專利名稱：連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器及其浸提方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電鍍污泥資源化回收領域，具體涉及一種連續(xù)浸提電鍍污泥中的有價金屬的反應器及其浸提金屬的方法。
背景技術：
電鍍、化工等行業(yè)每年產(chǎn)生大量含重金屬的電鍍廢水，對這些電鍍廢水進行化學沉淀處理后，產(chǎn)生大量富含重金屬的電鍍污泥，對環(huán)境的污染相當嚴重。電鍍污泥是危險廢物，按照《國家危險廢物名錄》定義的47類危險廢棄物中，電鍍污泥占據(jù)了其中的7大類。其實，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 到10%以上，等同于低品位礦石。金屬資源是國民經(jīng)濟發(fā)展最重要的物質保證之一，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，消耗量逐漸增加，金屬資源短缺與經(jīng)濟發(fā)展需求量增長之間矛盾越來越突出。如果能將含金屬資源的危險廢物中的金屬進行回收，既保護生存環(huán)境，又有助于解決目前的資源短缺問題，將產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。要回收電鍍污泥中的重金屬，首先要進行浸出處理。在浸出的諸多技術中，生物浸出技術(Bioleaching)以成本低、環(huán)境友好、反應溫和、耗酸少、成本低，日益受到重視，因此應用面逐漸擴大。中國專利文獻CN 201087155Y (申請?zhí)?00720081227. 9)公開了一種用于污水處
理的上浮氣提式生化反應器，包括反應器主體、反應器上部設有出水口、下部設有壓縮空氣入口 ；在氣提式生化反應器流化床內設置缺氧區(qū)，在反應器上部中心位置設置清水池，清水池外設置上浮池，反應器循環(huán)圈上設有擋蓋。工作時，為了防止氧氣在沒有與污水充分反應就往上串，故在反應器循環(huán)圈上設置擋蓋。該反應器用于電鍍污泥處理時，污泥先由上方進入反應器主體，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，因此相應的能耗也較高。中國專利文獻CN 2846408Y (申請?zhí)?00520128063. I)公開了一種串聯(lián)式內循環(huán)反應器，在原有傳統(tǒng)氣提式內循環(huán)反應器的基礎上，在其上部設置一段氣提式內循環(huán)反應器兩段裝置，分別命名為上氣提式內循環(huán)反應器和下氣提式內循環(huán)反應器。污泥在曝氣室內在升流管內上升，在降流管內下降，經(jīng)曝氣后，上升通過三相分離器，氣體從整個反應器的頂部排出，出水經(jīng)溢流堰排出。由于設置上下兩部分內循環(huán)反應器，因此反應器的連接較為復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問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金屬的反應器及其浸提方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是一種連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器，包括反應罐、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)。
反應罐包括罐主體、導流筒、支撐架、保溫層和電熱盤管；罐主體設有浸出液出液管接口 ；導流筒為鉛垂設置的上下兩端均開口的圓柱形筒體，導流筒通過支撐架固定在罐主體的內部；保溫層為包覆在反應罐的外周上的一層保溫材料，電熱盤管設置在罐主體內部，以螺旋狀固定在罐主體的內壁上，且導流筒被電熱盤管包圍。所述攪拌組件包括電機、桿軸和攪拌槳葉，電機由其電機殼從上方固定在罐主體的頂蓋的中央部位上，電機的電機軸沿上下向鉛垂設置，從上向下穿過罐主體的頂蓋，且電機軸的下端頭通過聯(lián)軸器與桿軸的上端頭固定連接在一起，桿軸設置在反應罐的導流筒的中央，攪拌槳葉固定在桿軸上。所述供氧組件包括通過管道依次相連的空氣曝氣管、空氣流量計、閥門和氣泵，空氣曝氣管由外向內伸入反應罐的罐主體內，且空氣曝氣管的出氣口位于罐主體內和導流筒外。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)泵的吸入室的進液端口通過管道與混合槽的菌液出口相連通，排出室的出液端口通過管道與轉接頭連接后，再與菌液管的進液端相連，菌液管由外向內伸入反應罐的罐主體內以及導流筒內，且各菌液管的出液口位于導流筒內；噴淋頭連接在菌液管的出液口上，并且噴淋頭位于導流筒內。