CN102719673B - 连续浸提电镀污泥有价金属的反应器及其浸提方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续浸提电镀污泥有价金属的反应器及其浸提方法，反应器包括反应罐、搅拌组件、供气组件、供菌液组件，浸出液出液管、废渣排放管和温控系统；反应罐包括罐主体、导流筒、支撑架、保温层和电热盘管，导流筒为铅垂设置的上下两端均开口的圆柱形筒体，导流筒通过支撑架固定在罐主体的内部；搅拌桨叶按照上下向分层固定在杆轴上，杆轴设置在导流筒内部。本发明的浸提电镀污泥有价金属的反应器将电镀污泥生物浸提技术应用于工程实际中，进行生物浸出菌群对电镀污泥的连续浸出反应，该反应器具有能耗低、搅拌柔和、氧传质效率高、传染效率高、操作简单、投资低的特点。

Description

连续浸提电镀污泥有价金属的反应器及其浸提方法

技术领域

本发明涉及电镀污泥资源化回收领域，具体涉及一种连续浸提电镀污泥中的有价金属的反应器及其浸提金属的方法。

背景技术

电镀、化工等行业每年产生大量含重金属的电镀废水，对这些电镀废水进行化学沉淀处理后，产生大量富含重金属的电镀污泥，对环境的污染相当严重。电镀污泥是危险废物，按照《国家危险废物名录》定义的47类危险废弃物中，电镀污泥占据了其中的7大类。其实，电镀污泥中富含大量重金属资源（重金属一般是指密度大于等于5的金属，具体是指元素周期表中原子序数在24以上的金属），如Cu、Ni、Zn、Cr、Fe等，有的甚至达到10%以上，等同于低品位矿石。金属资源是国民经济发展最重要的物质保证之一，随着经济的发展，消耗量逐渐增加，金属资源短缺与经济发展需求量增长之间矛盾越来越突出。

如果能将含金属资源的危险废物中的金属进行回收，既保护生存环境，又有助于解决目前的资源短缺问题，将产生较好的经济效益、环境效益和社会效益。要回收电镀污泥中的重金属，首先要进行浸出处理。

在浸出的诸多技术中，生物浸出技术（Bioleaching）以成本低、环境友好、反应温和、耗酸少、成本低，日益受到重视，因此应用面逐渐扩大。

中国专利文献CN 201087155Y（申请号 200720081227.9）公开了一种用于污水处理的上浮气提式生化反应器，包括反应器主体、反应器上部设有出水口、下部设有压缩空气入口；在气提式生化反应器流化床内设置缺氧区，在反应器上部中心位置设置清水池，清水池外设置上浮池，反应器循环圈上设有挡盖。工作时，为了防止氧气在没有与污水充分反应就往上串，故在反应器循环圈上设置挡盖。该反应器用于电镀污泥处理时，污泥先由上方进入反应器主体，处理完毕后的污泥还要返回上方，这要求产生上浮力的空气量充足，因此相应的能耗也较高。

中国专利文献CN 2846408Y（申请号 200520128063.1）公开了一种串联式内循环反应器，在原有传统气提式内循环反应器的基础上，在其上部设置一段气提式内循环反应器两段装置，分别命名为上气提式内循环反应器和下气提式内循环反应器。污泥在曝气室内在升流管内上升，在降流管内下降，经曝气后，上升通过三相分离器，气体从整个反应器的顶部排出，出水经溢流堰排出。由于设置上下两部分内循环反应器，因此反应器的连接较为复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提取成本低、提取效率高的浸提电镀污泥有价金属的反应器及其浸提方法。

实现本发明目的的技术方案是一种连续浸提电镀污泥有价金属的反应器，包括反应罐、搅拌组件、供气组件、供菌液组件，浸出液出液管、废渣排放管和温控系统。

反应罐包括罐主体、导流筒、支撑架、保温层和电热盘管；罐主体设有浸出液出液管接口；导流筒为铅垂设置的上下两端均开口的圆柱形筒体，导流筒通过支撑架固定在罐主体的内部；保温层为包覆在反应罐的外周上的一层保温材料，电热盘管设置在罐主体内部，以螺旋状固定在罐主体的内壁上，且导流筒被电热盘管包围。

所述搅拌组件包括电机、杆轴和搅拌桨叶，电机由其电机壳从上方固定在罐主体的顶盖的中央部位上，电机的电机轴沿上下向铅垂设置，从上向下穿过罐主体的顶盖，且电机轴的下端头通过联轴器与杆轴的上端头固定连接在一起，杆轴设置在反应罐的导流筒的中央，搅拌桨叶固定在杆轴上。

