專利名稱：連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器及其浸提方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電鍍污泥資源化回收領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)浸提電鍍污泥中的有價(jià)金屬的反應(yīng)器及其浸提金屬的方法。
背景技術(shù)：
電鍍、化工等行業(yè)每年產(chǎn)生大量含重金屬的電鍍廢水，對(duì)這些電鍍廢水進(jìn)行化學(xué)沉淀處理后，產(chǎn)生大量富含重金屬的電鍍污泥，對(duì)環(huán)境的污染相當(dāng)嚴(yán)重。電鍍污泥是危險(xiǎn)廢物，按照《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》定義的47類危險(xiǎn)廢棄物中，電鍍污泥占據(jù)了其中的7大類。其實(shí)，電鍍污泥中富含大量重金屬資源(重金屬一般是指密度大于等于5的金屬，具體是指元素周期表中原子序數(shù)在24以上的金屬)，如Cu、Ni、Zn、Cr、Fe等，有的甚至達(dá) 到10%以上，等同于低品位礦石。金屬資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的物質(zhì)保證之一，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，消耗量逐漸增加，金屬資源短缺與經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求量增長(zhǎng)之間矛盾越來(lái)越突出。如果能將含金屬資源的危險(xiǎn)廢物中的金屬進(jìn)行回收，既保護(hù)生存環(huán)境，又有助于解決目前的資源短缺問(wèn)題，將產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。要回收電鍍污泥中的重金屬，首先要進(jìn)行浸出處理。在浸出的諸多技術(shù)中，生物浸出技術(shù)(Bioleaching)以成本低、環(huán)境友好、反應(yīng)溫和、耗酸少、成本低，日益受到重視，因此應(yīng)用面逐漸擴(kuò)大。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 201087155Y (申請(qǐng)?zhí)?00720081227. 9)公開了一種用于污水處
理的上浮氣提式生化反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體、反應(yīng)器上部設(shè)有出水口、下部設(shè)有壓縮空氣入口 ；在氣提式生化反應(yīng)器流化床內(nèi)設(shè)置缺氧區(qū)，在反應(yīng)器上部中心位置設(shè)置清水池，清水池外設(shè)置上浮池，反應(yīng)器循環(huán)圈上設(shè)有擋蓋。工作時(shí)，為了防止氧氣在沒(méi)有與污水充分反應(yīng)就往上串，故在反應(yīng)器循環(huán)圈上設(shè)置擋蓋。該反應(yīng)器用于電鍍污泥處理時(shí)，污泥先由上方進(jìn)入反應(yīng)器主體，處理完畢后的污泥還要返回上方，這要求產(chǎn)生上浮力的空氣量充足，因此相應(yīng)的能耗也較高。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 2846408Y (申請(qǐng)?zhí)?00520128063. I)公開了一種串聯(lián)式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，在原有傳統(tǒng)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，在其上部設(shè)置一段氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器兩段裝置，分別命名為上氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器和下氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器。污泥在曝氣室內(nèi)在升流管內(nèi)上升，在降流管內(nèi)下降，經(jīng)曝氣后，上升通過(guò)三相分離器，氣體從整個(gè)反應(yīng)器的頂部排出，出水經(jīng)溢流堰排出。由于設(shè)置上下兩部分內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，因此反應(yīng)器的連接較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種提取成本低、提取效率高的浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器及其浸提方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器，包括反應(yīng)罐、攪拌組件、供氣組件、供菌液組件，浸出液出液管、廢渣排放管和溫控系統(tǒng)。
