專利名稱：空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采用微生物方法浸提污泥中重金屬的反應(yīng)器，適用于市政污泥和工業(yè)污泥中重金屬的脫除，例如制革企業(yè)污水處理廠產(chǎn)生的制革污泥及電鍍企業(yè)污水處理廠產(chǎn)生的電鍍污泥中重金屬的脫除處理等。
背景技術(shù)：
利用微生物主要是嗜酸性硫桿菌的作用將污泥中重金屬去除的生物脫毒技術(shù)(也稱“生物淋(瀝)濾技術(shù)”或“生物浸提技術(shù)”)，其基本原理是，在添加能源物質(zhì)和通(曝)氣充氧的條件下，利用硫桿菌等的生物氧化作用及其產(chǎn)生的低pH環(huán)境，使污泥中以難溶性形態(tài)存在的重金屬溶解出來(lái)進(jìn)入液相，再通過(guò)固液分離而達(dá)到去除的目的。本課題組曾從城市污泥和制革污泥中分離出兩株高效的硫桿菌菌株(氧化亞鐵硫桿菌LX5和氧化硫硫桿菌TS6)，并發(fā)現(xiàn)利用該菌可有效脫除污泥中重金屬。并于2004年6月和10月先后獲得了2個(gè)國(guó)家發(fā)明專利(ZL02112924.X；ZL02137921.1)。與用化學(xué)酸(H2SO4、HNO3、HCl)浸提相比，采用生物淋濾法脫除污泥中重金屬，因具有反應(yīng)溫和、成本低廉、無(wú)二次污染且環(huán)境安全等優(yōu)點(diǎn)而備受人們的重視。然而有關(guān)污泥中重金屬生物脫除的研究及其相關(guān)專利，僅是報(bào)道了其方法，所得到的結(jié)果大都是通過(guò)搖瓶的方式獲得的，其研究結(jié)果無(wú)法在工程上獲得應(yīng)用。為此，2004年4月30日，本課題組首次申請(qǐng)了“一種污泥中重金屬生物淋濾脫除工藝及設(shè)備”專利，發(fā)現(xiàn)以攪拌式反應(yīng)釜(STR)為主要核心部件的生物淋濾反應(yīng)器可成功完成污泥中重金屬的生物淋濾過(guò)程。但是以機(jī)械攪拌的方式混勻物料(污泥)時(shí)所需要的能耗較高。生物淋濾技術(shù)處理污泥進(jìn)行工程化應(yīng)用的關(guān)鍵在于，設(shè)計(jì)制造出一種低能耗的、處理效率高的反應(yīng)器，能夠大規(guī)模地處理污泥，將污泥中的重金屬溶解出來(lái)，完成污泥的生物淋濾過(guò)程，這是微生物法脫除污泥中重金屬的關(guān)鍵過(guò)程。正是在上述背景下，發(fā)明了實(shí)用新型的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器。

發(fā)明內(nèi)容
為了將生物淋濾技術(shù)有效地應(yīng)用于工程實(shí)際中，克服攪拌釜式反應(yīng)器能耗較高的不足之處，并將反應(yīng)器的處理規(guī)模放大，本實(shí)用新型提供一種浸提污泥中重金屬的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器由反應(yīng)塔和熱水循環(huán)加熱裝置構(gòu)成。在反應(yīng)塔內(nèi)，自下而上安裝反沖管、曝氣器、空氣提升管和傘形導(dǎo)流罩；反應(yīng)塔的外形為圓柱形，下端為圓錐形；空氣提升管與反應(yīng)塔同軸地安裝在反應(yīng)塔中心位置(見(jiàn)圖1)，空氣提升管下端為喇叭口狀，在其最上端出口處設(shè)置傘形導(dǎo)流罩；曝氣器安裝在反應(yīng)塔底部，且與空氣提升管正下方相距0mm～100mm。采用本實(shí)用新型進(jìn)行污泥中重金屬的生物淋濾時(shí)，將原始污泥泵送到反應(yīng)塔中，投加以硫桿菌為主體的復(fù)合菌株，并補(bǔ)充微生物能源物質(zhì)。當(dāng)使用曝氣器進(jìn)行曝氣充氧時(shí)，曝氣器釋放出來(lái)的微孔氣泡全部進(jìn)入到空氣提升管內(nèi)，這樣空氣提升管內(nèi)的氣泡攜帶著污泥上升，經(jīng)傘形導(dǎo)流罩整流后，污泥均勻分散到反應(yīng)塔的各個(gè)方向并自然下降；同時(shí)空氣提升管外的污泥從其下端喇叭口處補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，使污泥在反應(yīng)塔中不斷地經(jīng)過(guò)上升、下降又上升，即進(jìn)行內(nèi)循環(huán)而達(dá)到均勻混合，同時(shí)完成污泥的充氧過(guò)程。這樣，微生物就在好氧和充分混合的條件下進(jìn)行污泥中重金屬的淋濾。