所述供氧组件包括通过管道依次相连的空气曝气管、空气流量计、阀门和气泵，空气曝气管由外向内伸入反应罐的罐主体内，且空气曝气管的出气口位于罐主体内和导流筒外。

供菌液组件包括混合槽、耐酸循环泵、菌液管和喷淋头，耐酸循环泵的吸入室的进液端口通过管道与混合槽的菌液出口相连通，排出室的出液端口通过管道与转接头连接后，再与菌液管的进液端相连，菌液管由外向内伸入反应罐的罐主体内以及导流筒内，且各菌液管的出液口位于导流筒内；喷淋头连接在菌液管的出液口上，并且喷淋头位于导流筒内。

所述浸出液出液管位于罐主体外部，且与罐主体的浸出液出液管接口密封固定连接，并且浸出液出液管与罐主体的内腔相通；浸出液出液管上串联设置有阀门。

所述废渣排放管位于罐主体外部，且设置在反应罐的底部，并且废渣排放管与罐主体的内腔相通；废渣排放管上串联设置有阀门。

所述温控系统包括温控仪、测温管和温度计，测温管设置在罐主体内，测温管位于导流筒的外侧，测温管通过电线与反应罐外的温控仪相连；温度计的测温端伸入罐主体内部。

进一步地，反应罐的罐主体由位于上方的圆柱形的上部筒体和位于下方的倒置圆台状的下部筒体连接而成，其中下部筒体的容积占罐主体总容积的1/5～1/3。

罐主体的上部筒体上设有与罐主体内腔相通的空气曝气管接口、菌液管接口和浸出液出液管接口；罐主体的顶盖上设有电镀污泥的投料口；罐主体的下部筒体的底板上设有与罐主体内腔相通的废渣排放管接口。

空气曝气管接口设置在菌液管接口的下方和浸出液出液管接口的上方，且空气曝气管从该空气曝气管接口处由外向内伸入反应罐的罐主体内；菌液管接口设置在反应罐的上部筒体的上部位置上，且菌液管从该菌液管接口由外向内伸入反应罐的罐主体内以及伸入导流筒内；浸出液出液管接口位于上部筒体的下端所在平面的上方的5cm～15cm处。

进一步地，搅拌组件的搅拌桨叶分上下设有2～3层，每层有2片浆叶，该2层搅拌桨叶均设置在导流筒中。

进一步地，空气曝气管伸入罐主体内的管端头靠近导流筒，空气曝气管的伸入罐主体的管段上设有曝气孔；所述空气曝气孔设置在空气曝气管的伸入罐主体的管段的管体的上侧上，且沿与空气曝气管的中心轴线相平行的方向设置成相互平行的两排，并且每一排上的各个空气曝气孔的轴线与经过空气曝气管的中心轴线的铅垂面之间的夹角的锐角θ为40°～50°。

进一步地，供菌液组件的混合槽中还设有对菌液进行加热的加热盘管；使用时，所述加热盘管中通有循环热水。

所述温控系统的温度计分层设置在罐主体的上部筒体的上部、中部和下部，每层的温度计有2至10个，每层的各个温度计沿着罐主体的上部筒体的外周设置，且同一层的相邻温度计之间所间隔的角度相等。

进一步地，搅拌组件还包括转速表，转速表从上方设置在电机上，用以测量杆轴的转速。

使用上述连续浸提电镀污泥有价金属的反应器浸提金属的方法，包括以下步骤：

①进料：向反应罐中加入经预处理后的电镀污泥粉末，再将混合槽内加热后的菌液由耐酸循环泵打入反应罐内，电镀污泥粉末的浓度为20～30g/L，菌浓度达到10⁴-10⁶cell/mL。

②混合反应：打开搅拌组件的电机和供气组件的气泵，电镀污泥浆液和菌液在导流筒中由于搅拌桨叶的搅拌作用而混合均匀，并被向下推送至导流筒底部后外翻向上；位于导流筒外的液体则在空气曝气管所释放的向上运动的空气的推力作用下，从导流筒外向上流动到导流筒上部，随后在搅拌桨叶的作用下，又被吸入导流筒中向下流动，从而在反应罐中上下运动，不断循环，使得电镀污泥固体颗粒物、菌体与液体和气体完全混合，电镀污泥固体颗粒物和菌体呈悬浮状，达到良好的传质效果，在持续的混合下进行生物降解反应，时间为3 d到6d。

