Odstranění těžkých kovů PODTITULEK: Bakteriální loužení Olovo patří z hlediska ekotoxikologického spolu s kadmiem a rtutí k silně rizikovým kovům, vyznačuje se kumulativními účinky v lidském organismu se všemi negativními důsledky. Jednou z metod, jak odstranit těžké kovy ze skládkovaného odpadu je...
Odstranění těžkých kovů
PODTITULEK: Bakteriální loužení
Olovo patří z hlediska ekotoxikologického spolu s kadmiem a rtutí k silně rizikovým kovům, vyznačuje se kumulativními účinky v lidském organismu se všemi negativními důsledky. Jednou z metod, jak odstranit těžké kovy ze skládkovaného odpadu je metoda bakteriální loužení.
Pozornost byla zaměřena na odpadní produkt technologie VARTA - kamínek ze šachtové pece, vznikajících při redukčním tavení akumulátorových baterií. Experimentálně byla použita čistá bakteriální kultura Thiobacillus ferrooxidans pro odstraňování olova, zinku, kadmia a arsenu z kamínku.
Situace v ČR
Monopolním konečným zpracovatelem olověných odpadů v České republice jsou KOVOHUTĚ Příbram, a. s. Výroba olova představuje roční produkci ve výši asi 20 tisíc tun. Činnost společnosti je zaměřena na výkup a recyklaci odpadů olova a jeho slitin, olověných akumulátorů a prachu s obsahem olova a jeho slitin, odpadů s obsahem stříbra a zlata ve formě slitků nebo stěrů a amortizačních odpadů z elektrotechniky. Převládající technologie:
[*] redukční tavení v šachtové peci - technologie VARTA,
[*] kyslíková rafinace surového olova,
[*] tavení v krátkých bubnových pecích,
[*] druhovýroba olova.
Téměř 80 % vsázky tvoří vyřazené olověné akumulátory, jejichž výkup je od poloviny roku 1997 zaměřen výhradně na akumulátory kompletní, včetně elektrolytu.
V reálném vyjádření je to asi 24 tisíc tun akumulátorů ročně, což představuje účinnost recyklace 75-80 %. V zemích EU se účinnost sběru pohybuje mezi 90-95 %. Roční množství odpadu z recyklace, dosud ukládaného na skládkách, představuje asi 3200 t kamínku vznikajícího v šachtové peci.
Experimentální část
Experimentální bioloužení a posouzení vhodnosti jeho aplikace při odstraňování těžkých kovů bylo zaměřeno na problematický odpad metalurgického průmyslu - kovohutnický kamínek, který je v současnosti deponován na skládkách.
Kamínek je taveninou sulfidů těžkých kovů a železa. Olovářský kamínek obsahuje zejména sulfidy FeS, PbS, Cu2S a obsahuje také olovo v kovové formě.
Byla stanovena fyzikálně-chemická charakteristika homogenizovaných vzorků kamínku detailní chemickou a granulometrickou analýzou. Rovněž byla provedena fázová analýza vstupních vzorků pomocí rentgenové difrakční analýzy a jejich zhodnocení před následným bioloužením. Výsledkem mineralogické analýzy je zjištění převládající strukturní vazby na bázi pyrhotinu.
Vzorek kamínku vykazoval při granulometrické analýze střední velikost zrna 432,2 Km. Zastoupení vybraných analytů ve zpracovávaném odpadu je v průměrných hodnotách uvedeno v tab. 1.
Pro bioloužení byl použit speciální skleněný reaktor o objemu 5 litrů. Po sterilizaci byl do reaktoru přiveden homogenizovaný vzorek kamínku o hmotnosti 250 g. Bylo přidáno 500 ml bakteriálního roztoku a 3,5 l živné půdy 9K bez obsahu FeSO4. Jako loužidlo byla aplikována 5 % suspense, kterou doporučuje literatura pro loužení v reaktoru. K bioloužení byla použita čistá kultura bakterie Thiobacillus ferrooxidans.