在反應(yīng)塔內(nèi)的底部，安裝了環(huán)形反沖管，為一根穿孔管，斜向下45°開(kāi)多個(gè)φ10～20的氣孔并沿環(huán)形反沖管周向均勻分布，使得這些氣孔排出的氣流斜向下匯集到一起，且反沖管所在平面位置低于曝氣器所在平面位置0.1m～0.2m，如圖1和圖2所示。進(jìn)氣管通過(guò)氣閥分別與反沖管和曝氣器相連。在采用本實(shí)用新型進(jìn)行污泥中重金屬的生物淋濾過(guò)程剛啟動(dòng)時(shí)，可以同時(shí)使用曝氣器和反沖管，加快啟動(dòng)進(jìn)程；而在正常運(yùn)行過(guò)程中，可以定時(shí)地或不定期地打開(kāi)氣閥，用反沖管沖開(kāi)反應(yīng)塔底部可能存在的沉積污泥。運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)溫度低于工藝要求值時(shí)，啟動(dòng)熱水循環(huán)加熱裝置。熱水循環(huán)加熱裝置由水箱、循環(huán)泵、水循環(huán)管道、溫度控制系統(tǒng)組成，水循環(huán)管道安裝在反應(yīng)塔內(nèi)的下部位置，且位于空氣提升管外壁和反應(yīng)塔內(nèi)壁之間，并通過(guò)管道將水箱、循環(huán)泵和水循環(huán)管道連接成一個(gè)循環(huán)整體；在水箱和反應(yīng)塔中分別設(shè)置溫度探頭并與溫控儀相連；水箱中還設(shè)置了加熱器。水箱里的水加熱后，由循環(huán)泵抽出，流經(jīng)水循環(huán)管道再回到水箱里。溫度控制系統(tǒng)把溫度探頭的檢測(cè)信號(hào)反饋給溫控儀，并按照設(shè)定的水箱中水的溫度和反應(yīng)塔中物料的溫度，分別控制加熱器和循環(huán)泵的自動(dòng)開(kāi)停，保證水箱內(nèi)水的溫度和反應(yīng)塔內(nèi)物料的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，使生物淋濾過(guò)程能夠在設(shè)定的溫度下進(jìn)行。為了有效地發(fā)揮空氣曝氣充氧能力和混合效果，反應(yīng)塔的高徑比以4∶1～10∶1為宜，反應(yīng)塔與空氣提升管的直徑之比以2∶1～5∶1為宜，同時(shí)空氣提升管下端距反應(yīng)塔底0.5m～1.0m，空氣提升管上端距反應(yīng)塔上部沿口1m～2m。當(dāng)反應(yīng)塔內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，為了便于檢修，在其底部設(shè)置了放空閥，并在其下部位置的側(cè)壁上設(shè)置了檢修人孔。
本實(shí)用新型的有益效果是采用本實(shí)用新型進(jìn)行污泥中重金屬的生物淋濾過(guò)程中，利用曝氣器曝氣充氧時(shí)氣泡上升所具有的空氣提升作用，使微生物在好氧和均勻混合的條件下進(jìn)行淋濾作用，污泥pH值下降，污泥中的重金屬被溶解出來(lái)，從而完成污泥中重金屬的生物淋濾過(guò)程，即使在寒冷的季節(jié)里也能夠正常運(yùn)行，免除了因使用機(jī)械攪拌勻質(zhì)所需要的能耗。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地較少、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是生物淋濾反應(yīng)器示意圖。
圖2是反沖管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1.反應(yīng)塔，2.傘形導(dǎo)流罩，3.空氣提升管，4.溫控儀，5、6.溫度探頭，7.加熱器，8.水箱，9.循環(huán)泵，10.水循環(huán)管道，11.檢修人孔，12.曝氣器，13.反沖管，14.氣閥，15.進(jìn)氣管，16.放空閥。
具體實(shí)施方式