③静置：菌液中的菌体与电镀污泥固体颗粒物和空气进行生物降解反应完全后，停止曝气和搅拌，反应罐内混合物料静置1～2小时使得颗粒物沉淀后等待处理，静置后上层为浸出液，下层为废渣。

④液体排出：打开浸出液出液管上串联的阀门，排放浸出液，从而完成电镀污泥的浸提，所得浸出液等待后续的金属回收工艺。

⑤反应罐排空：打开废渣排放管上串联的阀门，将反应罐内的废渣排放清空，排空后的反应罐重复上述步骤①至步骤⑤进行下一批污泥的浸提处理从而实现连续浸提。

上述步骤①中预处理后的电镀污泥粉末的中电镀污泥的颗粒粒径为200目～300目。

上述步骤①中，混合槽内的菌液根据所处理的电镀污泥中重金属的种类准备，当污泥中的铜含量较高时，选用氧化亚铁硫杆菌；当污泥中的镍含量较高时，选用氧化硫硫杆菌；当污泥中铜和镍含量都较高时，将上述两种硫杆菌一起加入，且两种硫杆菌的比例按照污泥中铜和镍的含量确定；当污泥中的有机质含量较高时，将异养菌与对应的硫杆菌一起加入，通过异养菌消耗污泥中的有机质碳源。

本发明具有积极的效果：

（1）本发明的浸提电镀污泥有价金属的反应器将电镀污泥生物浸提技术应用于工程实际中，进行生物浸出菌群对电镀污泥的连续浸出反应，该反应器具有能耗低、搅拌柔和、氧传质效率高、传染效率高、操作简单、投资低的特点。

（2）反应器中的空气曝气孔设置在空气曝气管的伸入罐主体的管段的管体上侧上，且沿与空气曝气管的中心轴线相平行的方向设置成相互平行的两排，并且每一排上的各个空气曝气孔的轴线与经过空气曝气管的中心轴线的铅垂面之间的夹角的锐角θ为40°～50°；空气曝气管的上述排布方式一方面可以使得从曝气孔内流出的空气直接向上运动，对空气曝气管上方的物料产生向上的推力；另一方面由于两排空气曝气孔设置在上方，因此相比现有技术中曝气孔设置在下方的曝气管来说，对于相同流量的气体，从上述空气曝气孔流出的气体向上的推力更大。

（3）本发明的浸提方法为一种在三种物相的存在下，对不同金属使用对应的浸出菌群对电镀污泥进行连续浸出反应的方法，浸提效率较高。

附图说明

图1为本发明的反应器的结构示意图；

图2为从上方往下观察时图1中空气曝气管的位于罐主体内的部分管段的放大示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为本发明的工艺流程图；

上述附图中的标记如下：

反应罐1，罐主体11，空气曝气管接口11-1，菌液管接口11-2，浸出液出液管接口11-3，废渣排放管接口11-4，投料口11-5，顶盖11-6，上部筒体11-7，下部筒体11-8，导流筒12，支撑架13，保温层14，电热盘管15；

搅拌组件2，电机21，杆轴22，搅拌桨叶23，转速表24，联轴器25；

供气组件3，空气曝气管31，曝气孔31-1，空气流量计32，阀门33，气泵34；

供菌液组件4，混合槽41，加热盘管41-1，耐酸循环泵42，菌液管43，喷淋头44；

浸出液出液管5，阀门51；

废渣排放管6，阀门61；

温控系统7，温控仪71，测温管72，温度计73。

具体实施方式

（实施例1、连续浸提电镀污泥有价金属的反应器）

见图1，本实施例的连续浸提电镀污泥有价金属的反应器包括反应罐1、搅拌组件2、供气组件3、供菌液组件4、浸出液出液管5、废渣排放管6和温控系统7。

反应罐1包括罐主体11、导流筒12、支撑架13、保温层14和电热盘管15。罐主体11主要由位于上方的圆柱形的上部筒体11-7和位于下方的倒置圆台状的下部筒体11-8连接而成，罐主体11的容积为0.2～1立方米（本实施例中为0.5立方米），罐主体11的高度为1～1.5米（本实施例中为1.2米），其中下部筒体11-8的容积占罐主体11总容积的1/5～1/3(本实施例中为1/4)。

