CN113073203B - 一种重金属污泥生物搅拌浸出系统及其方法 - Google Patents

一种重金属污泥生物搅拌浸出系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及环境保护技术领域，具体是涉及到一种重金属污泥生物搅拌浸出系统及其方法，搅拌槽Ⅰ与沉淀槽Ⅰ连接，输送反应后的污泥进入沉淀槽Ⅰ进行沉降，沉降后的上层澄清液输送至萃取槽内进行萃取，沉降后下层污泥输送至搅拌槽Ⅱ；搅拌槽Ⅱ与沉淀槽Ⅱ连接，输送反应后的污泥进入沉淀槽Ⅱ进行沉降，沉降后上层澄清液输送至搅拌槽Ⅰ，沉降后下层污泥输送至压滤机进行固液分离，滤液输送至搅拌槽Ⅱ，本发明污泥均经过两次搅拌、反应和沉降，提高污泥内重金属的萃取效果，使最后得到的滤饼解毒更彻底，压滤机产生的滤液、沉淀槽Ⅱ沉淀后的上层澄清液分别用于两个搅拌槽提供搅拌液，对污泥以及系统内部资源进行循环利用。

Description

一种重金属污泥生物搅拌浸出系统及其方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体是涉及到一种重金属污泥生物搅拌浸出系统及其方法。
背景技术
污泥中可能含有较高的重金属成分，这些重金属限制了污泥的进一步资源化和再利用，目前，对污泥中重金属的处置主要采用化学法、生物浸出及电化学法等实现污泥中重金属的回收。化学法主要通过添加药剂，改变污泥酸碱性对金属进行溶出，然后与重金属发生沉淀、络合等化学反应实现重金属的沉淀分离，但是成本高，工艺繁琐，所得沉淀分离困难，且较易产生二次污染。生物浸出是在嗜酸微生物的作用下将污泥中的重金属充分转移到液相中，固液分离后可以得到无害化的残渣，处理条件为常温常压，相比于传统的冶金提取方法是一种更加环保的处理方式。由于处理的方式不一样，生物浸出又分为生物堆浸、生物池浸和生物搅拌浸出，相对而言，生物搅拌浸出的效果更佳、浸出周期更短。然而生物搅拌浸出的输出液体由于酸度过高，pH偏低，不符合萃取原液的要求，在实际生产过程中往往需要调节pH值，确保料液符合适宜的pH值和金属离子浓度；另外，以往的生物搅拌浸出的浆液是全部进入压滤系统，虽然提高了固液分离效率，但压滤机的负荷过大，设备投资成本增加，能耗高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能耗低的重金属污泥生物搅拌浸出系统及其方法。
本发明提供一种重金属污泥生物搅拌浸出系统，包括搅拌槽Ⅰ、沉淀槽Ⅰ、搅拌槽Ⅱ、沉淀槽Ⅱ、萃取槽和压滤机；
所述搅拌槽Ⅰ上设置有污泥入口，用于输入待过滤的污泥，搅拌槽Ⅰ和搅拌槽Ⅱ上均设置有反应物输入口，用于输入反应物，所述搅拌槽和搅拌槽Ⅱ内设置有搅拌装置，用于将污泥和反应物进行搅拌；
所述搅拌槽Ⅰ与沉淀槽Ⅰ连接，输送反应后的污泥进入沉淀槽Ⅰ进行沉降，沉降后含重金属的上层澄清液输送至萃取槽内进行萃取分离金属，沉降后下层污泥输送至搅拌槽Ⅱ进行再次反应和搅拌；
所述搅拌槽Ⅱ与沉淀槽Ⅱ连接，输送反应后的污泥进入沉淀槽Ⅱ进行沉降，沉降后上层澄清液输送至搅拌槽Ⅰ为其提供搅拌液，沉降后下层污泥输送至压滤机进行固液分离，固液分离后滤液输送至搅拌槽Ⅱ为其提供搅拌液。
更进一步地，所述搅拌槽Ⅰ上反应物输入口输入的反应物为稀硫酸，反应体系控制pH值2.5-3.0。
更进一步地，所述搅拌槽Ⅱ上反应物输入口输入的反应物为稀硫酸和微生物悬液，反应体系控制pH值1.0-2.0。
更进一步地，所述沉淀槽Ⅰ与萃取槽之间设置有精密过滤器。