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腔相通；浸出液出液管上串聯(lián)設置有閥門。所述廢渣排放管位于罐主體外部，且設置在反應罐的底部，并且廢渣排放管與罐主體的內腔相通；廢渣排放管上串聯(lián)設置有閥門。所述溫控系統(tǒng)包括溫控儀、測溫管和溫度計，測溫管設置在罐主體內，測溫管位于導流筒的外側，測溫管通過電線與反應罐外的溫控儀相連；溫度計的測溫端伸入罐主體內部。進一步地，反應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狀的下部筒體連接而成，其中下部筒體的容積占罐主體總容積的1/5 1/3。罐主體的上部筒體上設有與罐主體內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 ；罐主體的頂蓋上設有電鍍污泥的投料口 ；罐主體的下部筒體的底板上設有與罐主體內腔相通的廢渣排放管接口?？諝馄貧夤芙涌谠O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伸入反應罐的罐主體內；菌液管接口設置在反應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伸入反應罐的罐主體內以及伸入導流筒內；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。進一步地，攪拌組件的攪拌槳葉分上下設有2 3層，每層有2片漿葉，該2層攪拌槳葉均設置在導流筒中。進一步地，空氣曝氣管伸入罐主體內的管端頭靠近導流筒，空氣曝氣管的伸入罐主體的管段上設有曝氣孔；所述空氣曝氣孔設置在空氣曝氣管的伸入罐主體的管段的管體的上側上，且沿與空氣曝氣管的中心軸線相平行的方向設置成相互平行的兩排，并且每一排上的各個空氣曝氣孔的軸線與經(jīng)過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。。
進一步地，供菌液組件的混合槽中還設有對菌液進行加熱的加熱盤管；使用時，所述加熱盤管中通有循環(huán)熱水。所述溫控系統(tǒng)的溫度計分層設置在罐主體的上部筒體的上部、中部和下部，每層的溫度計有2至10個，每層的各個溫度計沿著罐主體的上部筒體的外周設置，且同一層的相鄰溫度計之間所間隔的角度相等。進一步地，攪拌組件還包括轉速表，轉速表從上方設置在電機上，用以測量桿軸的轉速。使用上述連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器浸提金屬的方法，包括以下步驟 ①進料向反應罐中加入經(jīng)預處理后的電鍍污泥粉末，再將混合槽內加熱后的菌液由
耐酸循環(huán)泵打入反應罐內，電鍍污泥粉末的濃度為20 30g/L，菌濃度達到IO4-IO6Cell/
mLo②混合反應打開攪拌組件的電機和供氣組件的氣泵，電鍍污泥漿液和菌液在導流筒中由于攪拌槳葉的攪拌作用而混合均勻，并被向下推送至導流筒底部后外翻向上；位于導流筒外的液體則在空氣曝氣管所釋放的向上運動的空氣的推力作用下，從導流筒外向上流動到導流筒上部，隨后在攪拌槳葉的作用下，又被吸入導流筒中向下流動，從而在反應罐中上下運動，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，達到良好的傳質效果，在持續(xù)的混合下進行生物降解反應，時間為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行生物降解反應完全后，停止曝氣和攪拌，反應罐內混合物料靜置I 2小時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反應罐排空打開廢渣排放管上串聯(lián)的閥門，將反應罐內的廢渣排放清空，排空后的反應罐重復上述步驟①至步驟⑤進行下一批污泥的浸提處理從而實現(xiàn)連續(xù)浸提。上述步驟①中預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，混合槽內的菌液根據(jù)所處理的電鍍污泥中重金屬的種類準備，當污泥中的銅含量較高時，選用氧化亞鐵硫桿菌；當污泥中的鎳含量較高時，選用氧化硫硫桿菌；當污泥中銅和鎳含量都較高時，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；當污泥中的有機質含量較高時，將異養(yǎng)菌與對應的硫桿菌一起加入，通過異養(yǎng)菌消耗污泥中的有機質碳源。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金屬的反應器將電鍍污泥生物浸提技術應用于工程實際中，進行生物浸出菌群對電鍍污泥的連續(xù)浸出反應，該反應器具有能耗低、攪拌柔和、氧傳質效率高、傳染效率高、操作簡單、投資低的特點。