CN105859074A - 一种污泥重金属资源化提取系统及其提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥重金属资源化提取系统及其提取方法，培养液储存罐连着生物反应器；生物反应器连着生物淋浸液储存槽；生物淋浸液储存槽连着生物淋浸反应罐；生物淋浸反应罐连着固液分离池a，固液分离池a的底部连着固体收集池，固液分离池a的上部连着PH调节池；PH调节池连着固液分离池b，固液分离池b的底部连着固体回收池，固液分离池b的上部连着除氟过滤池，固体回收池与生物淋浸反应罐相连接，除氟过滤池连着存储罐a；存储罐a的排液口与生物反应器相连；存储罐a连着存储罐b，存储罐b的出液口连着膜蒸馏浓缩装置；膜蒸馏浓缩装置连着萃取电解装置。本发明采用生物淋滤技术，处理危险固废的同时能回收重金属，经济、环保、安全。

Description

一种污泥重金属资源化提取系统及其提取方法

技术领域：

本发明涉及污泥处理设备领域，更具体的说是涉及一种污泥重金属资源化提取系统及其提取方法。

背景技术：

黄泥是不锈钢生产过程中产生的主要污染物，其中含有铁、重金属、铬等多种重金属，填埋后可能对环境造成严重的危害，因此，对于黄泥的处理成为环境保护的一个重要问题。

目前，对污泥中重金属的去除主要采用的方法是湿法浸提。湿法浸提是利用酸溶液从固废中提取金属。湿法冶金选择性强，回收效率高，环境污染小，易于量产和自动化。但这种以高浓度强酸为工作介质的湿法浸提工艺，强酸以及氧化剂和还原剂的消耗量很大；大规模的强酸湿法浸提对于设备材质也有很高的要求，操作条件苛刻，安全风险居高。这些都限制了湿法浸提工艺的推广应用。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种污泥重金属资源化提取系统，本发明的另一目的是提供一种利用污泥重金属资源化提取系统对污泥中的重金属进行资源化提取的方法，采用生物淋浸技术，利用在微生物作用，生成H+,Fe2+,Fe3+以及其他活性物质。这些活性物质通过氧化、还原、络合、酸解等溶释危废中剧毒和有价金属，在处理危险固废的同时能够回收重金属等贵重金属，具有可观的经济效益。

本发明的技术解决措施如下：

一种污泥重金属资源化提取系统，包括培养液储存罐，培养液储存罐内装有硫磺和硫化亚铁的混合物；所述培养液储存罐的出液口连接着生物反应器，生物反应器内装有水和微生物；所述生物反应器的出液口连接着生物淋浸液储存槽，生物淋浸液储存槽内储存有生物活性酸；所述生物淋浸液储存槽的出液口连接着生物淋浸反应罐，生物淋浸反应罐内装有黄泥和生物活性酸；所述生物淋浸反应罐的出液口连接着固液分离池a，固液分离池a的底部排渣口连接着固体收集池，固液分离池a的上部排液口连接着PH调节池；所述PH调节池内装有复合碱和黄泥；所述PH调节池的出液口连接着固液分离池b，固液分离池b的底部连接着固体回收池，固液分离池b的上部连接着除氟过滤池，固体回收池与所述的生物淋浸反应罐相连接，除氟过滤池的排液口连接着存储罐a；所述存储罐a的排液口与所述的生物反应器相连接；所述存储罐a的底部通过管道连接着存储罐b；所述存储罐b的出液口连接着膜蒸馏浓缩装置；所述膜蒸馏浓缩装置的浓缩液出口连接着萃取电解装置。

作为优选，所述培养液储存罐的出液口并列连接有两组生物反应器，两组生物反应器的出液口分别连接着生物淋浸液储存槽。

作为优选，所述生物淋浸液储存槽的出液口并列连接着四组生物淋浸反应罐。

作为优选，所述膜蒸馏浓缩装置中安装有多组仅有水蒸气能透过的PTFE疏水膜。

采用污泥重金属资源化提取系统对污泥中的重金属进行资源化提取的方法，包括如下步骤：

(1)将培养液储存罐中的硫磺和硫化亚铁的混合物输送到生物反应器中，与生物反应器中水和微生物发生反应，生成PH＝1的生物活性酸。

(2)将步骤(1)中生成的生物活性酸输送到生物淋浸液储存槽中储存。

(3)将步骤(2)中的所述的生物淋浸液储存槽中的生物活性酸输送到生物淋浸反应罐中，同时往生物淋浸反应罐中加入黄泥，且黄泥和生物活性酸的固液质量比为6:100，同时对生物淋浸反应罐中混合物充分搅拌5小时将黄泥中的重金属离子淋浸出来。

