CN207537503U - 一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，该装置包括发酵罐，菌液分离罐，混凝沉淀罐和淋滤罐，将黑曲霉孢子悬液接种于培养基并在发酵罐中发酵产酸，产生的发酵液进入菌液分离罐，分离后的淋滤液进入混凝沉淀罐中进一步去除其中的微小菌丝体及悬浮物，然后将清洁的淋滤液送入淋滤罐与赤泥粉进行酸解浸出反应及泥液分离过程，分离后的上层清液为金属离子的浸出液，下部为淋滤后的赤泥残渣。本实用新型的装置在淋滤赤泥时，菌丝球和赤泥颗粒并不接触，因此不会形成难以处理的赤泥微生物混合残渣，有利于菌丝球和赤泥残渣进一步的资源化利用；采用批次浸出模式，整个生物淋滤赤泥过程具有绿色、环保、低成本和规模化运行的优点。

Description

一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置

技术领域

本实用新型涉及金属固体废弃物的湿法冶金领域，具体涉及赤泥的生物淋滤系统。

背景技术

赤泥是氧化铝工业产出的固态或半固态粉泥状固体废弃物，其富含三价铁离子而呈现红色或红棕色。每生产1吨氧化铝会产生1.5吨左右的赤泥。截止2016年，全球赤泥堆存量超过30亿吨，并以每年1.2亿吨的速度递增。我国赤泥堆存量已超过4.0亿吨，赤泥年产量超过0.6亿吨。

由于具有盐碱性、腐蚀性、放射性等不良特性，目前绝大部分赤泥无法资源化利用，只能堆存处理。但是由于赤泥的腐蚀性、浸出毒性和放射性等不良特性，赤泥在堆存时不仅占用了大量农田土地，还会给周边区域带来严重的环境风险。因此，急需开发切实可行的资源化处理技术对赤泥进行回收利用，消减赤泥的堆存量，降低赤泥对周边环境的负面影响。

赤泥作为一种工业固废，其本身含有大量具有回收价值的金属元素，包括铝、铁、钒、钛、镓、锗、钪、钍、铀及稀土元素等，因此从资源回收利用的角度出发赤泥是一种“人工矿石”。若想回收这些金属元素，首先需将其浸出到液态介质中。迄今为止，浸出赤泥中金属元素的相关技术多采用化学酸浸法，包括采用各类单一或组合的无机酸或有机酸。化学酸浸法具有能源消耗量大、投资和运行成本高、废液废渣难处理、环境污染严重等缺陷，难以满足现今的环境标准。

生物淋滤技术是指利用特定微生物或其代谢产物的氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶性成分(如重金属、硫及其他金属)分离浸提从而便于回收的一种技术。与传统的化学酸浸法相比，生物淋滤技术具有无二次污染、能耗小、反应条件温和、建设运行成本低等优势，在湿法冶金领域有良好的发展潜力。

生物淋滤使用的传统菌种主要为自养型的氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)和氧化铁钩端螺菌(Leptospirillum ferrooxidans)。但是这些菌种并不适用于赤泥的生物淋滤，原因为：赤泥中不含硫和亚铁离子，无法给予自养菌新陈代谢所需的能源；赤泥本身极高的碱度使得这些嗜酸性菌种无法存活，如果采用无机酸对赤泥进行预酸化处理，不仅投资运行费用极高，还会产生二次污染；赤泥中的重金属等毒性元素会在酸性条件下溶出，这会抑制适应性并不强的自养型淋滤菌的代谢活性，甚至使其完全失活。因此，采用传统的自养型细菌无法对赤泥构建有效的生物淋滤系统。

异养型真菌因其环境适应性强、抗逆性好、代谢底物范围广、有机酸产量大等优点，在构建生物淋滤系统方面有较强应用潜力。但是目前采用真菌对矿物进行生物淋滤并没有系统化和规模化，技术水平大多停留在实验室摇瓶培养研究阶段。

