申請(qǐng)日2016.05.26
公開(公告)日2016.08.17
IPC分類號(hào)C02F11/00; C02F9/10
摘要
本發(fā)明涉及一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)及其提取方法，培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐連著生物反應(yīng)器;生物反應(yīng)器連著生物淋浸液儲(chǔ)存槽;生物淋浸液儲(chǔ)存槽連著生物淋浸反應(yīng)罐;生物淋浸反應(yīng)罐連著固液分離池a，固液分離池a的底部連著固體收集池，固液分離池a的上部連著PH調(diào)節(jié)池;PH調(diào)節(jié)池連著固液分離池b，固液分離池b的底部連著固體回收池，固液分離池b的上部連著除氟過(guò)濾池，固體回收池與生物淋浸反應(yīng)罐相連接，除氟過(guò)濾池連著存儲(chǔ)罐a;存儲(chǔ)罐a的排液口與生物反應(yīng)器相連;存儲(chǔ)罐a連著存儲(chǔ)罐b，存儲(chǔ)罐b的出液口連著膜蒸餾濃縮裝置;膜蒸餾濃縮裝置連著萃取電解裝置。本發(fā)明采用生物淋濾技術(shù)，處理危險(xiǎn)固廢的同時(shí)能回收重金屬，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)，其特征在于：包括培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐，培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐內(nèi)裝有硫磺和硫化亞鐵的混合物;所述培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐的出液口連接著生物反應(yīng)器，生物反應(yīng)器內(nèi)裝有水和微生物;所述生物反應(yīng)器的出液口連接著生物淋浸液儲(chǔ)存槽，生物淋浸液儲(chǔ)存槽內(nèi)儲(chǔ)存有生物活性酸;所述生物淋浸液儲(chǔ)存槽的出液口連接著生物淋浸反應(yīng)罐，生物淋浸反應(yīng)罐內(nèi)裝有黃泥和生物活性酸;所述生物淋浸反應(yīng)罐的出液口連接著固液分離池a，固液分離池a的底部排渣口連接著固體收集池，固液分離池a的上部排液口連接著PH調(diào)節(jié)池;所述PH調(diào)節(jié)池內(nèi)裝有復(fù)合堿和黃泥;所述PH調(diào)節(jié)池的出液口連接著固液分離池b，固液分離池b的底部連接著固體回收池，固液分離池b的上部連接著除氟過(guò)濾池，固體回收池與所述的生物淋浸反應(yīng)罐相連接，除氟過(guò)濾池的排液口連接著存儲(chǔ)罐a;所述存儲(chǔ)罐a的排液口與所述的生物反應(yīng)器相連接;所述存儲(chǔ)罐a的底部通過(guò)管道連接著存儲(chǔ)罐b;所述存儲(chǔ)罐b的出液口連接著膜蒸餾濃縮裝置;所述膜蒸餾濃縮裝置的濃縮液出口連接著萃取電解裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)，其特征在于：所述培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐的出液口并列連接有兩組生物反應(yīng)器，兩組生物反應(yīng)器的出液口分別連接著生物淋浸液儲(chǔ)存槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)，其特征在于：所述生物淋浸液儲(chǔ)存槽的出液口并列連接著四組生物淋浸反應(yīng)罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)，其特征在于：所述膜蒸餾濃縮裝置中安裝有多組僅有水蒸氣能透過(guò)的PTFE疏水膜。
5.如權(quán)利要求1所述的采用污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)對(duì)污泥中的重金屬進(jìn)行資源化提取的方法，其特征在于：包括如下步驟：
(1)將培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐中的硫磺和硫化亞鐵的混合物輸送到生物反應(yīng)器中，與生物反應(yīng)器中水和微生物發(fā)生反應(yīng)，生成PH=1的生物活性酸;
(2)將步驟(1)中生成的生物活性酸輸送到生物淋浸液儲(chǔ)存槽中儲(chǔ)存;
(3)將步驟(2)中的所述的生物淋浸液儲(chǔ)存槽中的生物活性酸輸送到生物淋浸反應(yīng)罐中，同時(shí)往生物淋浸反應(yīng)罐中加入黃泥，且黃泥和生物活性酸的固液質(zhì)量比為6:100，同時(shí)對(duì)生物淋浸反應(yīng)罐中混合物充分?jǐn)嚢?小時(shí)將黃泥中的重金屬離子淋浸出來(lái);