保温层14为包覆在反应罐1的外周上的一层岩棉，且罐主体11的外周也即反应罐1的外周。电热盘管15设置在罐主体11内部，以螺旋状固定在罐主体11的上部筒体11-7的内壁上，且导流筒12被电热盘管15包围。电热盘管15用于对罐主体11内的物料进行加热，。

导流筒12为铅垂设置的上下两端均设开口的圆柱形筒体，导流筒12通过支撑架13固定设置在罐主体11的上部筒体11-7的上下向的中部。罐主体11还包括固定在上部筒体11-7的上端的顶盖11-6。导流筒12的上端面至罐主体11的顶盖11-6的距离为30cm，导流筒12的下端面至罐主体11的上部筒体11-7的下端所在平面的距离为30cm；导流筒12的内径为罐主体11的上部筒体11-7的内径的1/2。所述支撑架13的一端与导流筒12固定连接，另一端固定在罐主体11的上部筒体11-7的内壁上。

反应罐1的罐主体11在其上部筒体11-7上设有与罐主体11内腔相通的空气曝气管接口11-1、菌液管接口11-2和浸出液出液管接口11-3。反应罐1的罐主体11在其顶盖11-6上设有2～3个（本实施例中为2个）与罐主体11的内腔相通的电镀污泥的投料口11-5；反应罐1的罐主体11在其下部筒体11-8的底板上设有与罐主体11的内腔相通的废渣排放管接口11-4。

空气曝气管接口11-1设置在菌液管接口11-2的下方和浸出液出液管接口11-3的上方，空气曝气管接口11-1有2～4个（本实施例为4个），各空气曝气管接口11-1沿辐向均匀分散设置在反应罐1的罐主体11的上下向的中部或中部往上30cm以内的位置上。菌液管接口11-2有2个，设置在反应罐1的上部筒体11-7的上部位置上，2个菌液管接口11-2沿辐向设置在反应罐1的上部筒体11-7上。浸出液出液管接口11-3设置在反应罐1的罐主体11的上部筒体11-7上，且位于上部筒体11-7的下端所在平面的上方的5cm～15cm处。

所述搅拌组件2包括电机21、杆轴22、搅拌桨叶23和转速表24。电机21由其电机壳从上方固定在罐主体11的顶盖11-6的中央部位上，罐主体11的投料口11-5位于电机21的外侧。电机21的电机轴沿上下向铅垂设置，从上向下穿过罐主体11的顶盖11-6，且电机轴的下端头通过联轴器25与杆轴22的上端头固定连接在一起。杆轴22的主体设置在反应罐1的导流筒12中，且位于导流筒12的中央。搅拌桨叶23固定在杆轴22上，搅拌桨叶23分上下设有2～3层（本实施例中为2层），每层搅拌桨叶23有2片浆叶，该2层搅拌桨叶23均设置在导流筒12中。位于上层的搅拌桨叶23设在导流筒12的上下向的中部，位于下层的搅拌桨叶23设置在导流筒12的底部，距离导流筒12的下端面所在平面5cm～15cm。转速表24从上方设置在电机21上，用以测量杆轴22的转速。

所述供气组件3有4组，每组供气组件3包括通过管道依次相连的气泵34、阀门33、空气流量计32和空气曝气管31。各个供气组件3的空气曝气管31由外向内从罐主体11的相应1个空气曝气管接口11-1以密闭固定连接的方式伸入反应罐1的罐主体11内，且空气曝气管31的出气口位于罐主体11内和导流筒12外。空气曝气管31的伸入罐主体11的管段上设有曝气孔31-1，曝气孔31-1的孔径为3～5mm。空气曝气管31伸入罐主体11内的管端头靠近导流筒12。

见图2和图3，所述空气曝气孔31-1设置在空气曝气管31的伸入罐主体11的管段的管体上侧上，且沿与空气曝气管31的中心轴线相平行的方向设置成相互平行的两排，并且每一排上的各个空气曝气孔31-1的轴线与经过空气曝气管31的中心轴线的铅垂面之间的夹角的锐角θ为40°～50°（本实施例中为45°）。

上述空气曝气孔31-1在空气曝气管31上的排布方式一方面可以使得从曝气孔内流出的空气直接向上运动，对空气曝气管31上方的物料产生向上的推力；另一方面由于两排空气曝气孔31-1设置在上方，因此相比现有技术中曝气孔设置在下方的曝气管来说，对于相同流量的气体，从上述空气曝气孔31-1流出的气体向上的推力更大。

