Release of critical metals from furnace wastes using the process of bioleaching in various variants

• Autorzy: Andrzejewska-Górecka Dorota A. , Poniatowska Agnieszka , Macherzyński Bartłomiej , Wojewódka Dominik , Sierakowski Maciej

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2019.128643

Warianty tytułu

PL

Uwalnianie metali krytycznych z odpadów paleniskowych z wykorzystaniem procesu bioługowania w różnych wariantach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was to determine the influence of various variants of bioleaching on effectivity of releasing chosen critical metals: rhodium, cadmium, indium, niobium and chromium from ashes which are a byproduct of municipal waste and sewage sludge thermal processing. The research was conducted in 3 variants that considered different process factors such as temperature (24ºC and 37ºC), mixing intensity and aeration. After 5 days of the process the analyses were made of metals content, sulfate concentration, pH, general number of bacteria number, index of sulfur oxidizing bacteria. The best results of bioleaching were achieved by running the process at the temperature of 24ºC with aeration. The efficiency of rhodium and cadmium release from the byproduct of municipal waste thermal processing was above 90%. The efficiency of indium and chromium release reached 50–60%. Only niobium leached better in mixing conditions. The byproduct of sewage sludge thermal processing was far less susceptible to bioleaching. The highest effectivity (on a level of 50%) was reached for indium in temperature of 24°C with aeration. The efficiency of bioleaching depended on waste’s physiochemical properties and type of metal which will be released. Aeration with compressed air had a positive influence on the increase of sulfur oxidizing bacteria what corresponded with almost double increase of sulfate concentration in leaching culture. Such conditions had a positive influence on the increase of the efficiency of bioleaching process. Heightening the temperature to 37°C and slowly mixing did not impact bioleaching in a positive way.

PL

Celem niniejszych badań była ocena wpływu różnych wariantów bioługowania na efektywność uwalniania wybranych metali krytycznych takich jak rod, kadm, ind, niob i chrom z odpadów będących produktami ubocznymi termicznego przetwarzania odpadów komunalnych i osadów ściekowych. Badania były prowadzone w 3 wariantach uwzględniających różne parametry procesu, takie jak: temperatura (24ºC i 37ºC), intensywność mieszania i napowietrzanie. Po 5 dniach prowadzenia procesu zostały wykonane oznaczenia: zawartości metali, stężenia siarczanów, pH, ogólnej liczby bakterii, miana bakterii utleniających siarkę. Najlepsze rezultaty osiągnięto przy prowadzeniu procesu w temperaturze 24°C, w warunkach napowietrzania. W przypadku próbki popiołu z termicznego przetwarzania odpadów komunalnych efektywność uwalniania rodu i kadmu wyniosła powyżej 90%, natomiast indu i chromu kształtowała się na poziomie 50–60%. Tylko niob ługował się lepiej w warunkach mieszania. Próbka popiołu ze spalania osadów ściekowych była mniej podatna na bioługowanie. Najwyższą efektywność – na poziomie 50% osiągnięto dla indu w temperaturze 24°C, w warunkach napowietrzania. Efektywność zależała od typu odpadu oraz rodzaju uwalnianego metalu. Napowietrzanie sprzężonym powietrzem miało pozytywny wpływ na wzrost liczebności bakterii utleniających siarkę, co korespondowało z prawie dwukrotnym wzrostem zawartości siarczanów w hodowlach ługujących. Takie warunki sprzyjały zwiększeniu skuteczności procesu. Zastosowanie temperatury 37°C i powolnego mieszania nie wpłynęło korzystnie na bioługowanie.

Słowa kluczowe

EN

bioleaching; activated sludge; critical metals; furnace wastes; sulfur oxidizing bacteria

PL

bioługowanie; osad czynny; metale krytyczne; odpady z pieca; bakterie utleniające siarkę

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 45, no. 3
• Strony: 72--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Andrzejewska-Górecka Dorota A.

• Cardinal Stefan Wyszynski University in Warsaw, Poland, Faculty of Biology and Environmental Science, Department of Environmental Biotechnology and Bio-economy

autor

Poniatowska Agnieszka

• Cardinal Stefan Wyszynski University in Warsaw, Poland, Faculty of Biology and Environmental Science, Department of Environmental Biotechnology and Bio-economy

autor

Macherzyński Bartłomiej

• Cardinal Stefan Wyszynski University in Warsaw, Poland, Faculty of Biology and Environmental Science, Department of Environmental Biotechnology and Bio-economy

autor

Wojewódka Dominik

• Cardinal Stefan Wyszynski University in Warsaw, Poland, Faculty of Biology and Environmental Science, Department of Environmental Biotechnology and Bio-economy

autor

Sierakowski Maciej

• Cardinal Stefan Wyszynski University in Warsaw, Poland, Faculty of Christian Philosophy, Institute of Ecology and Bioethics