(2)反應器中的空氣曝氣孔設置在空氣曝氣管的伸入罐主體的管段的管體上側上，且沿與空氣曝氣管的中心軸線相平行的方向設置成相互平行的兩排，并且每一排上的各個空氣曝氣孔的軸線與經(jīng)過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流出的空氣直接向上運動，對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置在上方，因此相比現(xiàn)有技術中曝氣孔設置在下方的曝氣管來說，對于相同流量的氣體，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，對不同金屬使用對應的浸出菌群對電鍍污泥進行連續(xù)浸出反應的方法，浸提效率較高。


圖I為本發(fā)明的反應器的結構示意 圖2為從上方往下觀察時圖I中空氣曝氣管的位于罐主體內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 上述附圖中的標記如下
反應罐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，導流筒12，支撐架13，保溫層14，電熱盤管15 ；
攪拌組件2，電機21，桿軸22，攪拌槳葉23，轉速表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，測溫管72，溫度計73。
具體實施例方式(實施例I、連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器)
見圖1，本實施例的連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器包括反應罐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。反應罐I包括罐主體11、導流筒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(本實施例中為0.5立方米)，罐主體11的高度為I I. 5米(本實施例中為I. 2米)，其中下部筒體11-8的容積占罐主體11總容積的1/5 1/3 (本實施例中為1/4)。保溫層14為包覆在反應罐I的外周上的一層巖棉，且罐主體11的外周也即反應罐I的外周。電熱盤管15設置在罐主體11內部，以螺旋狀固定在罐主體11的上部筒體11-7的內壁上，且導流筒12被電熱盤管15包圍。電熱盤管15用于對罐主體11內的物料進行加熱，。導流筒12為鉛垂設置的上下兩端均設開口的圓柱形筒體，導流筒12通過支撐架13固定設置在罐主體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。導流筒12的上端面至罐主體11的頂蓋11-6的距離為30cm，導流筒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 ;導流筒12的內徑為罐主體11的上部筒體11-7的內徑的1/2。所述支撐架13的一端與導流筒12固定連接，另一端固定在罐主體11的上部筒體11-7的內壁上。反應罐I的罐主體11在其上部筒體11-7上設有與罐主體11內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。反應罐I的罐主體11在其頂蓋11-6上設有2 3個(本實施例中為2個)與罐主體11的內腔相通的電鍍污泥的投料口11-5 ;反應罐I的罐主體11在其下部筒體11-8的底板上設有 與罐主體11的內腔相通的廢渣排放管接口 11-4?？諝馄貧夤芙涌?11-1設置在菌液管接口 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(本實施例為4個)，各空氣曝氣管接口 11-1沿輻向均勻分散設置在反應罐I的罐主體11的上下向的中部或中部往上30cm以內的位置上。菌液管接口 11-2有2個，設置在反應罐I的上部筒體11-7的上部位置上，2個菌液管接口11-2沿輻向設置在反應罐I的上部筒體11-7上。浸出液出液管接口 11-3設置在反應罐
