Mikroorganismide kohandamine on läbi viidud 10 g/l PCB mittemetallilise fraktsiooni juures mikroorganismidega Acidithiobacillus ferroxidans, söötmes 882.

Purkide seintel on täheldatud sademe moodustumist, mis näitab rauast koosneva ühendi jarosiidi teket, kui pH on suurem kui 2,3. Raua sadestamisel väheneb mikroorganismide ainevahetuseks vajaliku raua kontsentratsioon keskkonnas ja seetõttu väheneb nende saagis metallide bioleostumiseks.

Pärast läbiviidud katseid jõuti järeldusele, et pH kontroll väärtusel 2 parandab jõudlust, vältides raua sadenemist ja et söötmele ei ole vaja lisada suuremat kogust rauda, kuna sellel pole märkimisväärset mõju. tehtud testide tulemuste põhjal.

Testitud on erinevaid kohanemisetappe, suurema ja väiksema arvu etappidega ning tulemused näitavad, et vahetingimused on nende mikroorganismide seda tüüpi jäätmetega kohanemiseks kõige optimaalsemad.

Nende optimaalsete tingimuste juures on mikroorganismid kohandatud 10 g/l mittemetallilise PCB fraktsiooniga ja neid on kohandatud selle S/L suhtega suurema mahuni, kuni saavutatakse katseteks vajalik 50 l piloodis. varustus.

Piloottehases on tehtud 50 L katsed, milles on hoitud temperatuuri kontrolli all 30 ºC, pH konstantsena 2 ning teostatud regulaarseid metallisisalduse mõõtmisi vedelikus, võttes proove ja neid analüüsides kl. ICP-OES. Seiratud metallid on Al, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ag, Sn, Au ja Pb.

Iga katse keskel, alguse ja lõpu vahel on täheldatud värvimuutust, mis on näha joonisel.

50L-s on tehtud kolm katset ja peamised järeldused on järgmised:

• Analüüsides jäägis üle 6% sisalduvate metallide tulemusi, saadakse keskmine vase ekstraheerimine 90%, mis mõnel juhul ületab isegi 94%. Alumiiniumi puhul ulatub efektiivsus 80% -ni.
• Metallide puhul, mille sisaldus jäätmetes on väiksem (<1%), on nikli ja tsingi ekstraheerimisväärtus vastavalt 56 ja 84%, seega on hinnanguliselt võimalik neid mikroorganisme kasutada nende metallide eraldamiseks teistest jääkidest. mis sisaldavad neid suuremas kontsentratsioonis.

Joonis. Ühes katses saadud tulemused.

Varasemate ülesannete täitmisel saadud teadmiste põhjal hinnatakse selle tehnoloogia ülekantavust muudele jäätmetele. Eelkõige valiti eksperimentaalseteks bioleostamise katseteks elektroonikaromude mehaanilisel töötlemisel aspiratsioonisüsteemist kogutud tolm, sest see tolm on jääk, mille Cu ja teiste metallide sisaldus on kõrge, kuid mille töötlemisvõimalused on granulomeetriliste ja muude omaduste tõttu piiratud.

Väljavaltud testid on täpsemalt järgmised:

• kaheastmeline bioleostamine (anaeroobne ja aeroobne etapp), mida rakendatakse trükkplaatide mehaanilisel töötlemisel kogutud tolmule;
• elektroonikaromude mehaanilisel töötlemisel saadud kõrgema Cu-sisaldusega tolmu aeroobse töötluse etapi hindamine.

Tehti põhjalik kirjanduse ülevaade metallurgiliste protsesside kohta bioleostamisel saadud metalle sisaldavas happelises lahuses (pregnant leach solution, PLS) olevate strateegiliste metallide eraldamiseks. Mitmete meetodite hulgast valiti testimiseks välja kõige asjakohasemad: elektrolüüs, sadestamine ja tsementeerimine.

