无机危废的微生物资源化处理技术

电镀废渣、冶炼尾渣、焚烧飞灰、电子垃圾、废旧电池和废催化剂等无机危险固废含有多种有毒或剧毒金属如铅、铬、镉、汞和砷。由于强烈的毒性，其收集、转移、运输、储存、处置、处理和归宿都受到国家最严格的监管。这类危险固废处理处置的传统工艺包括焚烧、固化和填埋。这些工艺虽然一定程度上可以实现危险废物的无害化处理，在短期内抑制或消除其环境危害；但从长远来看，它们不但仍然具有严重的环境风险而且造成巨大资源浪费。无机危险固废一方面具有强烈的环境危害，另一方面又含有高价值的金属元素如金、银、钯、铂、铟、镓、钴、镍、铜、锌、锰等，堪称“二次资源”。因此，从这类危废中回收有价金属，实施资源化处理将代表未来发展方向。

目前，从危险固废中回收有价主要有火法和湿法冶金。火法冶炼是利用高温从固相中提取金属或其化合物，因耗能极大，污染严重，材质要求很高，操作条件苛刻已逐渐被淘汰。湿法冶金利用酸溶液从固废中提取目标金属，再通过电解、吸附、萃取进行分离提纯。湿法冶金选择性强，回收效率高，环境污染小，易于量产和自动化。因此，湿法冶金成为有价金属回收利用的主要工艺和发展方向。但这种以高浓度强酸为工作介质的湿法浸提工艺在快速溶出目标有价金属离子的同时，也不可避免的溶释了非目标金属离子和非金属离子，大幅增加了强酸和氧化剂的消耗；而且大规模的强酸湿法浸提对于设备材质也有很高的要求，操作条件苛刻，安全风险居高。这些都限制了湿法浸提工艺的推广应用。

北京理工大学固废处理技术研究室多年来致力于无机危险固废的资源化处理技术研究，开发了新一代生物湿法浸提工艺，并逐渐成为世界上固废生物处理技术研究的著名实验室之一。该生物浸提技术（即生物淋滤，英文bioleaching）可以在常温常压工况条件下高效浸出并回收无机危险废物中有价金属，具有经济高效、环境友好、绿色安全的特点。近年来，在国际顶级刊物BT等权威杂志发表SCI和EI论文近40篇，获得国家发明专利授权6项，在国内外产生了较大影响。2012年9月韩国世界生物技术大会（4年一次）受邀做特邀报告，并主持环境微生物技术分会生物淋滤主题；2014年1月受国家人力资源和社会保障部邀请为全国固废从业专业人员讲授固废处理新技术；课题组还聘请全国唯一的固废处理领域院士----中国环科院段宁研究员为兼职博导，进一步加强了研究力量和学术地位。

生物湿法浸提技术以价格低廉甚至属于废弃物的硫磺和黄铁矿为工作介质，在微生物作用下生成H+, Fe2+, Fe3+ 以及其他活性物质。通过这些活性物质的间接机制和微生物直接机制包括氧化、还原、络合、酸解等溶释无机危废中有价金属。生物氧化硫磺生成硫酸，所以硫磺可以替代浓硫酸；生物氧化黄铁矿生成还原性Fe2+和氧化性Fe3+，所以黄铁矿可以替代双氧水。从经济性来讲，硫磺和黄铁矿几乎无需成本，而浓硫磺和双氧水价格都在600-800元/吨，所以生物湿法浸提工艺成本更低。从安全性来讲，浓硫酸和双氧水都属于高危险品，其运输、储存和使用过程都有很高的安全风险，相比而言硫磺和黄铁矿则要安全的多。生物浸提工艺较之以硫酸和双氧水为工作介质的化学浸提无疑更加经济、绿色、安全和环保，完全可以替代目前应用最广的化学湿法工艺。

北京理工大学固废生物处理技术研究室近期开发了用于不同无机危险固废中有价金属回收的生物湿法专用反应器和整套工艺。在专用反应器中通过专利技术实现了微生物的高浓度生长，微生物的生物量较之常规反应器提高了 10倍，因此淋滤效率提高了10倍，淋滤时间由原来的7-10天缩短至1天。用该专用反应器可以高效去除焚烧飞灰中有毒金属，使飞灰脱毒并成为可用于建材和路基的一般固废，这样既回收了金属又无需再进行飞灰的填埋处理（表1）。而且，用该专用反应器还可浸提各种冶炼废渣中稀贵金属并通过淋滤液的多次循环富集浓缩稀贵金属（表2）。

表1      生物处理飞灰中四种金属的浸出比较

表2  生物淋滤回收冶炼废渣中稀贵金属并通过淋滤液的循环进行富集浓缩的实验结果