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21、桿軸22、攪拌槳葉23和轉速表24。電機21由其電機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21的外側。電機21的電機軸沿上下向鉛垂設置，從上向下穿過罐主體11的頂蓋11-6，且電機軸的下端頭通過聯(lián)軸器25與桿軸22的上端頭固定連接在一起。桿軸22的主體設置在反應罐I的導流筒12中，且位于導流筒12的中央。攪拌槳葉23固定在桿軸22上，攪拌槳葉23分上下設有2 3層(本實施例中為2層)，每層攪拌槳葉23有2片漿葉，該2層攪拌槳葉23均設置在導流筒12中。位于上層的攪拌槳葉23設在導流筒12的上下向的中部，位于下層的攪拌槳葉23設置在導流筒12的底部，距離導流筒12的下端面所在平面5cm 15cm。轉速表24從上方設置在電機21上，用以測量桿軸22的轉速。所述供氣組件3有4組，每組供氣組件3包括通過管道依次相連的氣泵34、閥門33、空氣流量計32和空氣曝氣管31。各個供氣組件3的空氣曝氣管31由外向內從罐主體11的相應I個空氣曝氣管接口 11-1以密閉固定連接的方式伸入反應罐I的罐主體11內，且空氣曝氣管31的出氣口位于罐主體11內和導流筒12外。空氣曝氣管31的伸入罐主體11的管段上設有曝氣孔31-1，曝氣孔31-1的孔徑為3 5_?？諝馄貧夤?1伸入罐主體11內的管端頭靠近導流筒12。見圖2和圖3，所述空氣曝氣孔31-1設置在空氣曝氣管31的伸入罐主體11的管段的管體上側上，且沿與空氣曝氣管31的中心軸線相平行的方向設置成相互平行的兩排，并且每一排上的各個空氣曝氣孔31-1的軸線與經(jīng)過空氣曝氣管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流出的空氣直接向上運動，對空氣曝氣管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設置在上方，因此相比現(xiàn)有技術中曝氣孔設置在下方的曝氣管來說，對于相同流量的氣體，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個噴淋頭44?；旌喜?1中盛放菌液，混合槽41中還設有對菌液進行加熱的加熱盤管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。混合槽中設有測溫管，測溫管與溫控儀相連，設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定范圍，溫控儀接通電源，開始加熱?；旌喜?1中盛有的菌液通過耐酸循環(huán)泵42和菌液管43輸送進罐主體11內。耐酸循環(huán)泵42的吸入室的進液端口通過管道與混合槽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管道與三通接頭(圖中未畫出)連接后，再與菌液管43的進液端相連。2根菌液管43 (圖中只畫出I根)的每根菌液管43的進液端口均與上述三通接頭的相應I個出液接口密封固定連接，每根菌液管43由外向內從罐主體11的相應I個菌液管接口 11-2以密閉固定連接的方式伸入反應罐I的罐主體11內以及伸入導流筒12內，且各根菌液管43的出液口位于導流筒12內，并且各根菌液管43的位于反應罐I的罐主體11·內的管段位于空氣曝氣管31的上方。各個噴淋頭44連接在相應I根菌液管43的出液口上，且噴淋頭44位于導流筒12內。浸出液出液管5位于反應罐I的罐主體11的外部，且浸出液出液管5的內端口與反應罐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的內腔相通。浸出液出液管5上串聯(lián)設置有閥門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的內腔相通。廢渣排放管6上串聯(lián)設置有閥門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入廢渣儲存器中，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、測溫管72和溫度計73。測溫管72設置在罐主體11的上部筒體11-7內，且測溫管72位于導流筒12的外側，靠近罐主體11的上部筒體11-7的內壁并且位于上部筒體11-7的中下部位置；測溫管72通過電線與反應罐I外的溫控儀71相連。設定罐主體11中的溫度后，若罐主體11內的溫度高于設定范圍，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內的溫度低于設定范圍，溫控儀71控制接通電熱盤管15的電源開始加熱。溫度計73分層設置在罐主體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的上部設置4個，罐主體11的上部筒體11-7的中部設置4個，罐主體11的上部筒體11-7的下部也設置4個，每層的各個溫度計73沿著罐主體11的上部筒體11-7的外周設置，且同一層的相鄰溫度計73之間所間隔的角度相等。各溫度計73的測溫端伸入罐主體11內部,使用時與反應物料接觸。由于反應器I設有溫控系統(tǒng)7、轉速表24和空氣流量計32，因此工作時可以觀測實際浸提金屬時反應罐I內的反應情況，并進行相應的控制。(實施例2、電鍍污泥有價金屬的生物浸提方法)