反應(yīng)罐包括罐主體、導(dǎo)流筒、支撐架、保溫層和電熱盤管；罐主體設(shè)有浸出液出液管接口 ；導(dǎo)流筒為鉛垂設(shè)置的上下兩端均開口的圓柱形筒體，導(dǎo)流筒通過(guò)支撐架固定在罐主體的內(nèi)部；保溫層為包覆在反應(yīng)罐的外周上的一層保溫材料，電熱盤管設(shè)置在罐主體內(nèi)部，以螺旋狀固定在罐主體的內(nèi)壁上，且導(dǎo)流筒被電熱盤管包圍。所述攪拌組件包括電機(jī)、桿軸和攪拌槳葉，電機(jī)由其電機(jī)殼從上方固定在罐主體的頂蓋的中央部位上，電機(jī)的電機(jī)軸沿上下向鉛垂設(shè)置，從上向下穿過(guò)罐主體的頂蓋，且電機(jī)軸的下端頭通過(guò)聯(lián)軸器與桿軸的上端頭固定連接在一起，桿軸設(shè)置在反應(yīng)罐的導(dǎo)流筒的中央，攪拌槳葉固定在桿軸上。所述供氧組件包括通過(guò)管道依次相連的空氣曝氣管、空氣流量計(jì)、閥門和氣泵，空氣曝氣管由外向內(nèi)伸入反應(yīng)罐的罐主體內(nèi)，且空氣曝氣管的出氣口位于罐主體內(nèi)和導(dǎo)流筒外。供菌液組件包括混合槽、耐酸循環(huán)泵、菌液管和噴淋頭，耐酸循環(huán)泵的吸入室的進(jìn)液端口通過(guò)管道與混合槽的菌液出口相連通，排出室的出液端口通過(guò)管道與轉(zhuǎn)接頭連接后，再與菌液管的進(jìn)液端相連，菌液管由外向內(nèi)伸入反應(yīng)罐的罐主體內(nèi)以及導(dǎo)流筒內(nèi)，且各菌液管的出液口位于導(dǎo)流筒內(nèi)；噴淋頭連接在菌液管的出液口上，并且噴淋頭位于導(dǎo)流筒內(nèi)。所述浸出液出液管位于罐主體外部，且與罐主體的浸出液出液管接口密封固定連接，并且浸出液出液管與罐主體的內(nèi)腔相通；浸出液出液管上串聯(lián)設(shè)置有閥門。所述廢渣排放管位于罐主體外部，且設(shè)置在反應(yīng)罐的底部，并且廢渣排放管與罐主體的內(nèi)腔相通；廢渣排放管上串聯(lián)設(shè)置有閥門。所述溫控系統(tǒng)包括溫控儀、測(cè)溫管和溫度計(jì)，測(cè)溫管設(shè)置在罐主體內(nèi)，測(cè)溫管位于導(dǎo)流筒的外側(cè)，測(cè)溫管通過(guò)電線與反應(yīng)罐外的溫控儀相連；溫度計(jì)的測(cè)溫端伸入罐主體內(nèi)部。進(jìn)一步地，反應(yīng)罐的罐主體由位于上方的圓柱形的上部筒體和位于下方的倒置圓臺(tái)狀的下部筒體連接而成，其中下部筒體的容積占罐主體總?cè)莘e的1/5 1/3。罐主體的上部筒體上設(shè)有與罐主體內(nèi)腔相通的空氣曝氣管接口、菌液管接口和浸出液出液管接口 ；罐主體的頂蓋上設(shè)有電鍍污泥的投料口 ；罐主體的下部筒體的底板上設(shè)有與罐主體內(nèi)腔相通的廢渣排放管接口?？諝馄貧夤芙涌谠O(shè)置在菌液管接口的下方和浸出液出液管接口的上方，且空氣曝氣管從該空氣曝氣管接口處由外向內(nèi)伸入反應(yīng)罐的罐主體內(nèi)；菌液管接口設(shè)置在反應(yīng)罐的上部筒體的上部位置上，且菌液管從該菌液管接口由外向內(nèi)伸入反應(yīng)罐的罐主體內(nèi)以及伸入導(dǎo)流筒內(nèi)；浸出液出液管接口位于上部筒體的下端所在平面的上方的5cm 15cm處。進(jìn)一步地，攪拌組件的攪拌槳葉分上下設(shè)有2 3層，每層有2片漿葉，該2層攪拌槳葉均設(shè)置在導(dǎo)流筒中。進(jìn)一步地，空氣曝氣管伸入罐主體內(nèi)的管端頭靠近導(dǎo)流筒，空氣曝氣管的伸入罐主體的管段上設(shè)有曝氣孔；所述空氣曝氣孔設(shè)置在空氣曝氣管的伸入罐主體的管段的管體的上側(cè)上，且沿與空氣曝氣管的中心軸線相平行的方向設(shè)置成相互平行的兩排，并且每一排上的各個(gè)空氣曝氣孔的軸線與經(jīng)過(guò)空氣曝氣管的中心軸線的鉛垂面之間的夾角的銳角
0為 40。 50。。
進(jìn)一步地，供菌液組件的混合槽中還設(shè)有對(duì)菌液進(jìn)行加熱的加熱盤管；使用時(shí)，所述加熱盤管中通有循環(huán)熱水。所述溫控系統(tǒng)的溫度計(jì)分層設(shè)置在罐主體的上部筒體的上部、中部和下部，每層的溫度計(jì)有2至10個(gè)，每層的各個(gè)溫度計(jì)沿著罐主體的上部筒體的外周設(shè)置，且同一層的相鄰溫度計(jì)之間所間隔的角度相等。進(jìn)一步地，攪拌組件還包括轉(zhuǎn)速表，轉(zhuǎn)速表從上方設(shè)置在電機(jī)上，用以測(cè)量桿軸的轉(zhuǎn)速。使用上述連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器浸提金屬的方法，包括以下步驟 ①進(jìn)料向反應(yīng)罐中加入經(jīng)預(yù)處理后的電鍍污泥粉末，再將混合槽內(nèi)加熱后的菌液由
耐酸循環(huán)泵打入反應(yīng)罐內(nèi)，電鍍污泥粉末的濃度為20 30g/L，菌濃度達(dá)到IO4-IO6Cell/