当采用真菌对赤泥进行生物淋滤时，若真菌菌丝细胞与赤泥粉粒接触会使赤泥大量包裹于菌丝体表面，后续处理难将滤渣中的二者分开，严重影响了淋滤后赤泥及真菌细胞的回收利用。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述已有方法和技术的不足，提供一种由黑曲霉作为淋滤菌种、以批次浸出为淋滤模式、可规模化生产的赤泥生物淋滤装置。在该装置的运行模式下，赤泥粉粒与菌丝细胞完全分离，生物淋滤后赤泥滤渣和真菌菌体可回收利用，从而实现整个生物淋滤赤泥过程的绿色、环保、低成本和规模化运行。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，包括发酵罐，菌液分离罐，混凝沉淀罐和淋滤罐，其中，发酵罐底部通过第一输送管与菌液分离罐顶部连接，菌液分离罐底部呈锥形，该锥形底部内设有滤网，滤网和菌液分离罐锥形底部的侧面之间设有收集淋滤液的滤液槽，菌液分离罐与滤液槽整体为密封结构，滤液槽底部设有滤液槽淋滤液出流管和反冲洗管，滤网底部中心位置为菌丝球排出管，菌液分离罐侧壁装有侧壁淋滤液出流管，侧壁淋滤液出流管与第二输送管连接，滤液槽淋滤液出流管和第二输送管汇合为一根总淋滤液出流管接入混凝沉淀罐，或者，滤液槽淋滤液出流管和第二输送管分别接入混凝沉淀罐；

混凝沉淀罐顶部配备有加药装置，该加药装置包括储药罐和第三流量泵，混凝剂储存于储药罐内，由第三流量泵打入混凝沉淀罐，混凝沉淀罐底部设有沉渣出口；

混凝沉淀罐侧壁通过第三输送管与淋滤罐顶部连接，淋滤罐顶部设有赤泥投加管，其底部设有赤泥残渣管，侧壁设有浸出液排出管。

混凝沉淀罐和淋滤罐内部均装有搅拌装置。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其中，所述菌液分离罐锥形底部的侧面和滤网的侧面与水平面均呈30～60°角；所述滤网的滤孔尺寸为0.075～0.125mm。

前述的批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其中，所述菌丝球排出管10的管径大于2cm。

前述的批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其中，所述菌液分离罐侧壁垂直方向上设有多个不同高度的侧壁淋滤液出流管，每个侧壁淋滤液出流管分别有一个侧壁淋滤液出流管阀门控制；多个不同高度的侧壁淋滤液出流管汇总至第二输送管。

前述的批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其中，所述搅拌装置为叶片式的旋转机械搅拌器。

前述的批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其中，所述第一输送管、总淋滤液出流管、第三输送管上分别装有第一流量泵、第二流量泵、第四流量泵。

借由上述技术方案，本实用新型的优点和有益效果在于：

1.本生物淋滤系统在运作过程中，菌丝球和赤泥颗粒并没有接触，因此不会形成难以处理的赤泥微生物混合残渣，在生物淋滤后菌丝球与赤泥颗粒分别保持较完整的原有形态，有利于菌丝球和赤泥残渣进一步的资源化利用。