電鍍污泥生物浸提反應涉及三相(也即氣相、液相和固相)間的界面反應和傳質。液相既是固體電鍍污泥顆粒的載體、又是單元反應過程的媒介，例如浸出菌的生長和繁殖、固體顆粒和浸出菌的接觸、固體顆粒的化學作用，金屬離子的釋放、空氣中氧和二氧化碳的均勻分布和傳質等。這三相的混合和相互作用，是電鍍污泥生物浸提反應的基本影響因素。見圖4，使用實施例I的反應器浸提金屬包括以下步驟
①進料向反應罐I中加入經(jīng)預處理后的電鍍污泥粉末，再將混合槽41內加熱到25 35°C的氧化亞鐵硫桿菌菌液由耐酸循環(huán)泵42打入反應罐I內，電鍍污泥粉末的濃度為20 30g/L (菌液)，菌濃度達到 104-106cell/mL。上述電鍍污泥的預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干至含水率低于30%后，過300目篩網(wǎng)篩濾去除大顆粒物和大沙粒；收集過篩的污泥，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內的菌液準備過程如下將培養(yǎng)好的高效浸出菌群(本實施例中為氧化亞鐵硫桿菌群)加入混合槽41中，再加入細菌培養(yǎng)液(本實施例中為9K培養(yǎng)液)，其中包括氮、磷、鉀、鎂和能源物質(硫酸亞鐵)，用稀硫酸調節(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。實際應用時，混合槽41內的菌液應當根據(jù)所處理的電鍍污泥中重金屬的種類進行更換，例如當污泥中的銅含量較高時，選用本實施例中的氧化亞鐵硫桿菌，對應的培養(yǎng)液選擇9K培養(yǎng)液；當污泥中的鎳含量較高時，選用氧化硫硫桿菌，對應的培養(yǎng)液選擇Waksman培養(yǎng)液；而如果污泥中銅和鎳含量都較高時，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；另外當污泥中的有機質含量較高時，更優(yōu)選的是將異養(yǎng)菌與硫桿菌一起加入，通過異養(yǎng)菌消耗污泥中的有機質碳源。②混合反應打開攪拌組件2的電機21和供氣組件3的氣泵34。攪拌電機21的轉速控制在100 120r/min，氣泵34的充氣量為10 15m3氣/ (m3反應器.h)，即I小時內反應罐I內每立方米充空氣10 m3 15m3。電鍍污泥漿液和菌液在導流筒12中由于攪拌槳葉23的攪拌作用而混合均勻，并被向下推送至導流筒12底部后外翻向上；位于導流筒12外的液體則在空氣曝氣管31所釋放的向上運動的空氣的推力作用下，從導流筒12外向上流動到導流筒12上部，隨后在攪拌槳葉23的作用下，又被吸入導流筒12中向下流動，從而在反應罐I中上下運動，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，達到良好的傳質效果。在持續(xù)的混合下進行生物降解反應，時間為3 d到6d。反應過程中由溫控儀71和溫度計73可及時了解反應罐I內的溫度，若罐內物料需要升溫，則打開反應罐I內的電熱盤管15。③靜置菌液中的菌體與電鍍污泥固體顆粒物和空氣進行生物降解反應完全后，停止曝氣和攪拌，反應罐I內混合物料靜置I 2小時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中使得相應的部分菌體一同進入混合槽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反應罐排空打開廢渣排放管6上串聯(lián)的閥門61，將反應罐I內的廢渣排放清空，廢渣經(jīng)洗滌后固化。排空后的反應罐I重復上述步驟①至步驟⑤進行下一批污泥的浸提處理從而實現(xiàn)連續(xù)浸提。上述浸提方法的機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，而亞鐵又被細菌氧化成高鐵，元素硫被細菌氧化生成硫酸，構成一個氧化一還原的循環(huán)系統(tǒng)。通過生物淋濾，污泥PH值下降到2. 0左右，這又大大促進了污泥中重金屬的溶解，其反應如下(M為重金屬)
4Fe2++02+4H+ — 4Fe3++2H20 ；
MS+2Fe3+ — M2++2Fe2++S° ；
2S°+302+2H20 — 2H2S04。以上各實施例是對本發(fā)明的具體實施方式
的說明，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人員在不脫離本發(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應的等同的技術方案，因此所有等同的技術方案均應該歸入本發(fā)明的專利保護范圍。