供菌液组件4包括混合槽41、耐酸循环泵42、2根菌液管43和2个喷淋头44。

混合槽41中盛放菌液，混合槽41中还设有对菌液进行加热的加热盘管41-1，所述加热盘管41-1在使用中通有循环热水，循环热水的水温为40℃～45℃。混合槽中设有测温管，测温管与温控仪相连，设定混合槽中液体的温度为25-35℃，若混合槽中液体温度高于设定范围，则温控仪断电停止加热，若混合槽中液体温度低于设定范围，温控仪接通电源，开始加热。混合槽41中盛有的菌液通过耐酸循环泵42和菌液管43输送进罐主体11内。

耐酸循环泵42的吸入室的进液端口通过管道与混合槽41的菌液出口相连通，耐酸循环泵42的排出室的出液端口通过管道与三通接头（图中未画出）连接后，再与菌液管43的进液端相连。

2根菌液管43（图中只画出1根）的每根菌液管43的进液端口均与上述三通接头的相应1个出液接口密封固定连接，每根菌液管43由外向内从罐主体11的相应1个菌液管接口11-2以密闭固定连接的方式伸入反应罐1的罐主体11内以及伸入导流筒12内，且各根菌液管43的出液口位于导流筒12内，并且各根菌液管43的位于反应罐1的罐主体11内的管段位于空气曝气管31的上方。各个喷淋头44连接在相应1根菌液管43的出液口上，且喷淋头44位于导流筒12内。

浸出液出液管5位于反应罐1的罐主体11的外部，且浸出液出液管5的内端口与反应罐1的罐主体11的浸出液出液管接口11-3密封固定连接，并且浸出液出液管5与罐主体11的内腔相通。浸出液出液管5上串联设置有阀门51。

废渣排放管6位于罐主体11外部，且与位于反应罐1的底部的废渣排放管接口11-4密封固定连接，并且废渣排放管6与罐主体11的内腔相通。废渣排放管6上串联设置有阀门61。废渣排放管6的直径大于等于100mm，从废渣排放管6的出料口放出的废渣进入废渣储存器中，废渣经脱水后由固体废弃物回收部门处理。

所述温控系统7包括温控仪71、测温管72和温度计73。测温管72设置在罐主体11的上部筒体11-7内，且测温管72位于导流筒12的外侧，靠近罐主体11的上部筒体11-7的内壁并且位于上部筒体11-7的中下部位置；测温管72通过电线与反应罐1外的温控仪71相连。设定罐主体11中的温度后，若罐主体11内的温度高于设定范围，则温控仪控制切断电热盘管15的电源停止加热，若罐主体11内的温度低于设定范围，温控仪71控制接通电热盘管15的电源开始加热。

温度计73分层设置在罐主体11的上部筒体11-7的上部、中部和下部，罐主体11的上部筒体11-7的上部设置4个，罐主体11的上部筒体11-7的中部设置4个，罐主体11的上部筒体11-7的下部也设置4个，每层的各个温度计73沿着罐主体11的上部筒体11-7的外周设置，且同一层的相邻温度计73之间所间隔的角度相等。各温度计73的测温端伸入罐主体11内部，使用时与反应物料接触。

由于反应器1设有温控系统7、转速表24和空气流量计32，因此工作时可以观测实际浸提金属时反应罐1内的反应情况，并进行相应的控制。

（实施例2、电镀污泥有价金属的生物浸提方法）

电镀污泥生物浸提反应涉及三相（也即气相、液相和固相）间的界面反应和传质。液相既是固体电镀污泥颗粒的载体、又是单元反应过程的媒介，例如浸出菌的生长和繁殖、固体颗粒和浸出菌的接触、固体颗粒的化学作用，金属离子的释放、空气中氧和二氧化碳的均匀分布和传质等。这三相的混合和相互作用，是电镀污泥生物浸提反应的基本影响因素。见图4，使用实施例1的反应器浸提金属包括以下步骤：

①进料：向反应罐1中加入经预处理后的电镀污泥粉末，再将混合槽41内加热到25～35℃的氧化亚铁硫杆菌菌液由耐酸循环泵42打入反应罐1内，电镀污泥粉末的浓度为20～30g/L（菌液），菌浓度达到10⁴-10⁶cell/mL。

