原电位调控结合酸/CaCO3及多种氧化剂、还原 剂进行实时分阶段调控；浸出体系中的pH和氧化还原电位对生物浸出电镀污泥中铜、锌、 铬、镍等重金属有着重要的影响，其共同决定电镀污泥中重金属的溶出及溶出后存在形式。 电镀污泥中含有大量的金属，随着铜、锌、镍和铬等目的金属的浸出，Fe 3+或Fe 2+同样被大 量溶出；溶出的亚铁被铁氧化微生物快速氧化成Fe3+，而