mLo②混合反應(yīng)打開攪拌組件的電機(jī)和供氣組件的氣泵，電鍍污泥漿液和菌液在導(dǎo)流筒中由于攪拌槳葉的攪拌作用而混合均勻，并被向下推送至導(dǎo)流筒底部后外翻向上；位于導(dǎo)流筒外的液體則在空氣曝氣管所釋放的向上運(yùn)動(dòng)的空氣的推力作用下，從導(dǎo)流筒外向上流動(dòng)到導(dǎo)流筒上部，隨后在攪拌槳葉的作用下，又被吸入導(dǎo)流筒中向下流動(dòng)，從而在反應(yīng)罐中上下運(yùn)動(dòng)，不斷循環(huán)，使得電鍍污泥固體顆粒物、菌體與液體和氣體完全混合，電鍍污泥固體顆粒物和菌體呈懸浮狀，達(dá)到良好的傳質(zhì)效果，在持續(xù)的混合下進(jìn)行生物降解反應(yīng)，時(shí)間為3 d到6d。③靜置菌液中的菌體與電鍍污泥固體顆粒物和空氣進(jìn)行生物降解反應(yīng)完全后，停止曝氣和攪拌，反應(yīng)罐內(nèi)混合物料靜置I 2小時(shí)使得顆粒物沉淀后等待處理，靜置后上層為浸出液，下層為廢渣。④液體排出打開浸出液出液管上串聯(lián)的閥門，排放浸出液，從而完成電鍍污泥的浸提，所得浸出液等待后續(xù)的金屬回收工藝。⑤反應(yīng)罐排空打開廢渣排放管上串聯(lián)的閥門，將反應(yīng)罐內(nèi)的廢渣排放清空，排空后的反應(yīng)罐重復(fù)上述步驟①至步驟⑤進(jìn)行下一批污泥的浸提處理從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)浸提。上述步驟①中預(yù)處理后的電鍍污泥粉末的中電鍍污泥的顆粒粒徑為200目 300目。上述步驟①中，混合槽內(nèi)的菌液根據(jù)所處理的電鍍污泥中重金屬的種類準(zhǔn)備，當(dāng)污泥中的銅含量較高時(shí)，選用氧化亞鐵硫桿菌；當(dāng)污泥中的鎳含量較高時(shí)，選用氧化硫硫桿菌；當(dāng)污泥中銅和鎳含量都較高時(shí)，將上述兩種硫桿菌一起加入，且兩種硫桿菌的比例按照污泥中銅和鎳的含量確定；當(dāng)污泥中的有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)，將異養(yǎng)菌與對(duì)應(yīng)的硫桿菌一起加入，通過(guò)異養(yǎng)菌消耗污泥中的有機(jī)質(zhì)碳源。本發(fā)明具有積極的效果
(I)本發(fā)明的浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器將電鍍污泥生物浸提技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)際中，進(jìn)行生物浸出菌群對(duì)電鍍污泥的連續(xù)浸出反應(yīng)，該反應(yīng)器具有能耗低、攪拌柔和、氧傳質(zhì)效率高、傳染效率高、操作簡(jiǎn)單、投資低的特點(diǎn)。(2)反應(yīng)器中的空氣曝氣孔設(shè)置在空氣曝氣管的伸入罐主體的管段的管體上側(cè)上，且沿與空氣曝氣管的中心軸線相平行的方向設(shè)置成相互平行的兩排，并且每一排上的各個(gè)空氣曝氣孔的軸線與經(jīng)過(guò)空氣曝氣管的中心軸線的鉛垂面之間的夾角的銳角0為40° 50° ;空氣曝氣管的上述排布方式一方面可以使得從曝氣孔內(nèi)流出的空氣直接向上運(yùn)動(dòng)，對(duì)空氣曝氣管上方的物料產(chǎn)生向上的推力；另一方面由于兩排空氣曝氣孔設(shè)置在上方，因此相比現(xiàn)有技術(shù)中曝氣孔設(shè)置在下方的曝氣管來(lái)說(shuō)，對(duì)于相同流量的氣體，從上述空氣曝氣孔流出的氣體向上的推力更大。(3)本發(fā)明的浸提方法為一種在三種物相的存在下，對(duì)不同金屬使用對(duì)應(yīng)的浸出菌群對(duì)電鍍污泥進(jìn)行連續(xù)浸出反應(yīng)的方法，浸提效率較高。


圖I為本發(fā)明的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意 圖2為從上方往下觀察時(shí)圖I中空氣曝氣管的位于罐主體內(nèi)的部分管段的放大示意 圖3為圖2的A-A剖視 圖4為本發(fā)明的工藝流程 上述附圖中的標(biāo)記如下
反應(yīng)罐1，罐主體11，空氣曝氣管接口 11-1，菌液管接口 11-2，浸出液出液管接口 11-3，廢渣排放管接口 11-4，投料口 11-5，頂蓋11-6，上部筒體11-7，下部筒體11-8，導(dǎo)流筒12，支撐架13，保溫層14，電熱盤管15 ；
攪拌組件2，電機(jī)21，桿軸22，攪拌槳葉23，轉(zhuǎn)速表24，聯(lián)軸器25 ；
供氣組件3，空氣曝氣管31，曝氣孔31-1，空氣流量計(jì)32，閥門33，氣泵34 ；
供菌液組件4，混合槽41，加熱盤管41-1，耐酸循環(huán)泵42，菌液管43，噴淋頭44 ； 浸出液出液管5，閥門51 ；
廢渣排放管6，閥門61 ；
溫控系統(tǒng)7，溫控儀71，測(cè)溫管72，溫度計(jì)73。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例I、連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器)