(4)将步骤(3)中充分搅拌后的混合物输送入固液分离池a，在固液分离池a中进行固液分离，分离出的固体从固液分离池a底部的排渣口排入固体收集池，分离出的生物淋浸液从固液分离池a上部的排液口输送入PH调节池，生物淋浸液中含有金属离子，同时含有大量的F离子。

(5)将步骤(4)中的PH调节池中加入复合碱和6％黄泥，调节生物淋浸液的PH值，去除大量的F离子。

(6)将步骤(5)中产生的混合物输送入固液分离池b，在固液分离池b中进行固液分离，分离出的固体从固液分离池b底部的排渣口排入固体回收池，分离出的液体从固液分离池b上部的排液口输送入除氟过滤池，固体回收池将其内的混合物输送入生物淋浸反应罐中进行下次循环，除氟过滤池将除去固液分离池b的液体中少量的F离子；除F后的生物淋浸液输送入存储罐a中储存。

(7)将步骤(6)中所述的存储罐a中的除F后的生物淋浸液返输送入所述的生物反应器，进行下一次循环，同时存储罐a内进行重金属离子的富集，每循环一次，重金属离子的浓度增加0.8～1.5g/L，循环20次后，重金属离子的浓度为20～30g/L。

(8)将步骤(7)中产生的含有重金属离子浓度为20～30g/L的淋滤老化液排放到存储罐b内，存储罐b将淋滤老化液输送入膜蒸馏浓缩装置中，对淋滤老化液进行膜蒸馏浓缩，使重金属离子浓度为50～60g/L。

(9)将步骤(8)中的浓度达到50～60g/L重金属离子的浓缩液输送入萃取电解装置中，通过旋流电解将重金属进行电积，将溶液中重金属累积，获得高纯度重金属单品。

本发明的有益效果在于：

本发明的生物淋浸技术以价格低廉甚至属于废弃物为工作介质，在微生物作用下生成活性物质。通过这些活性物质的间接机制、微生物和直接机制包括氧化、还原、络合、酸解等溶释危废中剧毒和有价金属。生物浸提工艺较之以硫酸和双氧水为工作介质的化学浸提无疑更加经济、绿色、安全和环保，完全可以替代目前应用最广的化学湿法工艺。

物淋浸技术主要利用在微生物作用，微生物在适宜的条件下，能够将硫磺和黄铁矿转变为生物活性酸，生成H+，Fe2+，Fe3+以及其他活性物质，利用该生物活性酸能够高效的淋洗危险固废中的重金属，这些活性物质通过氧化、还原、络合、酸解等溶释危废中剧毒和有价金属，在处理危险固废的同时能够回收重金属等贵重金属，具有可观的经济效益。

生物淋浸液中不但含有金属离子，同时含有大量的F离子，F离子对微生物有毒害作用，从而限制了淋滤液的再生。本发明通过调节PH，添加明矾，PAC,PAM等去除F离子，除F后的生物淋浸液，重新返回生物反应器，通过微生物的作用，将其转变为生物酸，用来淋浸下一批的黄泥从而完成一个循环，实现重金属离子的富集，当重金属离子浓度达到一定程度，再将淋滤老化液进行膜蒸馏浓缩，进一步提高重金属浓度，最后通过旋流电解将重金属进行电积，不断地将溶液中重金属累积，形成重金属单品。

本发明的淋滤老化液中的废水中含有大量的盐分，无法在用反渗透继续处理，如果直接采用蒸发处理，将消耗大量的热能，处理成本高昂。本发明采用膜蒸馏浓缩，采用浸没式内交换膜蒸馏技术，是低温膜蒸馏技术的一种，是基于传统膜分离技术的革新。目前反渗透膜技术已逐渐取代传统的离子交换、电渗析除盐技术，成为纯水制造、城市、工业污废水深度回用处理的首选技术，但反渗透膜技术理论产水率只有75％，实际仅60％左右，并且能耗较高。

由于低温膜蒸馏技术是分离过程中，仅有水蒸气能透过疏水膜孔，因此所产生的水质十分纯净，高于反渗透出水水质，盐浓度以及浓差极化对膜蒸馏影响与反渗透相比微不足道，可以处理极高浓度无机盐的水溶液，甚至可以将溶液浓缩到过饱和状态。理论上膜蒸馏除盐产水率可达到100％，远高于反渗透的75％，这是现有所有除盐处理技术所不能达到的。该技术设备适用于有机化工、精细化工、石油化工、染料、制药、农药、印染、造纸等行业的多种高浓度、高盐度、毒性大、难生化降解的有机废水降解处理。