Provzdušnění vyluhovací zóny byla zajištěno kontinuálním přívodem vzduchu. Hodnota pH vyluhovací zóny byla měřena pomocí laboratorního pH metru. V průběhu celého procesu bioloužení byla pH vyluhovacího prostředí neustále udržováno v rozmezí 1,8-2,2 roztokem 10 N H2SO4.
Pneumatické promíchávání rmutu bylo prováděno kontinuálně vzduchovou tryskou. Při sledování procesu bioloužení byla po celou dobu udržována stabilní teplota v rozmezí 30-35ř C.
Pro vyhodnocení průběhu biometalurgického procesu byly po celou dobu loužení odebírány vzorky suspense v množství 75 ml. Z těchto vzorků byla část suspense použita na sledování přírůstků biomasy pomocí MPN metody a zbytek byl zfiltrován. Filtrát byl podroben stanovení obsahu Fe2+ titrační metodou, vzorek filtračního koláče byl převeden do roztoku a následně analyzován metodou AAS.
Získaná výtěžnost sledovaných kovů je uvedena spolu s jejich výchozí koncentrací, dobou loužení, průměrným počtem bakterií v 1 ml vyluhovací zóny a kontrolním stanovením přítomnosti Fe2+ iontů v tab. 2.
Z údajů bakteriálního loužení kamínku v tab. 2 vyplývá, že u všech vybraných kovů jejich výtěžnost roste s dobou loužení, s výjimkou mědi, u které mezi třetím a čtvrtým týdnem loužení byla výtěžnost konstantní. U olova, zinku, kadmia a arsenu bylo zjištěno zvyšování jejich výtěžnosti v průběhu působení bakterií ve vyluhovací zóně až do ukončení experimentu.
Potvrzená účinnost
Provedení experimentálních testů bioloužení kamínku potvrdilo možnosti razantního snížení koncentrace rizikových kovů v tomto odpadu. U olova představovala výtěžnost do roztoku vzhledem k původní koncentraci kovů po čtyřtýdenním cyklu loužení 69 %. U zinku bylo dosaženo hodnoty 83 %. Rovněž kadmium a arsen přes svoje nízké koncentrační zastoupení vykazují dobrou schopnost přechodu do výluhu.
Z výsledků zpracování kamínku vyplývá, že aplikací bioloužení dochází ke snížení obsahu sledovaných kovů již při použití čisté bakteriální kultury. V těchto dnech končí další experimentální bioloužení s použitím čisté kultury bakterie Thiobacillus thioxidans a směsí bakterií Thiobacillus ferrooxidans a Thiobacillus Thiooxidans.
Vladimír Čablík,
PETER FEČKO,
Vysoká Škola Báňská
- Technická univerzita Ostrava,
Tab. 1 Vstupní analýza kamínku
Kov % hmot. Kov % hmot.
Fe 43,08 K 0,29
Pb 3,11 Mn 0,19
Sb 1,34 Na 0,11
Cu 0,57 Al 0,06
Zn 0,42 Ti 0,01
As 0,21 Hg 0,01
Cd 0,002 Cr 0,006
Tab. 2 Výsledky bakteriálního loužení kamínku pro vybrané kovy
Doba Koncentrace kovů Výtěžnost kovů Počet
loužení Fe2+ bakterií
/týden/ % % mg/l v 1 ml
Pb Zn Cd Cu As Pb Zn Cd Cu As
1 3,04 0,31 0,001 0,56 0,21 4,10 26,19 50,00 1,75 0 921,25 90.103
2 - 0,25 0,0009 0,51 0,20 - 40,48 55,00 10,53 4,76 502,50 60.106
3 1,00 0,09 0,0004 0,28 0,16 68,45 78,57 80,00 50,88 23,81 x 30.108
4 0,98 0,07 0,0003 0,28 0,15 69,09 83,33 85,00 50,88 28,57 x 90.109
x pod limitem stanovení