上述电镀污泥的预处理是先将待处理的电镀污泥离心脱水，脱水后污泥的含水率为30%～40%；离心脱水后的污泥自然风干至含水率低于30%后，过300目筛网筛滤去除大颗粒物和大沙粒；收集过筛的污泥，将其置于烘箱中于105℃烘干至污泥恒重后，取出将污泥碾磨成粉末，预处理后的电镀污泥粉末的中电镀污泥的颗粒粒径为200目～300目。

上述混合槽41内的菌液准备过程如下：将培养好的高效浸出菌群（本实施例中为氧化亚铁硫杆菌群）加入混合槽41中，再加入细菌培养液（本实施例中为9K培养液），其中包括氮、磷、钾、镁和能源物质（硫酸亚铁），用稀硫酸调节菌液pH值为1.0～4.0。打开混合槽41中的加热盘管41-1，加热使菌液的温度为25～35℃。

实际应用时，混合槽41内的菌液应当根据所处理的电镀污泥中重金属的种类进行更换，例如当污泥中的铜含量较高时，选用本实施例中的氧化亚铁硫杆菌，对应的培养液选择9K培养液；当污泥中的镍含量较高时，选用氧化硫硫杆菌，对应的培养液选择Waksman培养液；而如果污泥中铜和镍含量都较高时，可将两种硫杆菌一起加入，且两种硫杆菌的比例按照污泥中铜和镍的含量确定；另外当污泥中的有机质含量较高时，更优选的是将异养菌与硫杆菌一起加入，通过异养菌消耗污泥中的有机质碳源。

②混合反应：打开搅拌组件2的电机21和供气组件3的气泵34。搅拌电机21的转速控制在100～120r/min，气泵34的充气量为10～15m³气/ (m³反应器.h)，即1小时内反应罐1内每立方米充空气10 m³～15m³。

电镀污泥浆液和菌液在导流筒12中由于搅拌桨叶23的搅拌作用而混合均匀，并被向下推送至导流筒12底部后外翻向上；位于导流筒12外的液体则在空气曝气管31所释放的向上运动的空气的推力作用下，从导流筒12外向上流动到导流筒12上部，随后在搅拌桨叶23的作用下，又被吸入导流筒12中向下流动，从而在反应罐1中上下运动，不断循环，使得电镀污泥固体颗粒物、菌体与液体和气体完全混合，电镀污泥固体颗粒物和菌体呈悬浮状，达到良好的传质效果。在持续的混合下进行生物降解反应，时间为3 d到6d。

反应过程中由温控仪71和温度计73可及时了解反应罐1内的温度，若罐内物料需要升温，则打开反应罐1内的电热盘管15。

③静置：菌液中的菌体与电镀污泥固体颗粒物和空气进行生物降解反应完全后，停止曝气和搅拌，反应罐1内混合物料静置1～2小时使得颗粒物沉淀后等待处理，静置后上层为浸出液，下层为废渣。

④液体排出：打开浸出液出液管5上串联的阀门51，排放浸出液，从而完成电镀污泥的浸提。将所得浸出液中的部分加入到混合槽41中使得相应的部分菌体一同进入混合槽41中，所述的加入量为混合槽41中排放前液体总重量的10%～20%，其余的浸出液继续后续的金属回收工艺。

⑤反应罐排空：打开废渣排放管6上串联的阀门61，将反应罐1内的废渣排放清空，废渣经洗涤后固化。

排空后的反应罐1重复上述步骤①至步骤⑤进行下一批污泥的浸提处理从而实现连续浸提。

上述浸提方法的机理如下：利用氧化亚铁硫杆菌的代谢产物——硫酸高铁，与金属硫化物起氧化——还原作用。硫酸高铁被还原成硫酸亚铁并生成元素硫，金属以硫酸盐形式溶解出来，而亚铁又被细菌氧化成高铁，元素硫被细菌氧化生成硫酸，构成一个氧化—还原的循环系统。通过生物淋滤，污泥pH值下降到2.0左右，这又大大促进了污泥中重金属的溶解，其反应如下（M为重金属）：

