CN109534868A - 基于发酵法处理多种重金属的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于发酵法处理多种重金属的装置及方法。包括有上部的发酵反应桶和下部的沉淀反应桶，其中所述的发酵反应桶顶部设置有植物进料口和第一电机，第一电机驱动竖直设置在发酵反应桶内的第一转轴转动，第一转轴上部分设置有布液管，下端设置有翻耙；所述的布液管包括有水平的导管，导管下表面等距离设置有若干个喷管与导管相连通；所述的翻耙底部设置有筛板用于过滤，筛板上方的发酵反应桶壁上开设有固体出料口；所述的沉淀反应桶顶部设置有沉淀剂进料口和第二电机；以及采用此装置进行的处理方法。本发明成本低廉，易操作，环境影响小，同时其固体有机质可转化为有机肥，既去除了重金属又充分利用了有机质，起到了绿色环保的作用。

Description

基于发酵法处理多种重金属的装置及方法
技术领域
本发明涉及富含重金属土壤的修复和生物质发酵及堆肥技术领域，特别涉及到一种基于发酵法处理多种重金属的装置及方法。
背景技术
植物修复与传统物理和化学技术修复土壤相比，成本低廉，对环境干扰小，操作简便，绿色环保。其中，植物提取修复技术即利用植物提取环境中的污染物并将其富集在可收割部位，被认为是最为有效的植物修复策略之一。但由于植物提取修复环境重金属污染会产生大量的重金属富集植物生物质，如果处理不当会造成大量重金属元素被释放从而造成环境的二次污染。作为植物提取修复的重要组成部分，重金属富集植物生物质的处置被认为是制约植物修复商业化应用的重要因素之一。近年来，基于无害化、减量化和资源化原则，众多研究者开展有关重金属富集植物生物质（HMEPB）处置技术的研究，取得了一系列重要研究成果。但对于这些处置技术的选择问题，学术界还存在一定争议。如何科学和合理的处置收获的重金属富集植物生物质是植物修复研究亟需解决的重要科学问题。
传统的重金属富集植物生物质处置技术大多借鉴于城市固体废弃物的处置技术，如压缩填埋法、燃烧法和高温分解法等，因此，最初目的主要是进行减量化和无害化处置。随着近年来多种处置技术的发展，特别是高温分解法和焚烧法的改进，众多的研究者已经将研究重点转移到资源化利用上，而不仅仅是将重金属富集植物生物质作为废弃物处置。并且，越来越多的研究开始重视重金属富集植物生物质的资源化利用，一些新兴的资源化处置技术（如植物冶金法、热液改质法和超临界水处理技术等）相继开展并取得了一些有价值的研究成果，表现出了良好的商业应用前景。于是结合重金属富集植物生物质处理技术的研究现状，考虑将多种技术联用，开发资源化利用的新处置技术，解决原有技术中可能会引起环境二次污染的风险问题，以及获得更多的经济收益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单，成本低廉，绿色环保，易操作，环境影响小，利用植物发酵的作用自动释放重金属污染物，快捷有效，省时省力，同时其固体有机质可转化为有机肥，其淋洗剂可转化为高钙有机喷施肥，既去除了重金属又充分利用了有机质，起到了绿色环保的作用，也并未产生二次污染的基于发酵法处理多种重金属的装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于发酵法处理多种重金属的装置，其特征在于，包括有上部的发酵反应桶和下部的沉淀反应桶，两者之间通过管路连接，其中所述的发酵反应桶顶部设置有植物进料口和第一电机，第一电机驱动竖直设置在发酵反应桶内的第一转轴转动，第一转轴上部分设置有布液管，下端设置有翻耙；所述的布液管包括有水平的导管，导管下表面等距离设置有若干个喷管与导管相连通，同时导管通过发酵反应桶壁上开设的木醋进料口与外部连通；所述的翻耙底部设置有筛板用于过滤，筛板上方的发酵反应桶壁上开设有固体出料口；所述的沉淀反应桶顶部设置有沉淀剂进料口和第二电机，第二电机驱动竖直设置在沉淀反应桶内的第二转轴转动，第二转轴的底端设置有搅拌桨。
在上述方案中，所述的布液管包括有若干个水平的导管，导管以第一转轴为中心呈放射状分布，且每一个导管均连通一个木醋进料口。
在上述方案中，所述的沉淀反应桶的侧壁上设置有高钙喷施肥出口，并通过阀门控制开关。
在上述方案中，所述的沉淀反应桶底部设置有沉淀物出料口，沉淀反应桶与发酵反应桶连接的管路上设置有球阀。
基于发酵法处理多种重金属的方法，其特征在于，包括有如下步骤：