更进一步地，所述压滤机产生的滤饼通过输送装置输送至洗涤干燥工段。
本系统还包括管道、设置在管道上的泵和阀门，污泥、澄清液和滤液均通过管道和泵进行输送。
本发明还提供一种重金属污泥生物搅拌浸出方法，包括重金属污泥生物搅拌浸出系统，包括如下步骤：
S1、污泥通过污泥入口输送至搅拌槽Ⅰ内，反应物通过两个反应物输入口分别输入至搅拌槽Ⅰ和搅拌槽Ⅱ内；
S2、搅拌槽Ⅰ搅拌污泥和反应物，反应后的污泥输送至沉淀槽Ⅰ进行沉降，沉降后含重金属的上层澄清液输送至萃取槽内进行萃取分离金属，沉降后下层污泥输送至搅拌槽Ⅱ进行再次反应和搅拌；
S3、搅拌槽Ⅱ搅拌反应物和沉淀槽Ⅰ输入来的污泥，反应后的污泥输送至沉淀槽Ⅱ进行沉降，沉降后的上层澄清液输送至搅拌槽Ⅰ为其提供搅拌液，沉降后下层污泥输送至压滤机进行固液分离，固液分离后滤液输送至搅拌槽Ⅱ为其提供搅拌液。
本发明的有益效果是，本发明通过设置两组搅拌槽和沉淀槽，含有高浓度的重金属的澄清液通过萃取槽进行萃取，而污泥均经过两次搅拌、反应和沉降，最后通过压滤机压成滤饼，提高污泥内重金属的萃取效果，使最后得到的滤饼解毒更彻底，同时减少压滤机的压滤负荷。目前，铜工业最主要的高效萃取剂为第二代羟肟萃取剂，主要包括改质的醛肟以及醛肟与酮肟的混合物两大类，代表性的改质醛肟萃取剂有
Figure BDA0002997875450000021
M5640、
Figure BDA0002997875450000022
M5774以及
Figure BDA0002997875450000023
P5100等，代表性的醛肟-酮肟混合萃取剂包括
Figure BDA0002997875450000024
984、
Figure BDA0002997875450000025
984N、
Figure BDA0002997875450000026
984NC和
Figure BDA0002997875450000027
973N等。但这些萃取剂有一个共同特点，在选择性萃取铜过程中需要调节料液的pH值在2.5以上才具有接近100％的萃取效果，pH值小于1.5时铜的萃取率下降明显。而对于生物浸出来说，pH值超过2.0时，伴随着生物浸出的进行会出现大量的黄钾铁钒沉淀，不仅影响微生物的悬浮生长繁殖，而且会导致重金属被吸附沉淀，从而影响浸出渣的无害化。为了平衡两种不同的体系的关系，则需要控制两种不同的pH值条件，且需要一定的反应时间。在一个浸出槽内虽然可以通过投加液碱或者稀硫酸来调节，但药剂的投加不仅增加了运行成本，而且酸碱中和过程还会形成大量的硫酸钠，导致体系崩溃，限制正常生产。而通过两套搅拌浸出系统，可以实现两种条件的协同浸出。具体为：搅拌槽Ⅰ采用pH值2.5-3.0的浸出条件，浸出液利于下游的分离，而浸出渣浆再转入搅拌槽Ⅱ采用pH值1.0-2.0的浸出条件，通过生物浸出可以实现滤渣的无害化；搅拌槽Ⅱ的pH值1.0-2.0的浸出液则返回到搅拌槽Ⅰ，投加新的重金属污泥后可以中和掉过多的酸，浸出浆液pH值会上升，继续投加下一批物料和稀硫酸，控制浆液pH值为2.5-3.0，由此可得到符合萃取要求的浸出液；进一步搅拌槽Ⅰ和搅拌槽Ⅱ分别配合沉淀槽Ⅰ和沉淀槽Ⅱ，搅拌槽Ⅰ对应的沉淀槽Ⅰ上清液可直接经过简单过滤后进入到下游萃取和金属分离工艺，沉淀后下层污泥则进入搅拌槽Ⅱ；浆液经过搅拌槽Ⅱ的生物浸出处理，浆液再转入沉淀槽Ⅱ澄清，沉淀后下层污泥进入压滤机系统压滤，得到无害化滤饼；而沉淀槽Ⅱ中含有悬浮微生物的高酸料液可以直接泵入搅拌槽Ⅰ用于下一批生产；由于整个体系中上清液是不经过压滤处理的，所以通过增设的沉淀槽Ⅱ还可以让悬浮微生物持续在系统中循环，减少了微生物的接种量。