見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器包括反應(yīng)罐I、攪拌組件2、供氣組件3、供菌液組件4、浸出液出液管5、廢渣排放管6和溫控系統(tǒng)7。反應(yīng)罐I包括罐主體11、導(dǎo)流筒12、支撐架13、保溫層14和電熱盤管15。罐主體11主要由位于上方的圓柱形的上部筒體11-7和位于下方的倒置圓臺(tái)狀的下部筒體11-8連接而成，罐主體11的容積為0.2 I立方米(本實(shí)施例中為0.5立方米)，罐主體11的高度為I I. 5米(本實(shí)施例中為I. 2米)，其中下部筒體11-8的容積占罐主體11總?cè)莘e的1/5 1/3 (本實(shí)施例中為1/4)。保溫層14為包覆在反應(yīng)罐I的外周上的一層巖棉，且罐主體11的外周也即反應(yīng)罐I的外周。電熱盤管15設(shè)置在罐主體11內(nèi)部，以螺旋狀固定在罐主體11的上部筒體11-7的內(nèi)壁上，且導(dǎo)流筒12被電熱盤管15包圍。電熱盤管15用于對(duì)罐主體11內(nèi)的物料進(jìn)行加熱，。導(dǎo)流筒12為鉛垂設(shè)置的上下兩端均設(shè)開口的圓柱形筒體，導(dǎo)流筒12通過(guò)支撐架13固定設(shè)置在罐主體11的上部筒體11-7的上下向的中部。罐主體11還包括固定在上部筒體11-7的上端的頂蓋11-6。導(dǎo)流筒12的上端面至罐主體11的頂蓋11-6的距離為30cm，導(dǎo)流筒12的下端面至罐主體11的上部筒體11-7的下端所在平面的距離為30cm ;導(dǎo)流筒12的內(nèi)徑為罐主體11的上部筒體11-7的內(nèi)徑的1/2。所述支撐架13的一端與導(dǎo)流筒12固定連接，另一端固定在罐主體11的上部筒體11-7的內(nèi)壁上。反應(yīng)罐I的罐主體11在其上部筒體11-7上設(shè)有與罐主體11內(nèi)腔相通的空氣曝氣管接口 11-1、菌液管接口 11-2和浸出液出液管接口 11-3。反應(yīng)罐I的罐主體11在其頂蓋11-6上設(shè)有2 3個(gè)(本實(shí)施例中為2個(gè))與罐主體11的內(nèi)腔相通的電鍍污泥的投料口11-5 ;反應(yīng)罐I的罐主體11在其下部筒體11-8的底板上設(shè)有 與罐主體11的內(nèi)腔相通的廢渣排放管接口 11-4?？諝馄貧夤芙涌?11-1設(shè)置在菌液管接口 11-2的下方和浸出液出液管接口 11-3的上方，空氣曝氣管接口 11-1有2 4個(gè)(本實(shí)施例為4個(gè))，各空氣曝氣管接口 11-1沿輻向均勻分散設(shè)置在反應(yīng)罐I的罐主體11的上下向的中部或中部往上30cm以內(nèi)的位置上。菌液管接口 11-2有2個(gè)，設(shè)置在反應(yīng)罐I的上部筒體11-7的上部位置上，2個(gè)菌液管接口11-2沿輻向設(shè)置在反應(yīng)罐I的上部筒體11-7上。浸出液出液管接口 11-3設(shè)置在反應(yīng)罐
I的罐主體11的上部筒體11-7上，且位于上部筒體11-7的下端所在平面的上方的5cm 15cm 處。所述攪拌組件2包括電機(jī)21、桿軸22、攪拌槳葉23和轉(zhuǎn)速表24。電機(jī)21由其電機(jī)殼從上方固定在罐主體11的頂蓋11-6的中央部位上，罐主體11的投料口 11-5位于電機(jī)21的外側(cè)。電機(jī)21的電機(jī)軸沿上下向鉛垂設(shè)置，從上向下穿過(guò)罐主體11的頂蓋11-6，且電機(jī)軸的下端頭通過(guò)聯(lián)軸器25與桿軸22的上端頭固定連接在一起。桿軸22的主體設(shè)置在反應(yīng)罐I的導(dǎo)流筒12中，且位于導(dǎo)流筒12的中央。攪拌槳葉23固定在桿軸22上，攪拌槳葉23分上下設(shè)有2 3層(本實(shí)施例中為2層)，每層攪拌槳葉23有2片漿葉，該2層攪拌槳葉23均設(shè)置在導(dǎo)流筒12中。位于上層的攪拌槳葉23設(shè)在導(dǎo)流筒12的上下向的中部，位于下層的攪拌槳葉23設(shè)置在導(dǎo)流筒12的底部，距離導(dǎo)流筒12的下端面所在平面5cm 15cm。轉(zhuǎn)速表24從上方設(shè)置在電機(jī)21上，用以測(cè)量桿軸22的轉(zhuǎn)速。所述供氣組件3有4組，每組供氣組件3包括通過(guò)管道依次相連的氣泵34、閥門33、空氣流量計(jì)32和空氣曝氣管31。各個(gè)供氣組件3的空氣曝氣管31由外向內(nèi)從罐主體11的相應(yīng)I個(gè)空氣曝氣管接口 11-1以密閉固定連接的方式伸入反應(yīng)罐I的罐主體11內(nèi)，且空氣曝氣管31的出氣口位于罐主體11內(nèi)和導(dǎo)流筒12外?？諝馄貧夤?1的伸入罐主體11的管段上設(shè)有曝氣孔31-1，曝氣孔31-1的孔徑為3 5_?？諝馄貧夤?1伸入罐主體11內(nèi)的管端頭靠近導(dǎo)流筒12。見(jiàn)圖2和圖3，所述空氣曝氣孔31-1設(shè)置在空氣曝氣管31的伸入罐主體11的管段的管體上側(cè)上，且沿與空氣曝氣管31的中心軸線相平行的方向設(shè)置成相互平行的兩排，并且每一排上的各個(gè)空氣曝氣孔31-1的軸線與經(jīng)過(guò)空氣曝氣管31的中心軸線的鉛垂面之間的夾角的銳角9為40° 50° (本實(shí)施例中為45° )。上述空氣曝氣孔31-1在空氣曝氣管31上的排布方式一方面可以使得從曝氣孔內(nèi)流出的空氣直接向上運(yùn)動(dòng)，對(duì)空氣曝氣管31上方的物料產(chǎn)生向上的推力；另一方面由于兩排空氣曝氣孔31-1設(shè)置在上方，因此相比現(xiàn)有技術(shù)中曝氣孔設(shè)置在下方的曝氣管來(lái)說(shuō)，對(duì)于相同流量的氣體，從上述空氣曝氣孔31-1流出的氣體向上的推力更大。