2.本生物淋滤系统采用批次浸出模式，具有淋滤流程短、机械设备简单、易保养维护的优点。

3.本生物淋滤系统采用批次浸出模式，即使单批次内发生严重的菌种污染现象，也不会对下一批次的生物淋滤效率产生负面影响。

4.本生物淋滤系统不存在因菌种污染而严重破坏淋滤系统的问题，淋滤液在很短时间内即与赤泥颗粒反应完毕。

附图说明

图1是本实用新型的装置图。

【元件符号说明】

1：发酵罐 2：菌液分离罐 3：混凝沉淀罐 4：淋滤罐 5：阀门

6：第一流量泵 7：侧壁淋滤液出流管 8：滤网 9：滤液槽

10：菌丝球排出管 11：反冲洗管 12：滤液槽淋滤液出流管

13：搅拌装置 14：储药罐 15：赤泥投加管 16：浸出液排出管

17：赤泥残渣管 18：第二流量泵 19：第三流量泵 20：第一输送管

21：第二输送管 22：沉渣出口 23：第四流量泵 24：总淋滤液出流管

25：第三输送管

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本实用新型包括发酵罐1，菌液分离罐2，混凝沉淀罐3和淋滤罐4，发酵罐1底部通过第一输送管20与菌液分离罐顶部连接；菌液分离罐2底部呈锥形，该锥形底部内设有滤网8，菌液分离罐锥形底部的侧面和滤网的侧面与水平面均呈30～60°角；该滤网的滤孔尺寸为0.075～0.125mm。滤网8和菌液分离罐锥形底部的侧面之间设有收集淋滤液的滤液槽9，菌液分离罐与滤液槽整体为密封结构，滤液槽9底部设有滤液槽淋滤液出流管12和反冲洗管11，滤网8底部中心位置为菌丝球排出管10，由阀门控制开闭，菌丝球排出管10的管径大于2cm，以防止菌丝球堵塞管道。

菌液分离罐2侧壁装有侧壁淋滤液出流管7，侧壁淋滤液出流管7与第二输送管21连接，滤液槽淋滤液出流管12和第二输送管21汇合为一根总淋滤液出流管24接入混凝沉淀罐3，或者，滤液槽淋滤液出流管12和第二输送管21分别接入混凝沉淀罐3；菌液分离罐侧壁垂直方向上可设置多个不同高度的侧壁淋滤液出流管，每个侧壁淋滤液出流管分别有一个阀门控制；多个不同高度的侧壁淋滤液出流管汇总至第二输送管21。

混凝沉淀罐3顶部配备有加药装置，该加药装置包括储药罐14和第三流量泵19，混凝剂储存于储药罐14内，由第三流量泵打入混凝沉淀罐，混凝沉淀罐3底部设有沉渣出口22；

混凝沉淀罐侧壁通过第三输送管25与淋滤罐4顶部连接，淋滤罐顶部设有赤泥投加管15，其底部设有赤泥残渣管17，侧壁设有浸出液排出管16。

混凝沉淀罐3和淋滤罐4内部均装有搅拌装置13，该搅拌装置13为叶片式的旋转机械搅拌器。

进一步，所述第一输送管20、总淋滤液出流管24、第三输送管25上分别装有第一流量泵6、第二流量泵18、第四流量泵23。

本实用新型所述的各个管道、出口、入口上均设置有阀门5，用以控制打开或关闭。

利用上述装置进行批次非接触式生物淋滤赤泥的方法为：

(1)在发酵罐(1)中进行培养基的灭菌及黑曲霉的发酵产酸，具体为：

将黑曲霉孢子接种于PDA平板，生长成熟的孢子采用灭菌的生理盐溶液洗脱，制成孢子悬液；

将培养基加入发酵罐中进行灭菌处理，灭菌完毕，待罐体冷却，设置发酵罐发酵参数；将黑曲霉孢子悬液接种于发酵罐中，发酵产酸进程于黑曲霉接种完毕后开始，当发酵罐中发酵液的pH低于2.2时，发酵产酸进程结束，关闭发酵罐；

(2)在菌液分离罐中进行菌丝球与淋滤液的分离，具体为：

将由发酵罐产生的含有菌丝球的黑曲霉发酵液通过第一输送管20送入菌液分离罐，发酵液在菌液分离罐中静置120～180min，菌液分层后，下层为菌丝球，上层即为淋滤赤泥用的淋滤液，打开位于菌丝球层上部的侧壁淋滤液出流管，迅速排出淋滤液，再打开滤液槽底部的滤液槽淋滤液出流管进一步排出菌液分离罐中剩余的淋滤液，侧壁淋滤液出流管和滤液槽淋滤液出流管中的林滤液均排入混凝沉淀罐，当淋滤液排出进程结束后，打开菌丝球排出管，从菌液分离罐中排出菌丝球；

当菌液分离罐运行时间长造成底部滤网堵塞、淋滤液通过效率降低时，通过反冲洗管用清水对滤网进行反冲洗，恢复其通水性能，反冲洗后的废水与滤网上冲洗掉的菌丝一起从菌丝球排出管排出系统；