可见，采用本发明的系统不仅能提高萃取槽的萃取效率，利于下游的金属分离工艺，而且压滤机产生的滤液、沉淀槽Ⅱ沉淀后的上层澄清液分别用于两个搅拌槽提供搅拌液，对污泥以及系统内部资源进行循环利用，系统整体能耗低、成本低，实现了污泥中重金属的回收和再利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
在图中，1-搅拌槽Ⅰ；2-沉淀槽Ⅰ；3-搅拌槽Ⅱ；4-沉淀槽Ⅱ；5-萃取槽；6-压滤机；7-污泥入口；8-反应物输入口；9-精密过滤器。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种重金属污泥生物搅拌浸出系统，包括搅拌槽Ⅰ1、沉淀槽Ⅰ2、搅拌槽Ⅱ3、沉淀槽Ⅱ4、萃取槽5和压滤机6；
所述搅拌槽Ⅰ1上设置有污泥入口7，用于输入待过滤的污泥，搅拌槽Ⅰ1和搅拌槽Ⅱ3上均设置有反应物输入口8，用于输入反应物，所述搅拌槽Ⅰ1和搅拌槽Ⅱ3内设置有搅拌装置，用于将污泥和反应物进行搅拌；
所述搅拌槽Ⅰ1与沉淀槽Ⅰ2连接，输送反应后的污泥进入沉淀槽Ⅰ2进行沉降，沉降后含重金属的上层澄清液输送至萃取槽5内进行萃取分离金属，沉降后下层污泥输送至搅拌槽Ⅱ3进行再次反应和搅拌；
所述搅拌槽Ⅱ3与沉淀槽Ⅱ4连接，输送反应后的污泥进入沉淀槽Ⅱ4进行沉降，沉降后上层澄清液输送至搅拌槽Ⅰ1为其提供搅拌液，沉降后下层污泥输送至压滤机6进行固液分离，固液分离后滤液输送至搅拌槽Ⅱ3为其提供搅拌液。
本发明通过设置两组搅拌槽和沉淀槽，具有重金属的澄清液通过萃取槽进行萃取，而污泥均经过两次搅拌、反应和沉降，最后通过压滤机6压成滤饼，提高污泥内重金属的萃取效果，使最后得到的滤饼解毒更彻底，同时减少压滤机6的压滤负荷，提高萃取槽的萃取效率，利于下游的工艺，压滤机6产生的滤液、沉淀槽Ⅱ4沉淀后的上层澄清液分别用于两个搅拌槽提供搅拌液，对污泥以及系统内部资源进行循环利用，降低成本，系统整体能耗低、成本低，实现了污泥中重金属的回收和再利用。
所述搅拌槽Ⅰ1上反应物输入口8输入的反应物为稀硫酸，调节浆液的pH2.5-3.0。
所述搅拌槽Ⅱ3上反应物输入口8输入的反应物为的稀硫酸或菌种，调节浆液pH值1.0-2.0。
所述沉淀槽Ⅰ2与萃取槽5之间设置有精密过滤器9，沉淀槽Ⅰ2上层含有重金属的澄清液通过精密过滤器9滤除颗粒物后进入萃取槽5。
所述压滤机6产生的滤饼通过输送装置输送至洗涤干燥工段，便于后续使用。
本发明还包括管道、设置在管道上的泵和阀门，污泥、澄清液和滤液均通过管道和泵进行输送。
本发明还提供一种重金属污泥生物搅拌浸出方法，包括重金属污泥生物搅拌浸出系统，包括如下步骤：
S1、污泥通过污泥入口7输送至搅拌槽Ⅰ1内，反应物通过两个反应物输入口8分别输入至搅拌槽Ⅰ1和搅拌槽Ⅱ3内；
S2、搅拌槽Ⅰ1搅拌污泥和反应物，反应后的污泥输送至沉淀槽Ⅰ2进行沉降，沉降后含重金属的上层澄清液输送至萃取槽5内进行萃取分离金属，沉降后下层污泥输送至搅拌槽Ⅱ3进行再次反应和搅拌；
S3、搅拌槽Ⅱ3搅拌反应物和沉淀槽Ⅰ2输入来的污泥，反应后的污泥输送至沉淀槽Ⅱ4进行沉降，沉降后的上层澄清液输送至搅拌槽Ⅰ1为其提供搅拌液，沉降后下层污泥输送至压滤机6进行固液分离，固液分离后滤液输送至搅拌槽Ⅱ3为其提供搅拌液。