供菌液組件4包括混合槽41、耐酸循環(huán)泵42、2根菌液管43和2個(gè)噴淋頭44。混合槽41中盛放菌液，混合槽41中還設(shè)有對(duì)菌液進(jìn)行加熱的加熱盤管41-1，所述加熱盤管41-1在使用中通有循環(huán)熱水，循環(huán)熱水的水溫為40°C 45°C?；旌喜壑性O(shè)有測(cè)溫管，測(cè)溫管與溫控儀相連，設(shè)定混合槽中液體的溫度為25-35°C，若混合槽中液體溫度高于設(shè)定范圍，則溫控儀斷電停止加熱，若混合槽中液體溫度低于設(shè)定范圍，溫控儀接通電源，開始加熱。混合槽41中盛有的菌液通過(guò)耐酸循環(huán)泵42和菌液管43輸送進(jìn)罐主體11內(nèi)。耐酸循環(huán)泵42的吸入室的進(jìn)液端口通過(guò)管道與混合槽41的菌液出口相連通，耐酸循環(huán)泵42的排出室的出液端口通過(guò)管道與三通接頭(圖中未畫出)連接后，再與菌液管43的進(jìn)液端相連。2根菌液管43 (圖中只畫出I根)的每根菌液管43的進(jìn)液端口均與上述三通接頭的相應(yīng)I個(gè)出液接口密封固定連接，每根菌液管43由外向內(nèi)從罐主體11的相應(yīng)I個(gè)菌液管接口 11-2以密閉固定連接的方式伸入反應(yīng)罐I的罐主體11內(nèi)以及伸入導(dǎo)流筒12內(nèi)，且各根菌液管43的出液口位于導(dǎo)流筒12內(nèi)，并且各根菌液管43的位于反應(yīng)罐I的罐主體11·內(nèi)的管段位于空氣曝氣管31的上方。各個(gè)噴淋頭44連接在相應(yīng)I根菌液管43的出液口上，且噴淋頭44位于導(dǎo)流筒12內(nèi)。浸出液出液管5位于反應(yīng)罐I的罐主體11的外部，且浸出液出液管5的內(nèi)端口與反應(yīng)罐I的罐主體11的浸出液出液管接口 11-3密封固定連接，并且浸出液出液管5與罐主體11的內(nèi)腔相通。浸出液出液管5上串聯(lián)設(shè)置有閥門51。廢渣排放管6位于罐主體11外部，且與位于反應(yīng)罐I的底部的廢渣排放管接口11-4密封固定連接，并且廢渣排放管6與罐主體11的內(nèi)腔相通。廢渣排放管6上串聯(lián)設(shè)置有閥門61。廢渣排放管6的直徑大于等于100_，從廢渣排放管6的出料口放出的廢渣進(jìn)入廢渣儲(chǔ)存器中，廢渣經(jīng)脫水后由固體廢棄物回收部門處理。所述溫控系統(tǒng)7包括溫控儀71、測(cè)溫管72和溫度計(jì)73。測(cè)溫管72設(shè)置在罐主體11的上部筒體11-7內(nèi)，且測(cè)溫管72位于導(dǎo)流筒12的外側(cè)，靠近罐主體11的上部筒體11-7的內(nèi)壁并且位于上部筒體11-7的中下部位置；測(cè)溫管72通過(guò)電線與反應(yīng)罐I外的溫控儀71相連。設(shè)定罐主體11中的溫度后，若罐主體11內(nèi)的溫度高于設(shè)定范圍，則溫控儀控制切斷電熱盤管15的電源停止加熱，若罐主體11內(nèi)的溫度低于設(shè)定范圍，溫控儀71控制接通電熱盤管15的電源開始加熱。溫度計(jì)73分層設(shè)置在罐主體11的上部筒體11-7的上部、中部和下部，罐主體11的上部筒體11-7的上部設(shè)置4個(gè)，罐主體11的上部筒體11-7的中部設(shè)置4個(gè)，罐主體11的上部筒體11-7的下部也設(shè)置4個(gè)，每層的各個(gè)溫度計(jì)73沿著罐主體11的上部筒體11-7的外周設(shè)置，且同一層的相鄰溫度計(jì)73之間所間隔的角度相等。各溫度計(jì)73的測(cè)溫端伸入罐主體11內(nèi)部,使用時(shí)與反應(yīng)物料接觸。由于反應(yīng)器I設(shè)有溫控系統(tǒng)7、轉(zhuǎn)速表24和空氣流量計(jì)32，因此工作時(shí)可以觀測(cè)實(shí)際浸提金屬時(shí)反應(yīng)罐I內(nèi)的反應(yīng)情況，并進(jìn)行相應(yīng)的控制。(實(shí)施例2、電鍍污泥有價(jià)金屬的生物浸提方法)
電鍍污泥生物浸提反應(yīng)涉及三相(也即氣相、液相和固相)間的界面反應(yīng)和傳質(zhì)。液相既是固體電鍍污泥顆粒的載體、又是單元反應(yīng)過(guò)程的媒介，例如浸出菌的生長(zhǎng)和繁殖、固體顆粒和浸出菌的接觸、固體顆粒的化學(xué)作用，金屬離子的釋放、空氣中氧和二氧化碳的均勻分布和傳質(zhì)等。這三相的混合和相互作用，是電鍍污泥生物浸提反應(yīng)的基本影響因素。見(jiàn)圖4，使用實(shí)施例I的反應(yīng)器浸提金屬包括以下步驟
①進(jìn)料向反應(yīng)罐I中加入經(jīng)預(yù)處理后的電鍍污泥粉末，再將混合槽41內(nèi)加熱到25 35°C的氧化亞鐵硫桿菌菌液由耐酸循環(huán)泵42打入反應(yīng)罐I內(nèi)，電鍍污泥粉末的濃度為20 30g/L (菌液)，菌濃度達(dá)到 104-106cell/mL。上述電鍍污泥的預(yù)處理是先將待處理的電鍍污泥離心脫水，脫水后污泥的含水率為30% 40% ;離心脫水后的污泥自然風(fēng)干至含水率低于30%后，過(guò)300目篩網(wǎng)篩濾去除大顆粒物和大沙粒；收集過(guò)篩的污泥，將其置于烘箱中于105°C烘干至污泥恒重后，取出將污泥碾磨成粉末，預(yù)處理后的電鍍污泥粉末的中電鍍污泥的顆粒粒徑為200 目 300目。上述混合槽41內(nèi)的菌液準(zhǔn)備過(guò)程如下將培養(yǎng)好的高效浸出菌群(本實(shí)施例中為氧化亞鐵硫桿菌群)加入混合槽41中，再加入細(xì)菌培養(yǎng)液(本實(shí)施例中為9K培養(yǎng)液)，其中包括氮、磷、鉀、鎂和能源物質(zhì)(硫酸亞鐵)，用稀硫酸調(diào)節(jié)菌液PH值為1.0 4. O。打開混合槽41中的加熱盤管41-1，加熱使菌液的溫度為25 35°C。