在圖1所示的實(shí)施例中，空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器由反應(yīng)塔(1)和熱水循環(huán)加熱裝置構(gòu)成，在反應(yīng)塔(1)內(nèi)，自下而上安裝反沖管(13)、曝氣器(12)、空氣提升管(3)和傘形導(dǎo)流罩(2)；反應(yīng)塔(1)的外形為圓柱形，下端為圓錐形；空氣提升管(3)與反應(yīng)塔(1)同軸地安裝在反應(yīng)塔(1)的中心位置(見(jiàn)圖1)，空氣提升管(3)的下端為喇叭口狀，在其最上端出口處設(shè)置傘形導(dǎo)流罩(2)；曝氣器(12)安裝在反應(yīng)塔(1)的底部，且與空氣提升管(3)正下方相距0mm～100mm。運(yùn)行時(shí)，將原始污泥泵送到反應(yīng)塔(1)里，投加以硫桿菌為主體的復(fù)合微生物菌劑，并補(bǔ)充微生物能源物質(zhì)，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓空氣經(jīng)進(jìn)氣管(15)輸送到曝氣器(12)后，以大量氣泡的形式釋放出來(lái)，并全部進(jìn)入空氣提升管(3)中，使得空氣提升管(3)內(nèi)污泥的密度小于空氣提升管(3)外污泥的密度。空氣提升管(3)中的氣泡攜帶著污泥上升，經(jīng)傘形導(dǎo)流罩(2)整流后，污泥均勻分散到反應(yīng)塔(1)的各個(gè)方向并自然下降；而空氣提升管(3)外的污泥就從其下端的喇叭口處補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，這樣就使污泥在反應(yīng)塔(1)中經(jīng)過(guò)提升、下降再提升，即不斷地進(jìn)行內(nèi)循環(huán)而達(dá)到完全混合，同時(shí)也完成了污泥的充氧過(guò)程。實(shí)施過(guò)程中控制曝氣量，可以保證污泥中的溶解氧濃度保持在工藝要求的范圍內(nèi)。在這種充分混合和好氧的條件下，污泥中本身含有的以及添加的還原性硫經(jīng)微生物的氧化作用，轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，污泥的pH值不斷地下降，即污泥酸化。運(yùn)行2～4天后，污泥中的重金屬100％地溶解出來(lái)，表明微生物完成了淋濾過(guò)程。
在寒冷季節(jié)里，反應(yīng)塔(1)內(nèi)的污泥溫度較低而不能滿足工藝要求時(shí)，開(kāi)啟熱水循環(huán)加熱裝置。熱水循環(huán)加熱裝置由水箱(7)、循環(huán)泵(9)、水循環(huán)管道(10)和溫度控制系統(tǒng)組成，水循環(huán)管道(10)安裝在反應(yīng)塔(1)內(nèi)的下部位置，且位于空氣提升管(3)外壁和反應(yīng)塔(1)內(nèi)壁之間，并通過(guò)管道將水箱(7)、循環(huán)泵(9)和水循環(huán)管道(10)連接成一個(gè)循環(huán)整體；在反應(yīng)塔(1)和水箱(7)中分別設(shè)置溫度探頭(5)和(6)并與溫控儀(4)相連；水箱(7)中還設(shè)置加熱器(8)。水箱(7)里的水用加熱器(8)加熱，循環(huán)泵(9)將水箱(7)里的水抽出，流經(jīng)反應(yīng)塔(1)中的水循環(huán)管道(10)，再回到水箱(7)中。在溫控儀(4)和溫度探頭(5)、(6)的作用下，按照設(shè)定的水箱(7)中水的溫度和反應(yīng)塔(1)中物料(污泥)的溫度，分別控制加熱器(8)和循環(huán)泵(9)的自動(dòng)開(kāi)停，保證了水箱(7)中的水溫和反應(yīng)塔(1)中物料(污泥)的溫度分別恒定在各自設(shè)定值，使在環(huán)境溫度較低的季節(jié)里，本實(shí)用新型正常運(yùn)行。
在反應(yīng)塔(1)內(nèi)的底部，還安裝了環(huán)形反沖管(13)，如圖1所示，為一根穿孔管，斜向下開(kāi)數(shù)個(gè)φ10～20的氣孔，使得從環(huán)形反沖管(13)上氣孔排出的空氣斜向下匯集，且反沖管(13)所在平面位置低于曝氣器(12)所在平面位置，如圖1和圖2所示。進(jìn)氣管(15)通過(guò)氣閥(14)分別與反沖管(13)和曝氣器(12)相連。在采用本實(shí)用新型進(jìn)行污泥中重金屬的生物淋濾過(guò)程剛啟動(dòng)時(shí)，同時(shí)使用曝氣器(12)和反沖管(13)，以加快啟動(dòng)進(jìn)程，并在正常運(yùn)行過(guò)程中，不定期地打開(kāi)氣閥(14)，用反沖管(13)排出的氣流沖開(kāi)反應(yīng)塔(1)底部可能存在的沉積污泥。運(yùn)行過(guò)程中，如果反應(yīng)塔(1)內(nèi)部發(fā)生故障需要排空檢修時(shí)，打開(kāi)放空閥(16)，將反應(yīng)塔(1)中的污泥排空，并由檢修人孔(11)進(jìn)入到反應(yīng)塔(1)中檢修。由于本實(shí)用新型不需要機(jī)械攪拌器攪拌，而是利用曝氣器(12)曝氣充氧時(shí)氣泡上升所具有的提升作用，在空氣提升管(3)的輔助下，在充氧的同時(shí)完成了物料(污泥)的均勻混合過(guò)程，使微生物能夠在好氧和均勻混合的條件下進(jìn)行淋濾作用。