超累积植物富集土壤里的重金属后，收割，按照干燥剂：植物=1：50-1：100的比例投放，使植物中含水率处于50%-70%，从入料口进入发酵反应桶后启动电机打碎备用；
通过布液管和喷管向发酵反应桶内植物渣喷施有机木醋酸，有机木醋酸浓度为0.4%-1.0%，按有机木醋酸：植物=3:1-5:1的比例，分三次喷洒，然后启动电机，开始翻抛，植物发酵会破坏本身的木质素，释放被富集在植物体内的重金属；
待植物完全释放重金属后用有机酸淋洗下重金属然后打开过滤装置筛孔的阀门，使带有重金属的有机酸液体通过管路流入沉淀反应桶中进行下一步的沉降处理，而被有机酸淋洗过的植物渣则通过加入生石灰调节ph后，继续发酵为有机肥；
有机酸液体流入沉淀反应桶后，通过沉淀剂进料口加入金属助沉剂，金属助沉剂为稀释40倍的DTCR，反应20分钟至沉淀不再生成为止，使有机酸液体中的重金属沉降下来，从沉淀物出料口被收集，而滤去了污染物重金属的有机酸液体的废液中加入CaO调节ph值，CaO：废液=1：10，调节ph值为7-7.5后可作为高钙有机喷施肥。
在上述方案中，发酵反应桶中打碎的物料在外温36℃及以上温度下静置发酵7-10天，冬季发酵10-14天，且进行外部加温，每日翻抛一次使发酵更充分。
在上述方案中，所述带有重金属的有机酸液体的ph值范围为4-6。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
植物富集法成本低廉，绿色环保，易操作，环境影响小。装置设计简单明了，利用植物发酵的作用自动释放重金属污染物，快捷有效，省时省力。
本发明将植物发酵后用廉价的有机酸淋洗，金属离子浓缩沉淀，可直接实现金属减容固化，同时其固体有机质可转化为有机肥，其淋洗剂可转化为高钙有机喷施肥，既去除了重金属又充分利用了有机质，起到了绿色环保的作用，也并未产生二次污染。
附图说明
图1是本发明装置实施例的结构图；
图2是本发明装置实施例的布液管结构图；
图3是本发明方法实施例的流程图；
图中：1发酵反应桶，2沉淀反应桶，3植物进料口，4第一电机，5第一转轴，6布液管，7翻耙，8导管，9喷管，10木醋进料口，11筛板，12固体出料口，13沉淀剂进料口，14第二电机，15第二转轴，16搅拌桨，17高钙喷施肥出口，18沉淀物出料口，19球阀。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易清楚地被理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1图2图3所示基于发酵法处理多种重金属的装置，包括有上部的发酵反应桶1和下部的沉淀反应桶2，两者之间通过管路连接，其中所述的发酵反应桶1顶部设置有植物进料口3和第一电机4，第一电机4驱动竖直设置在发酵反应桶1内的第一转轴5转动，第一转轴5上部分设置有布液管6，下端设置有翻耙7；所述的布液管6包括有水平的导管8，导管8下表面等距离设置有若干个喷管9与导管8相连通，同时导管8通过发酵反应桶1壁上开设的木醋进料口10与外部连通；所述的翻耙7底部设置有筛板11用于过滤，筛板11上方的发酵反应桶1壁上开设有固体出料口12；所述的沉淀反应桶2顶部设置有沉淀剂进料口13和第二电机14，第二电机14驱动竖直设置在沉淀反应桶2内的第二转轴15转动，第二转轴15的底端设置有搅拌桨16。
在本实施例中，所述的布液管6包括有若干个水平的导管8，导管8以第一转轴5为中心呈放射状分布，且每一个导管8均连通一个木醋进料口10。所述的沉淀反应桶2的侧壁上设置有高钙喷施肥出口17，并通过阀门控制开关。所述的沉淀反应桶2底部设置有沉淀物出料口18，沉淀反应桶2与发酵反应桶1连接的管路上设置有球阀19。
实施例一
基于发酵法处理多种重金属的方法，反应流程为富集了土壤重金属污染物的植物收割后添加干燥剂氯化钙，按照干燥剂：植物=1：50的比例投放，使含水率处于50%后转入发酵反应桶使植物中启动电机用转速2100r/min打碎，在外温36℃及以上温度下静置发酵7-10天，冬季发酵10-14天，且进行外部加温，每日翻抛一次使发酵更充分。而后通过上方喷洒装置喷洒廉价优良的有机木醋酸（使用0.4%-1.0%）按有机木醋酸：植物=3:1的比例，分三次喷洒，待到淋洗完成后，打开装置过滤阀门使含有重金属离子的酸液流入沉淀反应桶中，使滤液的ph范围为4-6，在含有金属离子的滤液中加入金属助沉剂DTCR（使用原液稀释40倍）反应20分钟至沉淀不再生成为止，使溶液中金属离子沉淀分离。最后分离完金属沉淀的废液可加入CaO,CaO：废液=1：10调节ph7-7.5后可作为高钙有机喷施肥，而发酵酸淋洗过后的植物残渣亦可同样调节ph后作为有机肥，达到绿色环保经济循环的目的。