4Fe²⁺+O₂+4H⁺→4Fe³⁺+2H₂O；

MS+2Fe³⁺→M²⁺+2Fe²⁺+S⁰；

2S⁰+3O₂+2H₂O→2H₂SO₄。

 以上各实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种连续浸提电镀污泥有价金属的反应器，其特征在于：包括反应罐（1）、搅拌组件（2）、供气组件（3）、供菌液组件（4），浸出液出液管（5）、废渣排放管（6）和温控系统（7）；反应罐（1）包括罐主体（11）、导流筒（12）、支撑架（13）、保温层（14）和电热盘管（15）；罐主体（11）设有浸出液出液管接口（11-3）；导流筒（12）为铅垂设置的上下两端均开口的圆柱形筒体，导流筒（12）通过支撑架（13）固定在罐主体（11）的内部；保温层（14）为包覆在反应罐（1）的外周上的一层保温材料，电热盘管（15）设置在罐主体（11）内部，以螺旋状固定在罐主体（11）的内壁上，且导流筒（12）被电热盘管（15）包围；

所述搅拌组件（2）包括电机（21）、杆轴（22）和搅拌桨叶（23），电机（21）由其电机壳从上方固定在罐主体（11）的顶盖（11-6）的中央部位上，电机（21）的电机轴沿上下向铅垂设置，从上向下穿过罐主体（11）的顶盖（11-6），且电机轴的下端头通过联轴器（25）与杆轴（22）的上端头固定连接在一起，杆轴（22）设置在反应罐（1）的导流筒（12）的中央，搅拌桨叶（23）固定在杆轴（22）上；

所述供气组件（3）包括通过管道依次相连的空气曝气管（31）、空气流量计（32）、阀门（33）和气泵（34），空气曝气管（31）由外向内伸入反应罐（1）的罐主体（11）内，且空气曝气管（31）的出气口位于罐主体（11）内和导流筒（12）外；

供菌液组件（4）包括混合槽（41）、耐酸循环泵（42）、菌液管（43）和喷淋头（44），耐酸循环泵（42）的吸入室的进液端口通过管道与混合槽（41）的菌液出口相连通，排出室的出液端口通过管道与转接头连接后，再与菌液管（43）的进液端相连，菌液管（43）由外向内伸入反应罐（1）的罐主体（11）内以及导流筒（12）内，且各菌液管（43）的出液口位于导流筒（12）内；喷淋头（44）连接在菌液管（43）的出液口上，并且喷淋头（44）位于导流筒（12）内；

所述浸出液出液管（5）位于罐主体（11）外部，且与罐主体（11）的浸出液出液管接口（11-3）密封固定连接，并且浸出液出液管（5）与罐主体（11）的内腔相通；浸出液出液管（5）上串联设置有阀门（51）；

所述废渣排放管（6）位于罐主体（11）外部，且设置在反应罐（1）的底部，并且废渣排放管（6）与罐主体（11）的内腔相通；废渣排放管（6）上串联设置有阀门（61）；

所述温控系统（7）包括温控仪（71）、测温管（72）和温度计（73），测温管（72）设置在罐主体（11）内，测温管（72）位于导流筒（12）的外侧，测温管（72）通过电线与反应罐（1）外的温控仪（71）相连；温度计（73）的测温端伸入罐主体（11）内部。

2.根据权利要求1所述的连续浸提电镀污泥有价金属的反应器，其特征在于：反应罐（1）的罐主体（11）由位于上方的圆柱形的上部筒体（11-7）和位于下方的倒置圆台状的下部筒体（11-8）连接而成，其中下部筒体（11-8）的容积占罐主体（11）总容积的1/5～1/3；

罐主体（11）的上部筒体（11-7）上设有与罐主体（11）内腔相通的空气曝气管接口（11-1）、菌液管接口（11-2）和浸出液出液管接口（11-3）；罐主体（11）的顶盖（11-6）上设有电镀污泥的投料口（11-5）；罐主体（11）的下部筒体（11-8）的底板上设有与罐主体（11）内腔相通的废渣排放管接口（11-4）；

空气曝气管接口（11-1）设置在菌液管接口（11-2）的下方和浸出液出液管接口（11-3）的上方，且空气曝气管（31）从该空气曝气管接口（11-1）处由外向内伸入反应罐（1）的罐主体（11）内；菌液管接口（11-2）设置在反应罐（1）的上部筒体（11-7）的上部位置上，且菌液管（43）从该菌液管接口（11-2）由外向内伸入反应罐（1）的罐主体（11）内以及伸入导流筒（12）内；浸出液出液管接口（11-3）位于上部筒体（11-7）的下端所在平面的上方的5cm～15cm处。

3.根据权利要求1所述的连续浸提电镀污泥有价金属的反应器，其特征在于：搅拌组件（2）的搅拌桨叶（23）分上下设有2层，每层有2片浆叶，该2层搅拌桨叶（23）均设置在导流筒（12）中。