具体地：搅拌槽Ⅰ采用pH值2.5-3.0的浸出条件，浸出液利于下游的分离，而浸出渣浆再转入搅拌槽Ⅱ采用pH值1.0-2.0的浸出条件，通过生物浸出可以实现滤渣的无害化；搅拌槽Ⅱ的pH值1.0-2.0的浸出液则返回到搅拌槽Ⅰ，投加新的重金属污泥后可以中和掉过多的酸，浸出浆液pH值会上升，继续投加下一批物料和稀硫酸，控制浆液pH值为2.5-3.0，由此可得到符合萃取要求的浸出液；进一步搅拌槽Ⅰ和搅拌槽Ⅱ分别配合沉淀槽Ⅰ和沉淀槽Ⅱ，搅拌槽Ⅰ对应的沉淀槽Ⅰ上清液可直接经过简单过滤后进入到下游萃取和金属分离工艺，沉淀后下层污泥则进入搅拌槽Ⅱ；浆液经过搅拌槽Ⅱ的生物浸出处理，浆液再转入沉淀槽Ⅱ澄清，沉淀后下层污泥进入压滤机系统压滤，得到无害化滤饼；而沉淀槽Ⅱ中含有悬浮微生物的高酸料液可以直接泵入搅拌槽Ⅰ用于下一批生产；由于整个体系中上清液是不经过压滤处理的，所以通过增设的沉淀槽Ⅱ还可以让悬浮微生物持续在系统中循环，减少了微生物的接种量。

Claims (5)

1.一种重金属污泥生物搅拌浸出系统，其特征是，包括搅拌槽Ⅰ(1)、沉淀槽Ⅰ(2)、搅拌槽Ⅱ(3)、沉淀槽Ⅱ(4)、萃取槽(5)和压滤机(6)；
所述搅拌槽Ⅰ(1)上设置有污泥入口(7)，用于输入待过滤的污泥，搅拌槽Ⅰ(1)和搅拌槽Ⅱ(3)上均设置有反应物输入口(8)，用于输入反应物，所述搅拌槽Ⅰ(1)和搅拌槽Ⅱ(3)内设置有搅拌装置，用于将污泥和反应物进行搅拌；
所述搅拌槽Ⅰ(1)与沉淀槽Ⅰ(2)连接，输送反应后的污泥进入沉淀槽Ⅰ(2)进行沉降，沉降后含重金属的上层澄清液输送至萃取槽(5)内进行萃取分离金属，沉降后下层污泥输送至搅拌槽Ⅱ(3)进行再次反应和搅拌；
所述搅拌槽Ⅱ(3)与沉淀槽Ⅱ(4)连接，输送反应后的污泥进入沉淀槽Ⅱ(4)进行沉降，沉降后上层澄清液输送至搅拌槽Ⅰ(1)为其提供搅拌液，沉降后下层污泥输送至压滤机(6)进行固液分离，固液分离后滤液输送至搅拌槽Ⅱ(3)为其提供搅拌液；
所述搅拌槽Ⅰ(1)上反应物输入口(8)输入的反应物为pH值2.5-3.0的溶液；
所述搅拌槽Ⅱ(3)上反应物输入口(8)输入的反应物为pH值1.0-2.0的溶液。
2.如权利要求1所述的重金属污泥生物搅拌浸出系统，其特征是，所述沉淀槽Ⅰ(2)与，萃取槽(5)之间设置有精密过滤器(9)。
3.如权利要求1所述的重金属污泥生物搅拌浸出系统，其特征是，所述压滤机(6)产生的滤饼通过输送装置输送至洗涤干燥工段。
4.如权利要求1-3任一项所述的重金属污泥生物搅拌浸出系统，其特征是，还包括管道、设置在管道上的泵和阀门，污泥、澄清液和滤液均通过管道和泵进行输送。
5.一种重金属污泥生物搅拌浸出方法，其特征是，包括如权利要求1-4任一项所述的重金属污泥生物搅拌浸出系统，包括如下步骤：
S1、污泥通过污泥入口(7)输送至搅拌槽Ⅰ(1)内，反应物通过两个反应物输入口(8)分别输入至搅拌槽Ⅰ(1)和搅拌槽Ⅱ(3)内；
S2、搅拌槽Ⅰ(1)搅拌污泥和反应物，反应后的污泥输送至沉淀槽Ⅰ(2)进行沉降，沉降后含重金属的上层澄清液输送至萃取槽(5)内进行萃取分离金属，沉降后下层污泥输送至搅拌槽Ⅱ(3)进行再次反应和搅拌；
S3、搅拌槽Ⅱ(3)搅拌反应物和沉淀槽Ⅰ(2)输入来的污泥，反应后的污泥输送至沉淀槽Ⅱ(4)进行沉降，沉降后的上层澄清液输送至搅拌槽Ⅰ(1)为其提供搅拌液，沉降后下层污泥输送至压滤机(6)进行固液分离，固液分离后滤液输送至搅拌槽Ⅱ(3)为其提供搅拌液。
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