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，混合槽41內(nèi)的菌液應(yīng)當(dāng)根據(jù)所處理的電鍍污泥中重金屬的種類進(jìn)行更換，例如當(dāng)污泥中的銅含量較高時(shí)，選用本實(shí)施例中的氧化亞鐵硫桿菌，對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)液選擇9K培養(yǎng)液；當(dāng)污泥中的鎳含量較高時(shí)，選用氧化硫硫桿菌，對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)液選擇Waksman培養(yǎng)液；而如果污泥中銅和鎳含量都較高時(shí)，可將兩種硫桿菌一起加入，且兩種硫桿菌的比例按照污泥中銅和鎳的含量確定；另外當(dāng)污泥中的有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)，更優(yōu)選的是將異養(yǎng)菌與硫桿菌一起加入，通過(guò)異養(yǎng)菌消耗污泥中的有機(jī)質(zhì)碳源。②混合反應(yīng)打開攪拌組件2的電機(jī)21和供氣組件3的氣泵34。攪拌電機(jī)21的轉(zhuǎn)速控制在100 120r/min，氣泵34的充氣量為10 15m3氣/ (m3反應(yīng)器.h)，即I小時(shí)內(nèi)反應(yīng)罐I內(nèi)每立方米充空氣10 m3 15m3。電鍍污泥漿液和菌液在導(dǎo)流筒12中由于攪拌槳葉23的攪拌作用而混合均勻，并被向下推送至導(dǎo)流筒12底部后外翻向上；位于導(dǎo)流筒12外的液體則在空氣曝氣管31所釋放的向上運(yùn)動(dòng)的空氣的推力作用下，從導(dǎo)流筒12外向上流動(dòng)到導(dǎo)流筒12上部，隨后在攪拌槳葉23的作用下，又被吸入導(dǎo)流筒12中向下流動(dòng)，從而在反應(yīng)罐I中上下運(yùn)動(dòng)，不斷循環(huán)，使得電鍍污泥固體顆粒物、菌體與液體和氣體完全混合，電鍍污泥固體顆粒物和菌體呈懸浮狀，達(dá)到良好的傳質(zhì)效果。在持續(xù)的混合下進(jìn)行生物降解反應(yīng)，時(shí)間為3 d到6d。反應(yīng)過(guò)程中由溫控儀71和溫度計(jì)73可及時(shí)了解反應(yīng)罐I內(nèi)的溫度，若罐內(nèi)物料需要升溫，則打開反應(yīng)罐I內(nèi)的電熱盤管15。③靜置菌液中的菌體與電鍍污泥固體顆粒物和空氣進(jìn)行生物降解反應(yīng)完全后，停止曝氣和攪拌，反應(yīng)罐I內(nèi)混合物料靜置I 2小時(shí)使得顆粒物沉淀后等待處理，靜置后上層為浸出液，下層為廢渣。④液體排出打開浸出液出液管5上串聯(lián)的閥門51，排放浸出液，從而完成電鍍污泥的浸提。將所得浸出液中的部分加入到混合槽41中使得相應(yīng)的部分菌體一同進(jìn)入混合槽41中，所述的加入量為混合槽41中排放前液體總重量的10% 20%，其余的浸出液繼續(xù)后續(xù)的金屬回收工藝。⑤反應(yīng)罐排空打開廢渣排放管6上串聯(lián)的閥門61，將反應(yīng)罐I內(nèi)的廢渣排放清空，廢渣經(jīng)洗滌后固化。排空后的反應(yīng)罐I重復(fù)上述步驟①至步驟⑤進(jìn)行下一批污泥的浸提處理從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)浸提。上述浸提方法的機(jī)理如下利用氧化亞鐵硫桿菌的代謝產(chǎn)物一硫酸高鐵，與金
屬硫化物起氧化-還原作用。硫酸高鐵被還原成硫酸亞鐵并生成元素硫，金屬以硫酸鹽
形式溶解出來(lái)，而亞鐵又被細(xì)菌氧化成高鐵，元素硫被細(xì)菌氧化生成硫酸，構(gòu)成一個(gè)氧化一還原的循環(huán)系統(tǒng)。通過(guò)生物淋濾，污泥PH值下降到2. 0左右，這又大大促進(jìn)了污泥中重金屬的溶解，其反應(yīng)如下(M為重金屬)
4Fe2++02+4H+ — 4Fe3++2H20 ；
MS+2Fe3+ — M2++2Fe2++S° ；
2S°+302+2H20 — 2H2S04。以上各實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的說(shuō)明，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換和變化而得到相對(duì)應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器，其特征在于包括反應(yīng)罐(I)、攪拌組件(2 )、供氣組件(3 )、供菌液組件(4 )，浸出液出液管(5 )、廢渣排放管(6 )和溫控系統(tǒng)(7 ); 反應(yīng)罐(I)包括罐主體(11)、導(dǎo)流筒(12)、支撐架(13)、保溫層(14)和電熱盤管(15)；罐主體(11)設(shè)有浸出液出液管接口(11-3);導(dǎo)流筒(12)為鉛垂設(shè)置的上下兩端均開口的圓柱形筒體，導(dǎo)流筒(12)通過(guò)支撐架(13)固定在罐主體(11)的內(nèi)部；保溫層(14)為包覆在反應(yīng)罐(I)的外周上的一層保溫材料，電熱盤管(15)設(shè)置在罐主體(11)內(nèi)部，以螺旋狀固定在罐主體(11)的內(nèi)壁上，且導(dǎo)流筒(12)被電熱盤管(15)包圍； 