Praca doktorska
Miniatura
Pliki
0000-DR-357234-praca.pdf4.38 MB
Licencja
FairUseKorzystanie z tego materiału możliwe jest zgodnie z właściwymi przepisami o dozwolonym użytku lub o innych wyjątkach przewidzianych w przepisach prawa. Korzystanie w szerszym zakresie wymaga uzyskania zgody uprawnionego.
 

Biochemical treatment of leachates from hydrometallurgical recycling of spent alkaline batteries

Uproszczony widok
dc.abstract.enHydrometallurgy is an essential metal processing technology applied in the recycling of spent alkaline batteries. The overall impact of hydrometallurgical technologies for the treatment of battery leachate on the environment is rather negative because they generate by-products, such as low pH effluents that still contain relatively high concentrations of sulfates, chlorides, iron, and other heavy metals (e.g. Zn and Mn). My doctoral thesis focuses on the environmentally-friendly recovery of metals from waste and side streams by hydrometallurgical processes, and further reducing the hazardous impacts caused by the uncontrolled release of metals to the local ecosystems. Herein a novel (bio)technology was developed, which can help to manage all the by-products and waste materials generated during the hydrometallurgical processes, that are characterized by low pH, and a high concentration of metal ions (including Fe2+) and sulfates. The technology is based on chemical neutralization processes, microbial sulfate reduction and subsequent (bio)precipitation of metals, and microbial sulfide oxidation. The primary aim of this study was to develop a novel, low-cost, environment-friendly biotechnology for the management of effluents generated during the hydrometallurgical recycling of spent alkaline batteries. The effluents are characterized by low pH, and high concentrations of metal ions (including Fe2+, Zn2+, Mn2+) and sulfates. In the first stage of the technology, the neutralization process of acidic effluents was carried out where pH was increased to 3.5-5 following by iron precipitation. Urea -degrading bacteria were employed to produce biogenic ammonia, a neutralization reagent, containing various secondary microbial metabolites for further stimulation of sulfate reduction. In the second stage of the technology, the microbial sulfate reduction process was carried out to recover metals in the form of metal sulfides where the pH was homogeneously increased to approx. neutral resulting from microbial proton generation. In the third stage, excessive hydrogen sulfide in the water produced from the last stage was autotrophically removed by sulfide-oxidizing bacteria. The implementation of the technology provides three separate by-products, recovered from the leachate: (i) an iron-based sorbent, which will be used for water and wastewater treatment; (ii) metal sulfides, which constitute a valuable source of metals and will be used in the metallurgical industry; and (iii) elemental sulfur, which can be applied in the agricultural soil amendment. In addition, the treated water is neutral and contaminants-free and can be re-used in the technological pipeline.
dc.abstract.plHydrometalurgia jest podstawową technologią obróbki metalu stosowaną w recyklingu zużytych baterii alkalicznych. Ogólny wpływ technologii hydrometalurgicznych do oczyszczania odcieków z baterii na środowisko jest raczej negatywny, ponieważ generują one produkty uboczne, takie jak ścieki o niskim pH, które nadal zawierają stosunkowo wysokie stężenia siarczanów, chlorków, żelaza i innych metali ciężkich (np. i Mn). Moja praca doktorska koncentruje się na przyjaznym środowisku odzyskiwaniu metali z odpadów i strumieni ubocznych w procesach hydrometalurgicznych oraz na dalszym ograniczaniu niebezpiecznych skutków niekontrolowanego uwalniania metali do lokalnych ekosystemów. W tym celu opracowano nową (bio) technologię, która może pomóc w zarządzaniu wszystkimi produktami ubocznymi i odpadami powstającymi podczas procesów hydrometalurgicznych, które charakteryzują się niskim pH i wysokim stężeniem jonów metali (w tym Fe2 +) i siarczanów. Technologia opiera się na procesach neutralizacji chemicznej, mikrobiologicznej redukcji siarczanów, a następnie (bio) strącaniu metali oraz drobnoustrojowym utlenianiu siarczków. Głównym celem tego badania było opracowanie nowatorskiej, niedrogiej i przyjaznej dla środowiska biotechnologii do zarządzania ściekami powstającymi podczas hydrometalurgicznego recyklingu zużytych baterii alkalicznych. Odcieki charakteryzują się niskim pH oraz wysokim stężeniem jonów metali (w tym Fe2 +, Zn2 +, Mn2 +) oraz siarczanów. W pierwszym etapie technologii przeprowadzono proces neutralizacji kwaśnych ścieków, w którym pH podwyższono do 3,5-5 w wyniku wytrącania żelaza. Bakterie rozkładające mocznik wykorzystano do produkcji biogennego amoniaku, odczynnika neutralizującego, zawierającego różne wtórne metabolity drobnoustrojów do dalszej stymulacji redukcji siarczanów. W drugim etapie technologii przeprowadzono proces redukcji siarczanów drobnoustrojów w celu odzyskania metali w postaci siarczków metali, przy czym pH zostało równomiernie podwyższone do ok. neutralny wynikający z generowania protonów przez drobnoustroje. W trzecim etapie nadmiar siarkowodoru z wody powstałej z ostatniego etapu został autotroficznie usunięty przez bakterie utleniające siarkowodór. Wdrożenie technologii zapewnia trzy oddzielne produkty uboczne odzyskiwane ze odcieków: (i) sorbent na bazie żelaza, który będzie wykorzystywany do oczyszczania wody i ścieków; (ii) siarczki metali, które stanowią cenne źródło metali i będą wykorzystywane w przemyśle metalurgicznym; oraz (iii) siarkę elementarną, która może być stosowana w rolniczych zmianach gleby. Dodatkowo uzdatniona woda jest neutralna i wolna od zanieczyszczeń i może być ponownie wykorzystana w rurociągu technologicznym.
dc.affiliation.departmentWydział Biologii
dc.contributor.authorYang, Zhendong
dc.date.accessioned2021-06-21T14:08:25Z
dc.date.available2021-06-21T14:08:25Z
dc.date.defence2021-06-28
dc.date.issued2021-06-21
dc.description.promoterDrewniak, Łukasz
dc.description.promoterRogulski, Zbigniew
dc.identifier.urihttps://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/3980
dc.language.isoen
dc.rightsFairUse
dc.subject.ensulfide depletion
dc.subject.ensulfur production
dc.subject.ensulfide oxidizing bacteria
dc.subject.ensulfate reducing bacteria
dc.subject.ensecondary metabolites
dc.subject.enbiostimulation
dc.subject.enbiogenic ammonia
dc.subject.ensludge management
dc.subject.eniron sludge
dc.subject.enalkaline battery recycling
dc.subject.plzubożenie siarczku
dc.subject.plprodukcja siarki
dc.subject.plbakterie utleniające siarczki
dc.subject.plbakterie redukujące siarczany
dc.subject.plmetabolity wtórne
dc.subject.plbiostymulacja
dc.subject.plbiogenny amoniak
dc.subject.plgospodarka szlamem
dc.subject.plszlam żelazny
dc.subject.plrecykling baterii alkalicznych
dc.titleBiochemical treatment of leachates from hydrometallurgical recycling of spent alkaline batteries
dc.title.alternativeBiochemiczna obróbka odcieków z hydrometalurgicznego recyklingu zużytych baterii alkalicznych
dc.typeDoctoralThesis
dspace.entity.typePublication