本发明的萃取电解装置中，萃取是利用物质在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使溶质物质从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的方法。在冶金行业中有着广泛的应用。通过连续多次萃取，可以实现溶液中重金属的不断纯化，为电解获得高纯度的单质重金属产品提供支持。旋流电解是一种建立在电化学基础理论之上的新颖的分离和提纯金属的方法，能够对有价金属进行选择性电解或者电积。通过高速液流消除浓差极化，保证目标金属优先析出；是封闭式操作，有毒气体可以实现完全收集，不会向环境释放。通过电解，可以获得高纯度单位重金属产品。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的系统示意图。

具体实施方式：

实施例，见附图1，一种污泥重金属资源化提取系统，包括培养液储存罐1，培养液储存罐内装有硫磺和硫化亚铁的混合物，本实施例中培养液储存罐的体积为5m³；所述培养液储存罐的出液口并列连接有两组生物反应器2，每组生物反应器的体积为60m³，生物反应器内装有水和微生物，培养液储存罐内的混合物进入生物反应器中，与生物反应器中水和微生物发生反应5小时，能够将将硫磺和黄铁矿转变为为生物活性酸，利用该活性酸能够高效的淋洗危险固废中的重金属；两组生物反应器的出液口分别连接着生物淋浸液储存槽3，生物淋浸液储存槽的体积为60m³，生物淋浸液储存槽内储存有生物活性酸；生物淋浸技术以价格低廉甚至属于废弃物硫磺和硫化亚铁等为工作介质，生物反应器内在微生物作用下生成活性物质。通过这些活性物质的间接机制、微生物和直接机制包括氧化、还原、络合、酸解等溶释危废中剧毒和有价金属。

所述生物淋浸液储存槽的出液口并列连接着四组生物淋浸反应罐4，每组生物淋浸反应罐的体积是15m³，生物淋浸反应罐内装有黄泥和生物活性酸，两者按照一定的比例混合充分搅拌5个小时能够将黄泥的重金属离子充分的淋浸出来，淋浸出来的重金属主要是金属镍；每两组生物淋浸反应罐的出液口连接着一组固液分离池a5，每组固液分离池a的底部排渣口连接着一组固体收集池6，每组固液分离池a的上部排液口并列连接着两组PH调节池7；每组固液分离池a内将充分搅拌后的固体沉积并输送到固体收集池中，将固体收集运走，每组固液分离池a内将充分搅拌后生成的生物淋浸液输送到两组PH调节池内，每组PH调节池的体积为15m³。

每组PH调节池内添加有复合碱和黄泥，复合碱为明矾、聚合氯化铝和PAM，聚合氯化铝作为助凝剂，PAM是一种非离子型高分子絮凝剂；生物淋浸液中不但含有金属离子，同时含有大量的F离子，F离子对微生物有毒害作用，从而限制了淋滤液的再生。PH调节池内加有复合碱和黄泥，通过调节PH调节池内的PH值，去除大量F离子。

所述PH调节池的出液口连接着固液分离池b8，固液分离池b的底部连接着固体回收池9，固液分离池b的上部连接着除氟过滤池10，固体回收池与所述的生物淋浸反应罐相连接，除氟过滤池的排液口连接着存储罐a11；固液分离池b中将除去大量的F离子，固液分离池b中的固体输送入固体回收池，但固体回收池中的混合物又输送入生物淋浸反应罐中，进行下一次循环，还剩余少量的F离子通过除氟过滤池去除掉，然后除F后的生物淋浸液输送入存储罐a中。

所述存储罐a的排液口与所述的生物反应器相连接，这样除F后的生物淋浸液重新返回生物反应器，通过微生物的作用将其转变为生物活性酸，进行下一次循环，同时存储罐a内进行重金属离子的富集，每循环一次，重金属离子的浓度增加，循环多次后，重金属离子的浓度达到一定的浓度后会外放出来输送入存储罐b中；所述存储罐a的底部通过管道并列连接着四组存储罐b12，存储罐b中存储淋滤老化液；每组存储罐b的出液口分别连接着膜蒸馏浓缩装置13；膜蒸馏浓缩装置中安装有多组仅有水蒸气能透过的PTFE疏水膜，膜蒸馏浓缩装置对淋滤老化液进行膜蒸馏浓缩，进一步提高重金属离子的浓度。