權利要求
1.一種連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器，其特征在于包括反應罐(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 ); 反應罐(I)包括罐主體(11)、導流筒(12)、支撐架(13)、保溫層(14)和電熱盤管(15)；罐主體(11)設有浸出液出液管接口(11-3);導流筒(12)為鉛垂設置的上下兩端均開口的圓柱形筒體，導流筒(12)通過支撐架(13)固定在罐主體(11)的內部；保溫層(14)為包覆在反應罐(I)的外周上的一層保溫材料，電熱盤管(15)設置在罐主體(11)內部，以螺旋狀固定在罐主體(11)的內壁上，且導流筒(12)被電熱盤管(15)包圍； 所述攪拌組件(2)包括電機(21)、桿軸(22)和攪拌槳葉(23)，電機(21)由其電機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(21)的電機軸沿上下向鉛垂設置，從上向下穿過罐主體(11)的頂蓋(11-6)，且電機軸的下端頭通過聯(lián)軸器(25)與桿軸(22)的上端頭固定連接在一起，桿軸(22)設置在反應罐(I)的導流筒(12)的中央，攪拌槳葉(23)固定在桿軸(22)上； 所述供氧組件(3)包括通過管道依次相連的空氣曝氣管(31)、空氣流量計(32)、閥門(33)和氣泵(34)，空氣曝氣管(31)由外向內伸入反應罐(I)的罐主體(11)內，且空氣曝氣管(31)的出氣口位于罐主體(11)內和導流筒(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)的吸入室的進液端口通過管道與混合槽(41)的菌液出口相連通，排出室的出液端口通過管道與轉接頭連接后，再與菌液管(43)的進液端相連，菌液管(43)由外向內伸入反應罐(I)的罐主體(11)內以及導流筒(12 )內，且各菌液管(43 )的出液口位于導流筒(12 )內；噴淋頭(44)連接在菌液管(43)的出液口上，并且噴淋頭(44)位于導流筒(12)內；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)的內腔相通；浸出液出液管(5)上串聯(lián)設置有閥門(51)； 所述廢渣排放管(6 )位于罐主體(11)外部，且設置在反應罐(I)的底部，并且廢渣排放管(6)與罐主體(11)的內腔相通；廢渣排放管(6)上串聯(lián)設置有閥門(61)； 所述溫控系統(tǒng)(7)包括溫控儀(71)、測溫管(72)和溫度計(73)，測溫管(72)設置在罐主體(11)內，測溫管(72)位于導流筒(12)的外側，測溫管(72)通過電線與反應罐(I)外的溫控儀(71)相連；溫度計(73)的測溫端伸入罐主體(11)內部。
2.根據(jù)權利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器，其特征在于反應罐(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)總容積的1/5 1/3 ； 罐主體(11)的上部筒體(11-7)上設有與罐主體(11)內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)的底板上設有與罐主體(11)內腔相通的廢渣排放管接口(11-4)； 空氣曝氣管接口(11-1)設置在菌液管接口(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)處由外向內伸入反應罐(I)的罐主體(11)內；菌液管接口( 11-2 )設置在反應罐(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 )由外向內伸入反應罐(I)的罐主體(11)內以及伸入導流筒(12)內；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)權利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器，其特征在于攪拌組件(2)的攪拌槳葉(23)分上下設有2 3層，每層有2片漿葉，該2層攪拌槳葉(23)均設置在導流筒(12)中。