采用此实施例方法，通过检测得出最后液中重金属离子的去除率达到了98.7%。
实施例二
与实施例一不同之处在于，富集了土壤重金属污染物的植物收割后添加干燥剂氯化钙，按照干燥剂：植物=1：100的比例投放，使含水率处于70%后转入发酵反应桶使植物中启动电机用转速2100r/min打碎。
采用此实施例方法，通过检测得出最后液中重金属离子的去除率达到了96.2%。
喷洒装置喷洒廉价优良的有机木醋酸，按照有机木醋酸：植物=5:1的比例，分三次喷洒。
实施例三
与实施例一不同之处在于，富集了土壤重金属污染物的植物收割后添加干燥剂氯化钙，按照干燥剂：植物=1：70的比例投放，使含水率处于60%后转入发酵反应桶使植物中启动电机用转速2100r/min打碎。
喷洒装置喷洒廉价优良的有机木醋酸，按照有机木醋酸：植物=4:1的比例，分三次喷洒。
采用此实施例方法，通过检测得出最后液中重金属离子的去除率达到了97.4%。
本发明实施例设计了一种新型工艺流程和装置，该发明实现了直接处理植物富集土壤中重金属污染的问题，且附带了利用植物残渣做生物质堆肥的过程，而后反应溶液亦可经处理作为土壤喷施肥，如此一来可在直接处理植物重金属的过程中有效解决污染且不产生二次污染，绿色环保。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于发酵法处理多种重金属的装置，其特征在于，包括有上部的发酵反应桶和下部的沉淀反应桶，两者之间通过管路连接，其中所述的发酵反应桶顶部设置有植物进料口和第一电机，第一电机驱动竖直设置在发酵反应桶内的第一转轴转动，第一转轴上部分设置有布液管，下端设置有翻耙；所述的布液管包括有水平的导管，导管下表面等距离设置有若干个喷管与导管相连通，同时导管通过发酵反应桶壁上开设的木醋进料口与外部连通；所述的翻耙底部设置有筛板用于过滤，筛板上方的发酵反应桶壁上开设有固体出料口；所述的沉淀反应桶顶部设置有沉淀剂进料口和第二电机，第二电机驱动竖直设置在沉淀反应桶内的第二转轴转动，第二转轴的底端设置有搅拌桨。
2.如权利要求1所述的基于发酵法处理多种重金属的装置，其特征在于，所述的布液管包括有若干个水平的导管，导管以第一转轴为中心呈放射状分布，且每一个导管均连通一个木醋进料口。
3.如权利要求1所述的基于发酵法处理多种重金属的装置，其特征在于，所述的沉淀反应桶的侧壁上设置有高钙喷施肥出口，并通过阀门控制开关。
4.如权利要求1所述的基于发酵法处理多种重金属的装置，其特征在于，所述的沉淀反应桶底部设置有沉淀物出料口，沉淀反应桶与发酵反应桶连接的管路上设置有球阀。
5.基于发酵法处理多种重金属的方法，其特征在于，包括有如下步骤：
超累积植物富集土壤里的重金属后，收割，按照干燥剂：植物=1：50-1：100的比例投放，使植物中含水率处于50%-70%，从入料口进入发酵反应桶后启动电机打碎备用；
通过布液管和喷管向发酵反应桶内植物渣喷施有机木醋酸，有机木醋酸浓度为0.4%-1.0%，按有机木醋酸：植物=3:1-5:1的比例，分三次喷洒，然后启动电机，开始翻抛，植物发酵会破坏本身的木质素，释放被富集在植物体内的重金属；
待植物完全释放重金属后用有机酸淋洗下重金属然后打开过滤装置筛孔的阀门，使带有重金属的有机酸液体通过管路流入沉淀反应桶中进行下一步的沉降处理，而被有机酸淋洗过的植物渣则通过加入生石灰调节ph后，继续发酵为有机肥；
有机酸液体流入沉淀反应桶后，通过沉淀剂进料口加入金属助沉剂，金属助沉剂为稀释40倍的DTCR，反应20分钟至沉淀不再生成为止，使有机酸液体中的重金属沉降下来，从沉淀物出料口被收集，而滤去了污染物重金属的有机酸液体的废液中加入CaO调节ph值，CaO：废液=1：10，调节ph值为7-7.5后可作为高钙有机喷施肥。
6.如权利要求5所述的基于发酵法处理多种重金属的方法，其特征在于，发酵反应桶中打碎的物料在外温36℃及以上温度下静置发酵7-10天，冬季发酵10-14天，且进行外部加温，每日翻抛一次使发酵更充分。
7.如权利要求5所述的基于发酵法处理多种重金属的方法，其特征在于，所述带有重金属的有机酸液体的ph值范围为4-6。
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