所述膜蒸馏浓缩装置的浓缩液出口连接着萃取电解装置14，萃取电解装置将高浓度的重金属离子溶液先进行多次萃取，可以实现溶液中重金属的不断纯化，为电解获得高纯度的单质重金属产品提供支持，然后通过旋流电解对有价金属进行选择性电解或者电积。通过高速液流消除浓差极化，保证目标金属优先析出，可以获得高纯度单位重金属产品。

采用污泥重金属资源化提取系统对污泥中的重金属进行资源化提取的方法，包括如下步骤：本实施例中，按照每天处理15吨黄泥计算。

(1)将体积是5m³培养液储存罐中的硫磺和硫化亚铁的混合物以4.5m³/h的速率同时输送到两组生物反应器中，每组生物反应器的体积为60m³，混合物与生物反应器中的水和微生物发生反应5小时，生成PH＝1的生物活性酸。

(2)将步骤(1)中生成的生物活性酸输送到体积为60m³的生物淋浸液储存槽中储存，生物淋浸液储存槽只需要一组。

(3)将步骤(2)中的所述的生物淋浸液储存槽中的生物活性酸输送到四组生物淋浸反应罐中，同时按照每天工作20h计算，需要每组生物淋浸反应罐的体积是15m³，即需要四组生物淋浸反应罐，同时往每组生物淋浸反应罐中加入黄泥，且黄泥和生物活性酸的固液质量比为6:100，对生物淋浸反应罐中混合物充分搅拌5小时将黄泥中的重金属离子淋浸出来。

(4)将步骤(3)中充分搅拌后的每两组生物淋浸反应罐中的混合物同时输送入一组固液分离池a中，本实施例中需要两组固液分离池a，在每组固液分离池a中进行半小时的固液分离，分离出的固体从每组固液分离池a底部的排渣口排入每组固体收集池中，共需要两组固体收集池，每组固体收集池中能够收集1.5吨固体，分离出的生物淋浸液从每组固液分离池a上部的排液口同时输送入两组PH调节池中，共需要四组PH调节池，生物淋浸液中含有金属离子，同时含有大量的F离子。

(5)将步骤(4)中的PH调节池中加入复合碱和6％黄泥，由于生物淋浸液中不但含有金属离子，同时含有大量的F离子，F离子对微生物有毒害作用，从而限制了淋滤液的再生，通过调节PH调节池内的PH值，去除F离子。加入的复合碱为明矾、聚合氯化铝和PAM的混合物，加入复合碱和6％黄泥来调节生物淋浸液的PH值，PH调节池内需要反应1小时，去除大量的F离子。

(6)将步骤(5)中产生的混合物输送入固液分离池b，此时是两组PH调节池中的混合物同时排入一组固液分离池b中，本实施例就需要固液分离池b两组，在每组固液分离池b中进行半小时的固液分离，分离出的固体从每组固液分离池b底部的排渣口排入一组固体回收池，需要两组固体回收池，每组固体回收池能收集1.5t的回收固体；分离出的液体从每组固液分离池b上部的排液口输送入一组除氟过滤池，本实施例就需要除氟过滤池两组，每组固体回收池将其内的混合物同时返输送入两组生物淋浸反应罐中进行下次循环，每组除氟过滤池将除去每组固液分离池b的液体中少量的F离子；两组除氟过滤池都连接着存储罐a，除F后的生物淋浸液全部输送入存储罐a中储存，存储罐a的体积为60m³。

(7)将步骤(6)中所述的存储罐a中的除F后的生物淋浸液返输送入所述的生物反应器，进行下一次循环，同时存储罐a内进行重金属离子的富集，每循环一次，镍的浓度增加1g/L，循环20次后，镍的浓度可以达到为20g/L，当镍的浓度达到20～30g/L后，为淋滤老化液，需要将淋滤老化液进行外放。

(8)将步骤(7)中产生的含有重金属离子浓度为20～30g/L的淋滤老化液同时排放到四组存储罐b内，每组存储罐b的体积为50m³，然后将每组存储罐b中的淋滤老化液以1.67m³/h的速率输送入膜蒸馏浓缩装置中，对淋滤老化液进行膜蒸馏浓缩，使镍浓度达到50～60g/L。

(9)将步骤(8)中的浓度达到50～60g/L重金属离子的浓缩液输以0.27m³/h的速率送入萃取电解装置中，通过旋流电解将重金属进行电积，将溶液中镍累积，获得高纯度镍单品。