4.根据权利要求1所述的连续浸提电镀污泥有价金属的反应器，其特征在于：空气曝气管（31）伸入罐主体（11）内的管端头靠近导流筒（12），空气曝气管（31）的伸入罐主体（11）的管段上设有曝气孔（31-1）；所述空气曝气孔（31-1）设置在空气曝气管（31）的伸入罐主体（11）的管段的管体的上侧上，且沿与空气曝气管（31）的中心轴线相平行的方向设置成相互平行的两排，并且每一排上的各个空气曝气孔（31-1）的轴线与经过空气曝气管（31）的中心轴线的铅垂面之间的夹角的锐角θ为40°～50°。

5.根据权利要求1所述的连续浸提电镀污泥有价金属的反应器，其特征在于：供菌液组件（4）的混合槽（41）中还设有对菌液进行加热的加热盘管（41-1）；使用时，所述加热盘管（41-1）中通有循环热水。

6.根据权利要求1所述的连续浸提电镀污泥有价金属的反应器，其特征在于：所述温控系统（7）的温度计（73）分层设置在罐主体（11）的上部筒体（11-7）的上部、中部和下部，每层的温度计（73）有2至10个，每层的各个温度计（73）沿着罐主体（11）的上部筒体（11-7）的外周设置，且同一层的相邻温度计（73）之间所间隔的角度相等。

7.根据权利要求1所述的连续浸提电镀污泥有价金属的反应器，其特征在于：搅拌组件（2）还包括转速表（24），转速表（24）从上方设置在电机（21）上，用以测量杆轴（22）的转速。

8.一种如权利要求1所述的连续浸提电镀污泥有价金属的反应器浸提金属的方法，其特征在于包括以下步骤：

①进料：向反应罐（1）中加入经预处理后的电镀污泥粉末，再将混合槽（41）内加热后的菌液由耐酸循环泵（42）打入反应罐（1）内，电镀污泥粉末的浓度为20～30g/L，菌浓度达到10⁴-10⁶cell/mL；

②混合反应：打开搅拌组件（2）的电机（21）和供气组件（3）的气泵（34），电镀污泥粉末和菌液在导流筒(12)中由于搅拌桨叶(23)的搅拌作用而混合均匀，并被向下推送至导流筒(12)底部后外翻向上；位于导流筒(12)外的液体则在空气曝气管(31)所释放的向上运动的空气的推力作用下，从导流筒（12）外向上流动到导流筒(12)上部，随后在搅拌桨叶(23)的作用下，又被吸入导流筒(12)中向下流动，从而在反应罐（1）中上下运动，不断循环，使得电镀污泥固体颗粒物、菌体与液体和气体完全混合，电镀污泥固体颗粒物和菌体呈悬浮状，达到良好的传质效果，在持续的混合下进行生物降解反应，时间为3d到6d；

③静置：菌液中的菌体与电镀污泥固体颗粒物和空气进行生物降解反应完全后，停止曝气和搅拌，反应罐（1）内混合物料静置1～2小时使得颗粒物沉淀后等待处理，静置后上层为浸出液，下层为废渣；

④液体排出：打开浸出液出液管（5）上串联的阀门（51），排放浸出液，从而完成电镀污泥的浸提，所得浸出液等待后续的金属回收工艺；

⑤反应罐排空：打开废渣排放管（6）上串联的阀门（61），将反应罐（1）内的废渣排放清空，排空后的反应罐（1）重复上述步骤①至步骤⑤进行下一批污泥的浸提处理从而实现连续浸提。

9.根据权利要求8所述的浸提金属的方法，其特征在于：步骤①中预处理后的电镀污泥粉末中的电镀污泥的颗粒粒径为200目～300目。

10.根据权利要求8所述的浸提金属的方法，其特征在于：步骤①中，混合槽（41）内的菌液根据所处理的电镀污泥中重金属的种类准备，当污泥中的铜含量较高时，选用氧化亚铁硫杆菌；当污泥中的镍含量较高时，选用氧化硫硫杆菌；当污泥中铜和镍含量都较高时，将上述两种硫杆菌一起加入，且两种硫杆菌的比例按照污泥中铜和镍的含量确定；当污泥中的有机质含量较高时，将异养菌与对应的硫杆菌一起加入，通过异养菌消耗污泥中的有机质碳源。

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