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污水处理设备 微生物技术处理固体废弃物的研究，涂山环保( 二 )


【污水处理设备|微生物技术处理固体废弃物的研究，涂山环保】失效动力锂电池是涉重危废的又一主要来源 。 自1991年索尼公司商品化以来 ， 锂离子电池以其体积小、质量轻、电压高、容量大、寿命长、无记忆等优良特性 ， 在手机、手提电脑、数码相机、便携式摄像机等小型家电的能源供给上有广泛的应用 。 2015年全球锂离子电池总产量达到100.75GWh ， 据国家统计局公布的数据 ， 2015年我国锂离子电池总产量达到56.0亿只 。 锂离子电池的使用寿命一般为3～5年 ， 之后便成为失效锂离子电池进入环境中 ， 成为一类数量巨大的固体废弃物 。 据估算 ，2015年我国动力锂电池累计报废量将达到2～4万t ， 2020年达12～17万t 。 针对数量如此巨大的失效锂电 ，2016年2月国家发改委发布《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策》来鼓励失效动力锂电池的阶梯利用、再生利用和资源利用 。 锂离子电池主要组分包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜等 。 其中正极材料是最有回收利用价值的 ， 正极材料通常是钴酸锂( LiCoO2) 、磷酸铁锂( LiFePO4) 、锰酸锂( LiMnO2) 和三元材料( LiNixCoyMn1-x-yO2)。 其中含有高浓度的有价金属如钴、镍、锂和锰 ， 金属总重占电池总重 25%～35% ， 而正极材料成本占到电池总价的40%以上 。

01
生物沥浸技术对涉重危废中有价金属回收的研究进展

涉重危废因其严重的环境危害特性和生态毒性 ， 无害化处理是现有处置技术的主要方向 。 但现有无害化处理技术或工艺如稳定化/固化后安全填埋工艺、水泥窑协同处置技术等不但不能完全消除涉重危废对环境潜在的污染风险 ， 而且造成了金属资源的不可逆流失 。 因此 ， 针对各类涉重危废 ， 回收稀贵/有价金属 ， 去除剧毒/有毒金属 ， 减低/消除脱毒残渣的建材化利用风险 ， 实现涉重危废的全循环、全利用和( 近) 零排放 ， 是未来涉重危废处理技术的发展方向 。 生物沥浸是指通过特定微生物( 类群) 的直接( 接触) 作用或其代谢活性产物的间接( 非接触) 作用将固相材料中目标金属浸出并进入液相的过程 ， 该技术以其经济、绿色、节能、安全的特点 ， 在涉重危废的资源化利用中得到应用和研究 。 从 20世纪60年代开始 ， 美国、加拿大、 澳大利亚、智利、南非、印度等国家深入开展了低品/ 难浸矿石的生物冶金( 生物沥浸) 技术和工艺的研究 。 我国生物冶金( 生物沥浸) 技术研究在王淀佐、邱冠周院士带领下取得重大突破 ， 且在生物冶金领域的国际影响力得到了提升 。 目前 ， 生物冶金技术已成功用于低品硫化矿中铜、镍、钴、铀、金等有价金属的浸提和回收 。 辛宝平课题组一直以来致力于涉重危废生物沥浸技术的研究 ， 对涉重危废中的有价金属进行回收循环利用 ， 王佳在其博士期间对4种典型涉重危废进行了生物沥浸的研究 ， 着重研究了重金属生物沥浸的耦合机制、浸提机理、 过程调控和效能提升 ， 同时也研究了不同金属溶出的化学和微生物学机制 。

02
生物沥浸技术面临的问题

在高固液比条件下沥浸效率低的问题 。 涉重危废如废旧电池、城市垃圾焚烧飞灰、失效催化剂等都是高碱性的氧化物或氢氧化物 ， 因此 ， 涉重危废中有价金属的生物沥浸过程会强烈消耗H+ ， 导致沥液pH值居高不下 ， 危及嗜酸自养菌株的生长和活性 。 同时涉重危废中的高毒有机或无机物质如高浓度氟离子、六氟磷酸锂等都会危及工作菌株的生长 ， 最终可能导致生物沥浸过程的停止 。 由于这些因素的存在 ， 生物沥浸技术在高固液比下对涉重危废的处理能力大幅减低、处理成本显著上升 ， 这成为了该技术实际应用的重大障碍 。
运行周期长的问题 。 绿色、节能、低耗、安全是生物沥浸技术的优点 ，但同时生物沥浸技术存在抗逆差、速率低、周期长等缺点 。 高达几周甚至数月之久的反应时间大大降低了固废处理的效率 。 因为沥浸的工作菌株大多为生长缓慢的化能自养菌 ， 这类菌种不能满足涉重危废快速浸提的需要 。
工业固体废物
工业固体废弃物是指在工业生产过程中产生的固体废弃物 。 工业固体废弃物可分为冶金工业固体废弃物、矿业固体废弃物、石油化学工业固体废弃物、轻工业固体废弃物、能源工业固体废弃物、其他工业固体废弃物 。 工业固体废弃物按其危险性可分为一般固体废弃物和有害固体废弃物两大类 。 一般固体废弃物主要有高炉渣、钢渣、赤泥、有色金 属渣、粉煤灰、煤渣、硫酸渣、废石膏、脱硫灰、电石渣、盐泥等 。 有害固体废弃物如废矿物油及含油废物、含铬废物等难以被环境消化 ， 同时对土壤、水 源和人类生活健康造成危害的废弃物 。 传统的工业固体废弃物主要采用焚烧和填埋两种方法 ， 而这两种处理固体废弃物的方式会造成二次污染 ， 处理效果不佳 ， 并且不能很好地对工业固废进行资源化利用 。 发展新的技术是实现工业固废无害化、资源化和减量化处理的方向 。 目前 ， 有关微生物对工业固体废弃物的实验研究工作不少 。

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