(4)將步驟(3)中充分?jǐn)嚢韬蟮幕旌衔镙斔腿牍桃悍蛛x池a，在固液分離池a中進(jìn)行固液分離，分離出的固體從固液分離池a底部的排渣口排入固體收集池，分離出的生物淋浸液從固液分離池a上部的排液口輸送入PH調(diào)節(jié)池，生物淋浸液中含有金屬離子，同時(shí)含有大量的F離子;
(5)將步驟(4)中的PH調(diào)節(jié)池中加入復(fù)合堿和6%黃泥，調(diào)節(jié)生物淋浸液的PH值，去除大量的F離子;
(6)將步驟(5)中產(chǎn)生的混合物輸送入固液分離池b，在固液分離池b中進(jìn)行固液分離，分離出的固體從固液分離池b底部的排渣口排入固體回收池，分離出的液體從固液分離池b上部的排液口輸送入除氟過(guò)濾池，固體回收池將其內(nèi)的混合物輸送入生物淋浸反應(yīng)罐中進(jìn)行下次循環(huán)，除氟過(guò)濾池將除去固液分離池b的液體中少量的F離子;除F后的生物淋浸液輸送入存儲(chǔ)罐a中儲(chǔ)存;
(7)將步驟(6)中所述的存儲(chǔ)罐a中的除F后的生物淋浸液返輸送入所述的生物反應(yīng)器，進(jìn)行下一次循環(huán)，同時(shí)存儲(chǔ)罐a內(nèi)進(jìn)行重金屬離子的富集，每循環(huán)一次，重金屬離子的濃度增加0.8～1.5g/L，循環(huán)20次后，重金屬離子的濃度為20～30g/L;
(8)將步驟(7)中產(chǎn)生的含有重金屬離子濃度為20～30g/L的淋濾老化液排放到存儲(chǔ)罐b內(nèi)，存儲(chǔ)罐b將淋濾老化液輸送入膜蒸餾濃縮裝置中，對(duì)淋濾老化液進(jìn)行膜蒸餾濃縮，使重金屬離子濃度為50～60g/L;
(9)將步驟(8)中的濃度達(dá)到50～60g/L重金屬離子的濃縮液輸送入萃取電解裝置中，通過(guò)旋流電解將重金屬進(jìn)行電積，將溶液中重金屬累積，獲得高純度重金屬單品。
說(shuō)明書
一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)及其提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污泥處理設(shè)備領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)及其提取方法。
背景技術(shù)：
黃泥是不銹鋼生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的主要污染物，其中含有鐵、重金屬、鉻等多種重金屬，填埋后可能對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，因此，對(duì)于黃泥的處理成為環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要問題。
目前，對(duì)污泥中重金屬的去除主要采用的方法是濕法浸提。濕法浸提是利用酸溶液從固廢中提取金屬。濕法冶金選擇性強(qiáng)，回收效率高，環(huán)境污染小，易于量產(chǎn)和自動(dòng)化。但這種以高濃度強(qiáng)酸為工作介質(zhì)的濕法浸提工藝，強(qiáng)酸以及氧化劑和還原劑的消耗量很大;大規(guī)模的強(qiáng)酸濕法浸提對(duì)于設(shè)備材質(zhì)也有很高的要求，操作條件苛刻，安全風(fēng)險(xiǎn)居高。這些都限制了濕法浸提工藝的推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)，本發(fā)明的另一目的是提供一種利用污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)對(duì)污泥中的重金屬進(jìn)行資源化提取的方法，采用生物淋浸技術(shù)，利用在微生物作用，生成H+,Fe2+,Fe3+以及其他活性物質(zhì)。這些活性物質(zhì)通過(guò)氧化、還原、絡(luò)合、酸解等溶釋危廢中劇毒和有價(jià)金屬，在處理危險(xiǎn)固廢的同時(shí)能夠回收重金屬等貴重金屬，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的技術(shù)解決措施如下：