所述攪拌組件(2)包括電機(jī)(21)、桿軸(22)和攪拌槳葉(23)，電機(jī)(21)由其電機(jī)殼從上方固定在罐主體(11)的頂蓋(I 1-6)的中央部位上，電機(jī)(21)的電機(jī)軸沿上下向鉛垂設(shè)置，從上向下穿過(guò)罐主體(11)的頂蓋(11-6)，且電機(jī)軸的下端頭通過(guò)聯(lián)軸器(25)與桿軸(22)的上端頭固定連接在一起，桿軸(22)設(shè)置在反應(yīng)罐(I)的導(dǎo)流筒(12)的中央，攪拌槳葉(23)固定在桿軸(22)上； 所述供氧組件(3)包括通過(guò)管道依次相連的空氣曝氣管(31)、空氣流量計(jì)(32)、閥門(33)和氣泵(34)，空氣曝氣管(31)由外向內(nèi)伸入反應(yīng)罐(I)的罐主體(11)內(nèi)，且空氣曝氣管(31)的出氣口位于罐主體(11)內(nèi)和導(dǎo)流筒(12)外； 供菌液組件(4)包括混合槽(41)、耐酸循環(huán)泵(42)、菌液管(43)和噴淋頭(44)，耐酸循環(huán)泵(42)的吸入室的進(jìn)液端口通過(guò)管道與混合槽(41)的菌液出口相連通，排出室的出液端口通過(guò)管道與轉(zhuǎn)接頭連接后，再與菌液管(43)的進(jìn)液端相連，菌液管(43)由外向內(nèi)伸入反應(yīng)罐(I)的罐主體(11)內(nèi)以及導(dǎo)流筒(12 )內(nèi)，且各菌液管(43 )的出液口位于導(dǎo)流筒(12 )內(nèi)；噴淋頭(44)連接在菌液管(43)的出液口上，并且噴淋頭(44)位于導(dǎo)流筒(12)內(nèi)；所述浸出液出液管(5)位于罐主體(11)外部，且與罐主體(11)的浸出液出液管接口(11-3)密封固定連接，并且浸出液出液管(5)與罐主體(11)的內(nèi)腔相通；浸出液出液管(5)上串聯(lián)設(shè)置有閥門(51)； 所述廢渣排放管(6 )位于罐主體(11)外部，且設(shè)置在反應(yīng)罐(I)的底部，并且廢渣排放管(6)與罐主體(11)的內(nèi)腔相通；廢渣排放管(6)上串聯(lián)設(shè)置有閥門(61)； 所述溫控系統(tǒng)(7)包括溫控儀(71)、測(cè)溫管(72)和溫度計(jì)(73)，測(cè)溫管(72)設(shè)置在罐主體(11)內(nèi)，測(cè)溫管(72)位于導(dǎo)流筒(12)的外側(cè)，測(cè)溫管(72)通過(guò)電線與反應(yīng)罐(I)外的溫控儀(71)相連；溫度計(jì)(73)的測(cè)溫端伸入罐主體(11)內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)罐(I)的罐主體(11)由位于上方的圓柱形的上部筒體(11-7)和位于下方的倒置圓臺(tái)狀的下部筒體(11-8)連接而成，其中下部筒體(11-8)的容積占罐主體(11)總?cè)莘e的1/5 1/3 ； 罐主體(11)的上部筒體(11-7)上設(shè)有與罐主體(11)內(nèi)腔相通的空氣曝氣管接口(11-1 )、菌液管接口( 11-2 )和浸出液出液管接口( 11-3 );罐主體(11)的頂蓋(11-6 )上設(shè)有電鍍污泥的投料口(11-5);罐主體(11)的下部筒體(I 1-8)的底板上設(shè)有與罐主體(11)內(nèi)腔相通的廢渣排放管接口(11-4)； 空氣曝氣管接口(11-1)設(shè)置在菌液管接口(11-2)的下方和浸出液出液管接口(11-3)的上方，且空氣曝氣管(31)從該空氣曝氣管接口( 11-1)處由外向內(nèi)伸入反應(yīng)罐(I)的罐主體(11)內(nèi)；菌液管接口( 11-2 )設(shè)置在反應(yīng)罐(I)的上部筒體(11-7)的上部位置上，且菌液管(43 )從該菌液管接口( 11-2 )由外向內(nèi)伸入反應(yīng)罐(I)的罐主體(11)內(nèi)以及伸入導(dǎo)流筒(12)內(nèi)；浸出液出液管接口(11-3)位于上部筒體(11-7)的下端所在平面的上方的5cm 15cm 處。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器，其特征在于攪拌組件(2)的攪拌槳葉(23)分上下設(shè)有2 3層，每層有2片漿葉，該2層攪拌槳葉(23)均設(shè)置在導(dǎo)流筒(12)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器，其特征在于空氣曝氣管(31)伸入罐主體(11)內(nèi)的管端頭靠近導(dǎo)流筒(12)，空氣曝氣管(31)的伸入罐主體(11)的管段上設(shè)有曝氣孔(31-1);所述空氣曝氣孔(31-1)設(shè)置在空氣曝氣管(31)的伸入罐主體(11)的管段的管體的上側(cè)上，且沿與空氣曝氣管(31)的中心軸線相平行的方向設(shè)置成相互平行的兩排，并且每一排上的各個(gè)空氣曝氣孔(31-1)的軸線與經(jīng)過(guò)空氣曝氣管(31)的中心軸線的鉛垂面之間的夾角的銳角0為40° 50°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器，其特征在于供菌液組件(4)的混合槽(41)中還設(shè)有對(duì)菌液進(jìn)行加熱的加熱盤管(41-1);使用時(shí)，所述加熱盤管(41-1)中通有循環(huán)熱水。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器，其特征在于所述溫控系統(tǒng)(7)的溫度計(jì)(73)分層設(shè)置在罐主體(11)的上部筒體(11-7)的上部、中部和下部，每層的溫度計(jì)(73 )有2至10個(gè)，每層的各個(gè)溫度計(jì)(73 )沿著罐主體(11)的上部筒體(11-7)的外周設(shè)置，且同一層的相鄰溫度計(jì)(73)之間所間隔的角度相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器，其特征在于攪拌組件(2)還包括轉(zhuǎn)速表(24)，轉(zhuǎn)速表(24)從上方設(shè)置在電機(jī)(21)上，用以測(cè)量桿軸(22)的轉(zhuǎn)速。