(3)在混凝沉淀罐中进一步去除淋滤液中的微小菌丝体及悬浮物，具体为：

通过混凝沉淀罐上配备的加药装置加入混凝剂，开启搅拌装置，将混凝剂与淋滤液迅速混合进行混凝反应；混凝反应结束后，关闭搅拌装置，进入沉淀过程，静置30～60min后，沉淀过程结束，将上清液通过第三输送管送入淋滤罐，混凝沉淀罐底部的沉渣通过沉渣出口排入板框压滤机进一步脱水处理；

(4)在淋滤罐中使赤泥与淋滤液发生金属离子的酸解浸出反应及泥液分离过程，具体为：

淋滤液进入淋滤罐中之后，将赤泥粉通过赤泥投加管加入淋滤罐中，开启搅拌装置13，将赤泥粉与淋滤液混合均匀，酸解浸出反应进行6～10h；酸解浸出反应结束，关闭搅拌装置，系统进入泥液分离过程，静置90～120min，淋滤罐上部的上清液即为金属离子的浸出液，下部即为淋滤后的赤泥残渣；

金属离子浸出液从淋滤罐侧壁的浸出液排出管排出，收集后进一步回收贵重金属元素；赤泥残渣从淋滤罐底部的赤泥残渣管排出，因为赤泥残渣的碱度大大降低，放射性元素和重金属元素等有害离子已去除，且赤泥颗粒并没有与菌丝体接触，因此不需高温焚烧等后续处理，可直接回收利用，例如作为混凝土等建筑材料的添加剂。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用上述技术内容做出些许更动或修饰的实施例，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其特征在于包括发酵罐(1)，菌液分离罐(2)，混凝沉淀罐(3)和淋滤罐(4)，其中，发酵罐(1)底部通过第一输送管(20)与菌液分离罐(2)顶部连接，菌液分离罐(2)底部呈锥形，该锥形底部内设有滤网(8)，滤网(8)和菌液分离罐锥形底部的侧面之间设有收集淋滤液的滤液槽(9)，菌液分离罐与滤液槽整体为密封结构，滤液槽(9)底部设有滤液槽淋滤液出流管(12)和反冲洗管(11)，滤网(8)底部中心位置为菌丝球排出管(10)，菌液分离罐(2)侧壁装有侧壁淋滤液出流管(7)，侧壁淋滤液出流管(7)与第二输送管(21)连接，滤液槽淋滤液出流管(12)和第二输送管(21)汇合为一根总淋滤液出流管(24)接入混凝沉淀罐(3)，或者，滤液槽淋滤液出流管(12)和第二输送管(21)分别接入混凝沉淀罐(3)；

混凝沉淀罐(3)顶部配备有加药装置，该加药装置包括储药罐(14)和第三流量泵(19)，混凝剂储存于储药罐(14)内，由第三流量泵打入混凝沉淀罐，混凝沉淀罐(3)底部设有沉渣出口(22)；

混凝沉淀罐侧壁通过第三输送管(25)与淋滤罐(4)顶部连接，淋滤罐顶部设有赤泥投加管(15)，其底部设有赤泥残渣管(17)，侧壁设有浸出液排出管(16),混凝沉淀罐(3)和淋滤罐(4)内部均装有搅拌装置(13)。

2.如权利要求1所述的一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其特征在于所述菌液分离罐锥形底部的侧面和滤网的侧面与水平面均呈30～60°角；所述滤网的滤孔尺寸为0.075～0.125mm。

3.如权利要求1所述的一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其特征在于所述菌丝球排出管(10)管径大于2cm。

4.如权利要求1所述的一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其特征在于所述菌液分离罐侧壁垂直方向上设有多个不同高度的侧壁淋滤液出流管，每个侧壁淋滤液出流管分别有一个阀门控制；多个不同高度的侧壁淋滤液出流管汇总至第二输送管(21)。

5.如权利要求1所述的一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其特征在于所述搅拌装置(13)为叶片式的旋转机械搅拌器。

6.如权利要求1所述的一种批次非接触式生物淋滤赤泥的装置，其特征在于所述第一输送管(20)、总淋滤液出流管(24)、第三输送管(25)上分别装有第一流量泵(6)、第二流量泵(18)、第四流量泵(23)。