本實(shí)用新型構(gòu)件不多，結(jié)構(gòu)緊湊且不復(fù)雜，操作中故障較少，運(yùn)行管理方便，而且生物淋濾過(guò)程中反應(yīng)溫和，運(yùn)行穩(wěn)定，是一種高效、低能耗的處理含重金屬污泥的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器。
權(quán)利要求1.一種空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，其特征是由反應(yīng)塔和熱水循環(huán)加熱裝置構(gòu)成，在反應(yīng)塔內(nèi)，自下而上安裝反沖管、曝氣器、空氣提升管和傘形導(dǎo)流罩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)塔的外形為圓柱形，下端為圓錐形，反應(yīng)塔的高徑比為4∶1～10∶1；空氣提升管與反應(yīng)塔同軸地安裝在反應(yīng)塔中心位置，且反應(yīng)塔與空氣提升管直徑之比為2∶1～5∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，其特征是空氣提升管下端為喇叭口狀，在其最上端出口處設(shè)置傘形導(dǎo)流罩；曝氣器安裝在反應(yīng)塔底部，且與空氣提升管正下方相距0mm～100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，其特征是空氣提升管下端距反應(yīng)塔底部0.5m～1m，上端距反應(yīng)塔上沿口1m～2m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，其特征是反沖管為一環(huán)形穿孔管，安裝在反應(yīng)塔內(nèi)的底部，且反沖管所在平面位置低于曝氣器所在平面位置0.1m～0.2m；進(jìn)氣管分別與反沖管和曝氣器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，其特征是熱水循環(huán)加熱裝置由水箱、循環(huán)泵、水循環(huán)管道、溫度控制系統(tǒng)組成，并通過(guò)管道將水箱、循環(huán)泵和水循環(huán)管道連接成一個(gè)循環(huán)整體；在水箱和反應(yīng)塔中分別設(shè)置溫度探頭并與溫控儀相連；水箱中還設(shè)置加熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，其特征是水循環(huán)管道安裝在反應(yīng)塔內(nèi)的下部位置，且位于空氣提升管外壁和反應(yīng)塔內(nèi)壁之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，其特征是溫度控制系統(tǒng)把溫度探頭的檢測(cè)信號(hào)反饋給溫控儀，并按照設(shè)定的水箱中水的溫度和反應(yīng)塔中物料的溫度，分別控制加熱器和循環(huán)泵的自動(dòng)開(kāi)停。
專利摘要一種空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器，由反應(yīng)塔和熱水循環(huán)加熱裝置構(gòu)成。在反應(yīng)塔內(nèi)，安裝反沖管、曝氣器、空氣提升管、傘形導(dǎo)流罩和水循環(huán)管道；熱水循環(huán)加熱裝置由水箱、循環(huán)泵、水循環(huán)管道、溫度控制系統(tǒng)等組成。本實(shí)用新型可應(yīng)用于污泥中重金屬的生物淋濾，淋濾過(guò)程中在曝氣充氧時(shí)，充分發(fā)揮和利用曝氣器曝氣時(shí)氣泡上升所具有的提升作用，在充氧的同時(shí)完成物料的均勻混合過(guò)程。本實(shí)用新型構(gòu)件不多，結(jié)構(gòu)緊湊且不復(fù)雜，操作中故障較少，運(yùn)行管理方便，而且生物淋濾過(guò)程中反應(yīng)溫和，運(yùn)行穩(wěn)定，是一種高效、低能耗的處理含重金屬污泥的空氣提升式生物淋濾反應(yīng)器。
文檔編號(hào)C22B3/00GK2813632SQ20052007231
公開(kāi)日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者周立祥, 王電站 申請(qǐng)人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)