• Tsementeerimine on sadestamise tüüp, mille käigus ioonid taandatakse oksüdatsiooniastmeni „null“ tahke metallilise kandja piirpinnal.
• Sadestamine: metallide eraldi sadestamiseks kavandati järjestikune protseduur. Saadud sade filtritakse, pestakse ja kaltsineeritakse. Järgnevalt hinnatakse saadud tahket ainet.
• Elektrolüüs: elektrivool juhitakse inertselt anoodilt (oksüdatsioon) läbi lahustunud metalliioone sisaldava leostamislahuse, nii et metall saadakse kätte, kui see sadestatakse galvaniseerimise käigus katoodile (redutseerimine).

Joon Katsetes kasutatud elektrolüüsiseadmed.

Pärast adapteerimissprotsessi kavandati katsed eesmärgiga suurendada teadmisi aeroobsetes tingimustes tehtavate testide optimeeritud parameetrite kohta:

• katsete mahu otsene järkjärguline suurendamine kuni mahuni 50 liitrit;
• mahus 250 ml trükkplaatide suspensiooni kontsentratsiooni suurendamine 1%-lt kuni 10%-le (käimasolevad katsed);
• eeldatava maksimaalse leostamisaja määramine;
• adapteerimise etappide mõju trükkplaatide suspeniooni kontsentratsioonil 10 g / L.

Joonis. Aeroobsetes tingimustes tehtud testid ja oodatavad tulemused

Nendes katsetes näidati, et pH reguleerimisega välditakse jarosiidi sadenemist, minimeeritakse raua kadu lahustumisel, suurendades sellega protsessi efektiivsust ja vähendades testidele kuluvat aega. Katseid optimeeritud tingimustel on alustatud, nagu jooniselt näha.

Joonis. Katse käik 50-liitrises reaktoris.

Saadud tulemusi veel analüüsitakse ja neid katseid korratakse, et saada testidest kindlaid tulemusi.

Enne mikroorganismide kohandamist viidi läbi terve rida protsesse laborivahendite kohandamiseks bioleostamise tööprotseduuridega:

• Töötati välja töötervishoiu ja tööohutuse protokoll.
• Õpiti tundma kasvukeskkondade steriliseerimise tehnikaid.
• Uuriti reaktsioonitingimustes esineda võivaid mikroorganisme, mis on võimelised konkureerima bioleostamisel kasutatava puhaskultuuriga Acidithiobacillus ferroxidans.
• Trükkplaatide mittemetalset osa töödeldakse eelnevalt küllastunud NaCl-iga, seejärel pestakse.
• Kontrolliti katseseadmete toimimist skaleerimise ajal (250 ml - 1 L - 10 L - 50 L)

Joonis. Trükkplaatide mittemetalne osa, mida on eelnevalt töödeldud küllastunud NaCl-iga ja mida järgnevalt pestakse

Puhaskultuuri Acidithiobacillus ferroxidans kohandamis- ja skaleerimisprotsess mittemetalse fraktsiooniga, mis on saadud pärast trükkplaatide mehaanilise töötlemist:

Protsess koosneb kuuest etapist:

• 1. etapp: viaalide inokulatsioon
• 2. etapp: kohandamine kuni mahuni 250 ml
• 3. etapp: kohandamine trükkplaatidega 250 ml-s
• 4. etapp: kohandamine trükkplaatidega 1 L-s
• 5. etapp: kohandamine trükkplaatidega 10 L-s
• 6. etapp: kohandamine trükkplaatidega 50 L-s

Joonis. Kohandamis- ja skaleerimisprotsessi etapid 1–3.

Joonis. Kohandamis- ja skaleerimisprotsessi etapid 4–6.

Pärast katsetusi INATECile juba kuuluva 10-liitrise andurite ja seguriga varustatud reaktoriga jõuti järeldusele, et sellises mahus reaktori temperatuuri reguleerimise parandamiseks tuleks osta uus reaktor ja jahuti.

Joonis. 10-liitrine reaktor ja jahuti adapteerimisprotsessi jaoks

Ummistuste vältimiseks trükkplaatide suspensiooniga lisati projekti täiendavalt ka spetsiaalne reaktori tühjendamise süsteem.

Joonis. Spetsiaalne väljalaskeotsik vältimaks ummistusi 10-liitrises reaktoris.

Töötati välja 50 L prototüüp trükkplaatide mittemetalse fraktsiooni mehaanilise töötlemise järgseks bioleostamiseks mikroorganismide Acidithiobacillus ferroxidans abil.