一種污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)，包括培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐，培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐內(nèi)裝有硫磺和硫化亞鐵的混合物;所述培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐的出液口連接著生物反應(yīng)器，生物反應(yīng)器內(nèi)裝有水和微生物;所述生物反應(yīng)器的出液口連接著生物淋浸液儲(chǔ)存槽，生物淋浸液儲(chǔ)存槽內(nèi)儲(chǔ)存有生物活性酸;所述生物淋浸液儲(chǔ)存槽的出液口連接著生物淋浸反應(yīng)罐，生物淋浸反應(yīng)罐內(nèi)裝有黃泥和生物活性酸;所述生物淋浸反應(yīng)罐的出液口連接著固液分離池a，固液分離池a的底部排渣口連接著固體收集池，固液分離池a的上部排液口連接著PH調(diào)節(jié)池;所述PH調(diào)節(jié)池內(nèi)裝有復(fù)合堿和黃泥;所述PH調(diào)節(jié)池的出液口連接著固液分離池b，固液分離池b的底部連接著固體回收池，固液分離池b的上部連接著除氟過(guò)濾池，固體回收池與所述的生物淋浸反應(yīng)罐相連接，除氟過(guò)濾池的排液口連接著存儲(chǔ)罐a;所述存儲(chǔ)罐a的排液口與所述的生物反應(yīng)器相連接;所述存儲(chǔ)罐a的底部通過(guò)管道連接著存儲(chǔ)罐b;所述存儲(chǔ)罐b的出液口連接著膜蒸餾濃縮裝置;所述膜蒸餾濃縮裝置的濃縮液出口連接著萃取電解裝置。
作為優(yōu)選，所述培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐的出液口并列連接有兩組生物反應(yīng)器，兩組生物反應(yīng)器的出液口分別連接著生物淋浸液儲(chǔ)存槽。
作為優(yōu)選，所述生物淋浸液儲(chǔ)存槽的出液口并列連接著四組生物淋浸反應(yīng)罐。
作為優(yōu)選，所述膜蒸餾濃縮裝置中安裝有多組僅有水蒸氣能透過(guò)的PTFE疏水膜。
采用污泥重金屬資源化提取系統(tǒng)對(duì)污泥中的重金屬進(jìn)行資源化提取的方法，包括如下步驟：
(1)將培養(yǎng)液儲(chǔ)存罐中的硫磺和硫化亞鐵的混合物輸送到生物反應(yīng)器中，與生物反應(yīng)器中水和微生物發(fā)生反應(yīng)，生成PH=1的生物活性酸。
(2)將步驟(1)中生成的生物活性酸輸送到生物淋浸液儲(chǔ)存槽中儲(chǔ)存。
(3)將步驟(2)中的所述的生物淋浸液儲(chǔ)存槽中的生物活性酸輸送到生物淋浸反應(yīng)罐中，同時(shí)往生物淋浸反應(yīng)罐中加入黃泥，且黃泥和生物活性酸的固液質(zhì)量比為6:100，同時(shí)對(duì)生物淋浸反應(yīng)罐中混合物充分?jǐn)嚢?小時(shí)將黃泥中的重金屬離子淋浸出來(lái)。
(4)將步驟(3)中充分?jǐn)嚢韬蟮幕旌衔镙斔腿牍桃悍蛛x池a，在固液分離池a中進(jìn)行固液分離，分離出的固體從固液分離池a底部的排渣口排入固體收集池，分離出的生物淋浸液從固液分離池a上部的排液口輸送入PH調(diào)節(jié)池，生物淋浸液中含有金屬離子，同時(shí)含有大量的F離子。
(5)將步驟(4)中的PH調(diào)節(jié)池中加入復(fù)合堿和6%黃泥，調(diào)節(jié)生物淋浸液的PH值，去除大量的F離子。
(6)將步驟(5)中產(chǎn)生的混合物輸送入固液分離池b，在固液分離池b中進(jìn)行固液分離，分離出的固體從固液分離池b底部的排渣口排入固體回收池，分離出的液體從固液分離池b上部的排液口輸送入除氟過(guò)濾池，固體回收池將其內(nèi)的混合物輸送入生物淋浸反應(yīng)罐中進(jìn)行下次循環(huán)，除氟過(guò)濾池將除去固液分離池b的液體中少量的F離子;除F后的生物淋浸液輸送入存儲(chǔ)罐a中儲(chǔ)存。
(7)將步驟(6)中所述的存儲(chǔ)罐a中的除F后的生物淋浸液返輸送入所述的生物反應(yīng)器，進(jìn)行下一次循環(huán)，同時(shí)存儲(chǔ)罐a內(nèi)進(jìn)行重金屬離子的富集，每循環(huán)一次，重金屬離子的濃度增加0.8～1.5g/L，循環(huán)20次后，重金屬離子的濃度為20～30g/L。
(8)將步驟(7)中產(chǎn)生的含有重金屬離子濃度為20～30g/L的淋濾老化液排放到存儲(chǔ)罐b內(nèi)，存儲(chǔ)罐b將淋濾老化液輸送入膜蒸餾濃縮裝置中，對(duì)淋濾老化液進(jìn)行膜蒸餾濃縮，使重金屬離子濃度為50～60g/L。