4.根據(jù)權利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器，其特征在于空氣曝氣管(31)伸入罐主體(11)內的管端頭靠近導流筒(12)，空氣曝氣管(31)的伸入罐主體(11)的管段上設有曝氣孔(31-1);所述空氣曝氣孔(31-1)設置在空氣曝氣管(31)的伸入罐主體(11)的管段的管體的上側上，且沿與空氣曝氣管(31)的中心軸線相平行的方向設置成相互平行的兩排，并且每一排上的各個空氣曝氣孔(31-1)的軸線與經(jīng)過空氣曝氣管(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)權利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器，其特征在于供菌液組件(4)的混合槽(41)中還設有對菌液進行加熱的加熱盤管(41-1);使用時，所述加熱盤管(41-1)中通有循環(huán)熱水。
6.根據(jù)權利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器，其特征在于所述溫控系統(tǒng)(7)的溫度計(73)分層設置在罐主體(11)的上部筒體(11-7)的上部、中部和下部，每層的溫度計(73 )有2至10個，每層的各個溫度計(73 )沿著罐主體(11)的上部筒體(11-7)的外周設置，且同一層的相鄰溫度計(73)之間所間隔的角度相等。
7.根據(jù)權利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器，其特征在于攪拌組件(2)還包括轉速表(24)，轉速表(24)從上方設置在電機(21)上，用以測量桿軸(22)的轉速。
8.—種如權利要求I所述的連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器浸提金屬的方法，其特征在于包括以下步驟 ①進料向反應罐(I)中加入經(jīng)預處理后的電鍍污泥粉末，再將混合槽(41)內加熱后的菌液由耐酸循環(huán)泵(42)打入反應罐(I)內，電鍍污泥粉末的濃度為20 30g/L，菌濃度達至Ij 104-106cell/mL ； ②混合反應打開攪拌組件(2)的電機(21)和供氣組件(3)的氣泵(34)，電鍍污泥漿液和菌液在導流筒(12)中由于攪拌槳葉(23)的攪拌作用而混合均勻，并被向下推送至導流筒(12)底部后外翻向上；位于導流筒(12)外的液體則在空氣曝氣管(31)所釋放的向上運動的空氣的推力作用下，從導流筒(12)外向上流動到導流筒(12)上部，隨后在攪拌槳葉(23)的作用下，又被吸入導流筒(12)中向下流動，從而在反應罐(I)中上下運動，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，達到良好的傳質效果，在持續(xù)的混合下進行生物降解反應，時間為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行生物降解反應完全后，停止曝氣和攪拌，反應罐(I)內混合物料靜置I 2小時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反應罐排空打開廢渣排放管(6)上串聯(lián)的閥門(61)，將反應罐(I)內的廢渣排放清空，排空后的反應罐(I)重復上述步驟①至步驟⑤進行下一批污泥的浸提處理從而實現(xiàn)連續(xù)浸提。
9.根據(jù)權利要求8所述的浸提金屬的方法，其特征在于步驟①中預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)內的菌液根據(jù)所處理的電鍍污泥中重金屬的種類準備，當污泥中的銅含量較高時，選用氧化亞鐵硫桿菌；當污泥中的鎳含量較高時，選用氧化硫硫桿菌；當污泥中銅和鎳含 量都較高時，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；當污泥中的有機質含量較高時，將異養(yǎng)菌與對應的硫桿菌一起加入，通過異養(yǎng)菌消耗污泥中的有機質碳源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)浸提電鍍污泥有價金屬的反應器及其浸提方法，反應器包括反應罐、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)；反應罐包括罐主體、導流筒、支撐架、保溫層和電熱盤管，導流筒為鉛垂設置的上下兩端均開口的圓柱形筒體，導流筒通過支撐架固定在罐主體的內部；攪拌槳葉按照上下向分層固定在桿軸上，桿軸設置在導流筒內部。本發(fā)明的浸提電鍍污泥有價金屬的反應器將電鍍污泥生物浸提技術應用于工程實際中，進行生物浸出菌群對電鍍污泥的連續(xù)浸出反應，該反應器具有能耗低、攪拌柔和、氧傳質效率高、傳染效率高、操作簡單、投資低的特點。
文檔編號C22B3/18GK102719673SQ201210241048
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權日2011年11月7日
發(fā)明者周全法, 孔峰, 程潔紅, 陳嫻 申請人:江蘇技術師范學院