Joonis. BIOTAWEE projekti jaoks ehitatud 50 L reaktori prototüüp. Prototüüp koosneb järgmistest, bioleostamise ajal töötingimusi juhtivatest ja kontrollivatest seadmetest:

• pH analüsaator, mis võimaldab nii reaktsiooni pH muutuste jälgimist kui ka pH püsiväärtuse hoidmist;
• segamise kontroller + aereerimisega varras kontrollitud segamiseks, mis ei takista mikroorganismide kasvu ja sisaldab aeratsiooni ka vardas, et parandada õhuringlust toimuvate aeroobsete reaktsioonide soodustamiseks;
• T-kontroller, mis võimaldab täpset temperatuurikontrolli, mis on reaktsioonideks ja mikroorganismide ellujäämiseks väga oluline.

Projekteeriti protsessi reprodutseerimiseks vajalik tehnoloogia, suurendades skaalat kuni mahuni 50L. Pakkujatega on ühendust võetud ja pakkumiste läbivaatus on lõpetamisel.

Fig. 50 L reaktori jaoks vajaliku tehnoloogia projekt.

Samal ajal vaadati läbi katseks vajalik laborimaterjal. Enne katse alustamist 50L reaktoris tuleb mikroobikonsortsium eelnevalt 250 ml kolbides trükkplaatidega kohandada, suurendades järk-järgult reaktori mahtu. Reaktorile mahule 50L-eelneva, 10L mahuga reaktor on INATECil juba olemas. Seda andurite ja segamisega varustatud reaktorit kontrolliti ning koostati nimekiri mikroorganismidega töötamiseks vajalikest reaktiividest ja materjalidest.

Fig. 10 L reaktoris tehtud katse, et kontrollida süsteemi toimimist.

Trükkplaatide töötlemine hõlmab mitmeid purustamise ja eraldamise etappe, kuni saadakse bioleostamistehnoloogia abil katsetamiseks mõeldud mittemetalne fraktsioon. Järgnev joonis näitab tervikprotsessi kolme etappi, mille materjal peab läbima, kuni saavutatakse viimane, lõppfraktsioon:

Joonis 1. Materjal teekond protsessi kõigis etappides.

1. ETAPP: Protsess algab materjali purustamisega purustajas.

2. ETAPP: Pidevate tsüklitega viiakse materjal veskisse.

3. ETAPP: Selle etapi eesmärk on eraldada metallifraktsioon mittemetalsest fraktsioonist.

MATERJAL BIOLEOSTAMISEKS: Kõige viimases etapis saadud mittemetalne fraktsioon valiti välja kasutamiseks BIOTAWEE konsortsiumi poolt teostatavas bioleostamisprotsessis.

20-liitrised katsestendi reaktorid on varustatud kõigi vajalike andurite, proovivõtuportide, segajate ja juhtmooduliga protsessi suuremamahuliseks testimiseks.

Joonis. a. 20-liitrine klaasreaktor koos andurite, seguri, proovivõtuportide ja juhtseadmega; b. Katsestendi katse jaoks valmis seatud kasvukeskkonna komponendid, töödeldav tooraine ja inokulum ARGCON5; c. Juhtmooduli arvutiliides.

20-liitrise katse põhitulemused on sarnased labori skaalal saadud tulemustega, kuid siiski

• Cu ekstraheerimine kaheastmelise anaeroobse-aeroobse protsessiga oli peaaegu kaks korda efektiivsem kui üksnes aeroobse protsessi kasutamisel (Cu saagis 28,02% vs 13,58%);
• täheldati Pt mõõdukat ekstraheerimist anaeroobses etapis (efektiivsus 5,6%);
• Au ja Ag ei vabanenud ei aeroobses ega ka 2-etapilises kombineeritud anaeroobses-aeroobses protsessis.
• Kuna anaeroobse etapi põhiväärtus on biogaasi tekitamine, tuleks tähelepanu pöörata inokulumi elujõulisusele ja inokulumi kontsentratsiooni õigele valikule.

pH on oluline parameeter bioleostamisprotsessi kineetika jälgimiseks ja usaldusväärne indikaator metaani tekke võimalikkuse kohta.