上述实施例是对本发明进行的具体描述，只是对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术人员根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种污泥重金属资源化提取系统，其特征在于：包括培养液储存罐，培养液储存罐内装有硫磺和硫化亚铁的混合物；所述培养液储存罐的出液口连接着生物反应器，生物反应器内装有水和微生物；所述生物反应器的出液口连接着生物淋浸液储存槽，生物淋浸液储存槽内储存有生物活性酸；所述生物淋浸液储存槽的出液口连接着生物淋浸反应罐，生物淋浸反应罐内装有黄泥和生物活性酸；所述生物淋浸反应罐的出液口连接着固液分离池a，固液分离池a的底部排渣口连接着固体收集池，固液分离池a的上部排液口连接着PH调节池；所述PH调节池内装有复合碱和黄泥；所述PH调节池的出液口连接着固液分离池b，固液分离池b的底部连接着固体回收池，固液分离池b的上部连接着除氟过滤池，固体回收池与所述的生物淋浸反应罐相连接，除氟过滤池的排液口连接着存储罐a；所述存储罐a的排液口与所述的生物反应器相连接；所述存储罐a的底部通过管道连接着存储罐b；所述存储罐b的出液口连接着膜蒸馏浓缩装置；所述膜蒸馏浓缩装置的浓缩液出口连接着萃取电解装置。

2.根据权利要求1所述的一种污泥重金属资源化提取系统，其特征在于：所述培养液储存罐的出液口并列连接有两组生物反应器，两组生物反应器的出液口分别连接着生物淋浸液储存槽。

3.根据权利要求2所述的一种污泥重金属资源化提取系统，其特征在于：所述生物淋浸液储存槽的出液口并列连接着四组生物淋浸反应罐。

4.根据权利要求1所述的一种污泥重金属资源化提取系统，其特征在于：所述膜蒸馏浓缩装置中安装有多组仅有水蒸气能透过的PTFE疏水膜。

5.如权利要求1所述的采用污泥重金属资源化提取系统对污泥中的重金属进行资源化提取的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将培养液储存罐中的硫磺和硫化亚铁的混合物输送到生物反应器中，与生物反应器中水和微生物发生反应，生成PH＝1的生物活性酸；

(2)将步骤(1)中生成的生物活性酸输送到生物淋浸液储存槽中储存；

(3)将步骤(2)中的所述的生物淋浸液储存槽中的生物活性酸输送到生物淋浸反应罐中，同时往生物淋浸反应罐中加入黄泥，且黄泥和生物活性酸的固液质量比为6:100，同时对生物淋浸反应罐中混合物充分搅拌5小时将黄泥中的重金属离子淋浸出来；

(4)将步骤(3)中充分搅拌后的混合物输送入固液分离池a，在固液分离池a中进行固液分离，分离出的固体从固液分离池a底部的排渣口排入固体收集池，分离出的生物淋浸液从固液分离池a上部的排液口输送入PH调节池，生物淋浸液中含有金属离子，同时含有大量的F离子；

(5)将步骤(4)中的PH调节池中加入复合碱和6％黄泥，调节生物淋浸液的PH值，去除大量的F离子；

(6)将步骤(5)中产生的混合物输送入固液分离池b，在固液分离池b中进行固液分离，分离出的固体从固液分离池b底部的排渣口排入固体回收池，分离出的液体从固液分离池b上部的排液口输送入除氟过滤池，固体回收池将其内的混合物输送入生物淋浸反应罐中进行下次循环，除氟过滤池将除去固液分离池b的液体中少量的F离子；除F后的生物淋浸液输送入存储罐a中储存；

(7)将步骤(6)中所述的存储罐a中的除F后的生物淋浸液返输送入所述的生物反应器，进行下一次循环，同时存储罐a内进行重金属离子的富集，每循环一次，重金属离子的浓度增加0.8～1.5g/L，循环20次后，重金属离子的浓度为20～30g/L；

(8)将步骤(7)中产生的含有重金属离子浓度为20～30g/L的淋滤老化液排放到存储罐b内，存储罐b将淋滤老化液输送入膜蒸馏浓缩装置中，对淋滤老化液进行膜蒸馏浓缩，使重金属离子浓度为50～60g/L；

(9)将步骤(8)中的浓度达到50～60g/L重金属离子的浓缩液输送入萃取电解装置中，通过旋流电解将重金属进行电积，将溶液中重金属累积，获得高纯度重金属单品。