Bibliografia

• 1. Andrzejewska-Morzuch, D. & Karwowska, E. (2012). Influence of temperature, mixing intensity and aeration on effectivity of bioleaching of metals from chosen industrial waste, Rocznik Ochrona Środowiska, 14, pp. 623-631. (in Polish)
• 2. Bullock, C. (2000). The Archaea - a biochemical perspective, Biochemistry and Molecular Biology Education, 28, pp. 86-191, DOI: 10.1016/S0307-4412(99)00143-0.
• 3. Communication from the Commission to the European Parliament on the 2017 list of Critical Raw Materials for EU, (https://ec.europa.eu/transparency/regdoc/rep/1/2017/EN/COM-2017-490-F1-ENMAIN-PART-1.PDF (13.09.2017)).
• 4. Cruz, F. L.S., Oliveira, V.A., Guimarães, D., Souza, A.D. & Leão, V.A. (2010). High-temperature bioleaching of nickel sulfides: thermodynamic and kinetic implications, Hydrometallurgy, 105, 1, pp. 103-109, DOI: 10.1016/j.hydromet.2010.08.006.
• 5. d’Hugues, P., Foucher, S., Galle-Cavalloni, P. & Morin, D. (2002): Continuous bioleaching of chalcopyrite using a novel extremely thermophilic mixed culture, International Journal of Mineral Processing, 66, pp. 107-119, DOI: 10.1016/S0301-7516(02)00004-2.
• 6. Filali-Meknassi, Y., Tyagi, R.D. & Narasiah, K.S. (2000). Simultaneous sewage sludge digestion and metal leaching: effect of aeration, Process Biochemistry, 36, pp. 263-273, DOI: 10.1016/S0032-9592(00)00213-2.
• 7. Guo, Z., Zhang, L., Cheng, X., Xiao, X., Pan, F. & Jiang, K. (2010). Effects of pH, pulp density and particle size on solubilization of metal from Pb/Zn smelting slag using indigenous moderate thermophilic bacteria, Hydrometallurgy, 104, pp. 25-31, DOI: 10.1016/j.hydromet.2010.04.006.
• 8. Ilyas, S., Ruan, C., Bhatti, H.N., Ghauri, M.A. & Anwar, M.A. (2010). Column bioleaching of metals from electronic scrap, Hydrometallurgy, 101, pp. 135-140, DOI: 10.1016/j.hydromet.2009.12.007.
• 9. Ishigaki, T., Nakanishi, A., Tateda, M., Ike, M. & Fujita, M. (2005). Bioleaching of metal from municipal waste incineration fly ash using a mixed culture of sulfur-oxidizing and iron-oxidizing bacteria, Chemosphere, 60, pp. 1087-1094, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.12.060.
• 10. Karwowska, E. (2007). Microbiological processes of heavy metals removal from sewage and sludge for galvanizing, habilitation treatise, Prace naukowe, Inżynieria Środowiska, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 51, pp. 3-139. (in Polish)
• 11. Karwowska, E. & Łebkowska, M. (2008). State of research on using bacteria to metal recovery from ores and refuse in Poland, Rocznik Ochrony Środowiska, 10, pp. 433-442. (in Polish)
• 12. Kupka, D., Rzhepishevska, O.I., Dopson, M., Börje Lindström, E., Karnachuk, O.V. & Tuovinen, O.H. (2007). Bacterial oxidation of ferrous iron at low temperatures, Biotechnology and Bioengineering, 97, 6, pp. 1470-1478, DOI: 10.1002/bit.21371.
• 13. Liu, H.L., Chiu, C.W. & Cheng, Y.C. (2003). The effects of metabolites from the indigenous Acidithiobacillus thiooxidans and temperature on the bioleaching of cadmium from soil, Biotechnology and Bioengineering, 83, 6, pp. 638-645, DOI: 10.1002/bit.10714.
• 14. Olson, G., Brierley, J. & Brierley, C. (2003). Bioleaching review part B: progress in bioleaching: applications of microbial processes by the minerals industries, Applied Microbiology and Biotechnology, 63, 3, pp. 249-257, DOI: 10.1007/s00253-003-1404-6.
• 15. Rohwerder, T., Gehrke, T., Kinzler, K. & Sand, W. (2003). Bioleaching review part A: Progress in bioleaching: fundamentals and mechanisms of bacterial metal sulfide oxidation, Applied Microbiology and Biotechnology, 63, 3, pp. 239-248, DOI: 10.1007/s00253-003-1448-7.
• 16. Smakowski, T. (2011). Mineral raw materials - critical or deficient for EU and Poland’s industry, Zeszyty Naukowe IGSMiE PAN, 81, pp. 59-68. (in Polish)
• 17. Sushil, S. & Batra, V. (2006). Analysis of fly ash heavy metal content and disposal in three thermal power plants in India, Fuel, 85, pp. 2676-2679.
• 18. Wang, J., Bai, J., Xu, J. & Liang, B. (2009). Bioleaching of metals from printed wire boards by Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans and their mixture, Journal of Hazardous Materials, 172, pp. 1100-1105, DOI: 10.1016/j.fuel.2006.04.031.
• 19. Xiang, L., Chan, L.C. & Wong, J.W.C. (2000). Removal of heavy metals from anaerobically digested sewage sludge by isolated indigenous iron-oxidizing bacteria, Chemosphere, 41, pp. 283-287, DOI: 10.1016/S0045-6535(99)00422-1.
• 20. Xu, T.J. & Ting, Y.P. (2004). Optimization on bioleaching of incineration fly ash by Aspergillus niger - use of central composite design, Enzyme and Microbial Technology, 35, pp. 444-454, DOI: 10.1016/j.enzmictec.2004.07.003.
• 21. Yahya, A. & Johnson, D.B. (2002). Bioleaching of pyrite at low pH and low redox potentials by novel mesophilic Gram-positive bacteria, Hydrometallurgy, 63, pp. 181-188, DOI: 10.1016/S0304-386X(01)00224-9.
• 22. Zagury, G.J., Narasiah, K.S. & Tyagi, R.D. (2001). Bioleaching of metal-contaminated soil in a semicontinuous reactor, Journal of Environmental Engineering - ASCE 2001, 9, 127, pp. 812-817, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2001)127:9(812).