Aeroobsed kultiveerimiskatsed puhaskultuuriga Acidithiobacillus ferrooxidans DSM14882 viidi läbi trükkplaatide suspensiooni anaeroobse töötluse jäägiga 250-mL kolbides. Kultuure aereeriti loksutis, simuleerides bioleostamisprotsessi aeroobset etappi.

Joonis. Bioleostamise aeroobne etapp. Metallide leostumine trükkplaatide suspensioonist atsidofiilse puhaskultuuriga Acidithiobacillus ferroxidans DSM 14882.

Joonis. Bioleostamise aeroobne etapp. Metallide leostamine trükkplaatide suspensioonist (töötlemata materjal) atsidofiilse puhaskultuuriga Acidithiobacillus ferroxidans DSM 14882.

48 tunni jooksul saavutati 100% Fe, 80% Ni ja 60% Cu eraldumine trükkplaatide suspensiooni anaeroobse töötluse jäägist. Metallide, välja arvatud Ni leostamise efektiivsus oli praktiliselt sama, mis ilma eelneva töötluseta trükkplaatide puhul.

Tehti katsed metallide leostumise võrdlemiseks järgmistes tingimustes:

1. inokulum ARGCON5 (inokulum 5A) vs inokulum 32 (e-jäätmetele kohandatud mikroobikooslus);
2. kultiveerimissööde (pluss inokulum) vs e-jäätmete suspensioon (pluss inokulum);
3. e-jäätmete suspensioon (pluss inokulum) vs e-jäätmete suspensioon (ilma inokulumita);
4. kultiveerimissööde (R2A puljong või vinass) vs steriliseeritud kraanivesi;
5. erinevate söötmekomponentide võrdlus – betaiin vs vinass

Joonis. Muutused biogeense gaasi saagises trükkplaatide suspensiooni sisaldavates mikrokosmides; t = 37ºC, inokulum ARGCON5 (inokulum 5A), substraadi kontsentratsioonid 1% ja 5%, normaliseeritud inokulumiga.

Leiti, et mitmete ümberkülvidega värskesse kasvukeskkonda (adaptiivne laboratoorne evolutsioon) paranes nii mikroobikonsortsiumide biogaasi tootmise kui ka metallide leostamise võime.

Katsepudelites olevatest kultiveerimissöötmetest koos trükkplaatide suspensiooniga võeti vedelfaasi proovid, et määrata metallide sisaldus ICP-MS meetodil. Metallide esialgsed saagised olid mõõdukad, sest konsortsium ei olnud veel materjaliga (substraadiga) kohanenud. Samadel katsepäevadel võeti kultiveerimissöötmest proove mikroorganismide loendamiseks ja tuvastamiseks. Proove tsentrifuugiti (5000 p/min, 10 min), et eraldada mikroorganismide biomass, millest omakorda eraldati DNA.

Mikroobikonsortsiumi rikastamine e-jäätmetest oli edukas, sest katse lõpus oli mikroorganismide arvukus suhteliselt kõrge (10⁷ CFU/ml). Kultiveerimissöötme pH oli metanogeenide kasvu soodustavas vahemikus; mitmed metallid on aga selle pH (pH 8,5) juures lahustumatutes ühendites. Nende hulka kuulub enamus metallidest, mis leostuvad alles teises, atsidofiilses faasis.

Käesolevas tegevuses tõestati konsortsiumi ARGCON5 kasutatavus e-romust pärit trükkplaatide bioleostamiseks. E-jäätmetest oli võimalik rikastada metaani tootev mikroobikooslus. Kuigi esialgne metaanisaagis ja metallide välja leostamisvõime olid tagasihoidlikud, saab neid edasistes etappides parandada söötme muutmise ja adaptiivse laboratoorse evolutsiooni abil (tegevus B1).

E-romust pärit purustatud trükkplaadid Reydesa tehases Legutios, Hispaanias, 17. juulil 2018.

Foto A. Mennert

Reydesa e-romust pärit jahvatatud ja densitomeetriliselt eraldatud trükkplaadid , suurendus 10X.

Foto S. Kuuse

Eesti päritolu bioleostatud e-jäätmed, suurendus 10X.

Foto S. Kuuse