8.—種如權(quán)利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器浸提金屬的方法，其特征在于包括以下步驟 ①進(jìn)料向反應(yīng)罐(I)中加入經(jīng)預(yù)處理后的電鍍污泥粉末，再將混合槽(41)內(nèi)加熱后的菌液由耐酸循環(huán)泵(42)打入反應(yīng)罐(I)內(nèi)，電鍍污泥粉末的濃度為20 30g/L，菌濃度達(dá)至Ij 104-106cell/mL ； ②混合反應(yīng)打開攪拌組件(2)的電機(jī)(21)和供氣組件(3)的氣泵(34)，電鍍污泥漿液和菌液在導(dǎo)流筒(12)中由于攪拌槳葉(23)的攪拌作用而混合均勻，并被向下推送至導(dǎo)流筒(12)底部后外翻向上；位于導(dǎo)流筒(12)外的液體則在空氣曝氣管(31)所釋放的向上運(yùn)動(dòng)的空氣的推力作用下，從導(dǎo)流筒(12)外向上流動(dòng)到導(dǎo)流筒(12)上部，隨后在攪拌槳葉(23)的作用下，又被吸入導(dǎo)流筒(12)中向下流動(dòng)，從而在反應(yīng)罐(I)中上下運(yùn)動(dòng)，不斷循環(huán)，使得電鍍污泥固體顆粒物、菌體與液體和氣體完全混合，電鍍污泥固體顆粒物和菌體呈懸浮狀，達(dá)到良好的傳質(zhì)效果，在持續(xù)的混合下進(jìn)行生物降解反應(yīng)，時(shí)間為3 d到6d ； ③靜置菌液中的菌體與電鍍污泥固體顆粒物和空氣進(jìn)行生物降解反應(yīng)完全后，停止曝氣和攪拌，反應(yīng)罐(I)內(nèi)混合物料靜置I 2小時(shí)使得顆粒物沉淀后等待處理，靜置后上層為浸出液，下層為廢渣； ④液體排出打開浸出液出液管(5)上串聯(lián)的閥門(51)，排放浸出液，從而完成電鍍污泥的浸提，所得浸出液等待后續(xù)的金屬回收工藝； ⑤反應(yīng)罐排空打開廢渣排放管(6)上串聯(lián)的閥門(61)，將反應(yīng)罐(I)內(nèi)的廢渣排放清空，排空后的反應(yīng)罐(I)重復(fù)上述步驟①至步驟⑤進(jìn)行下一批污泥的浸提處理從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)浸提。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浸提金屬的方法，其特征在于步驟①中預(yù)處理后的電鍍污泥粉末的中電鍍污泥的顆粒粒徑為200目 300目。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浸提金屬的方法，其特征在于步 驟①中，混合槽(41)內(nèi)的菌液根據(jù)所處理的電鍍污泥中重金屬的種類準(zhǔn)備，當(dāng)污泥中的銅含量較高時(shí)，選用氧化亞鐵硫桿菌；當(dāng)污泥中的鎳含量較高時(shí)，選用氧化硫硫桿菌；當(dāng)污泥中銅和鎳含 量都較高時(shí)，將上述兩種硫桿菌一起加入，且兩種硫桿菌的比例按照污泥中銅和鎳的含量確定；當(dāng)污泥中的有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí)，將異養(yǎng)菌與對(duì)應(yīng)的硫桿菌一起加入，通過(guò)異養(yǎng)菌消耗污泥中的有機(jī)質(zhì)碳源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器及其浸提方法，反應(yīng)器包括反應(yīng)罐、攪拌組件、供氣組件、供菌液組件，浸出液出液管、廢渣排放管和溫控系統(tǒng)；反應(yīng)罐包括罐主體、導(dǎo)流筒、支撐架、保溫層和電熱盤管，導(dǎo)流筒為鉛垂設(shè)置的上下兩端均開口的圓柱形筒體，導(dǎo)流筒通過(guò)支撐架固定在罐主體的內(nèi)部；攪拌槳葉按照上下向分層固定在桿軸上，桿軸設(shè)置在導(dǎo)流筒內(nèi)部。本發(fā)明的浸提電鍍污泥有價(jià)金屬的反應(yīng)器將電鍍污泥生物浸提技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)際中，進(jìn)行生物浸出菌群對(duì)電鍍污泥的連續(xù)浸出反應(yīng)，該反應(yīng)器具有能耗低、攪拌柔和、氧傳質(zhì)效率高、傳染效率高、操作簡(jiǎn)單、投資低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22B3/18GK102719673SQ201210241048
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者周全法, 孔峰, 程潔紅, 陳嫻 申請(qǐng)人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院