(9)將步驟(8)中的濃度達(dá)到50～60g/L重金屬離子的濃縮液輸送入萃取電解裝置中，通過(guò)旋流電解將重金屬進(jìn)行電積，將溶液中重金屬累積，獲得高純度重金屬單品。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明的生物淋浸技術(shù)以價(jià)格低廉甚至屬于廢棄物為工作介質(zhì)，在微生物作用下生成活性物質(zhì)。通過(guò)這些活性物質(zhì)的間接機(jī)制、微生物和直接機(jī)制包括氧化、還原、絡(luò)合、酸解等溶釋危廢中劇毒和有價(jià)金屬。生物浸提工藝較之以硫酸和雙氧水為工作介質(zhì)的化學(xué)浸提無(wú)疑更加經(jīng)濟(jì)、綠色、安全和環(huán)保，完全可以替代目前應(yīng)用最廣的化學(xué)濕法工藝。
物淋浸技術(shù)主要利用在微生物作用，微生物在適宜的條件下，能夠?qū)⒘蚧呛忘S鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)樯锘钚运�，生成H+，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+以及其他活性物質(zhì)，利用該生物活性酸能夠高效的淋洗危險(xiǎn)固廢中的重金屬，這些活性物質(zhì)通過(guò)氧化、還原、絡(luò)合、酸解等溶釋危廢中劇毒和有價(jià)金屬，在處理危險(xiǎn)固廢的同時(shí)能夠回收重金屬等貴重金屬，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
生物淋浸液中不但含有金屬離子，同時(shí)含有大量的F離子，F(xiàn)離子對(duì)微生物有毒害作用，從而限制了淋濾液的再生。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)PH，添加明礬，PAC,PAM等去除F離子，除F后的生物淋浸液，重新返回生物反應(yīng)器，通過(guò)微生物的作用，將其轉(zhuǎn)變?yōu)樯锼�，用�?lái)淋浸下一批的黃泥從而完成一個(gè)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的富集，當(dāng)重金屬離子濃度達(dá)到一定程度，再將淋濾老化液進(jìn)行膜蒸餾濃縮，進(jìn)一步提高重金屬濃度，最后通過(guò)旋流電解將重金屬進(jìn)行電積，不斷地將溶液中重金屬累積，形成重金屬單品。
本發(fā)明的淋濾老化液中的廢水中含有大量的鹽分，無(wú)法在用反滲透繼續(xù)處理，如果直接采用蒸發(fā)處理，將消耗大量的熱能，處理成本高昂。本發(fā)明采用膜蒸餾濃縮，采用浸沒式內(nèi)交換膜蒸餾技術(shù)，是低溫膜蒸餾技術(shù)的一種，是基于傳統(tǒng)膜分離技術(shù)的革新。目前反滲透膜技術(shù)已逐漸取代傳統(tǒng)的離子交換、電滲析除鹽技術(shù)，成為純水制造、城市、工業(yè)污廢水深度回用處理的首選技術(shù)，但反滲透膜技術(shù)理論產(chǎn)水率只有75%，實(shí)際僅60%左右，并且能耗較高。
由于低溫膜蒸餾技術(shù)是分離過(guò)程中，僅有水蒸氣能透過(guò)疏水膜孔，因此所產(chǎn)生的水質(zhì)十分純凈，高于反滲透出水水質(zhì)，鹽濃度以及濃差極化對(duì)膜蒸餾影響與反滲透相比微不足道，可以處理極高濃度無(wú)機(jī)鹽的水溶液，甚至可以將溶液濃縮到過(guò)飽和狀態(tài)。理論上膜蒸餾除鹽產(chǎn)水率可達(dá)到100%，遠(yuǎn)高于反滲透的75%，這是現(xiàn)有所有除鹽處理技術(shù)所不能達(dá)到的。該技術(shù)設(shè)備適用于有機(jī)化工、精細(xì)化工、石油化工、染料、制藥、農(nóng)藥、印染、造紙等行業(yè)的多種高濃度、高鹽度、毒性大、難生化降解的有機(jī)廢水降解處理。
本發(fā)明的萃取電解裝置中，萃取是利用物質(zhì)在兩種互不相溶(或微溶)的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使溶質(zhì)物質(zhì)從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中的方法。在冶金行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)連續(xù)多次萃取，可以實(shí)現(xiàn)溶液中重金屬的不斷純化，為電解獲得高純度的單質(zhì)重金屬產(chǎn)品提供支持。旋流電解是一種建立在電化學(xué)基礎(chǔ)理論之上的新穎的分離和提純金屬的方法，能夠?qū)τ袃r(jià)金屬進(jìn)行選擇性電解或者電積。通過(guò)高速液流消除濃差極化，保證目標(biāo)金屬優(yōu)先析出;是封閉式操作，有毒氣體可以實(shí)現(xiàn)完全收集，不會(huì)向環(huán)境釋放。通過(guò)電解，可以獲得高純度單位重金屬產(chǎn)品。
