CN2813632Y - 空气提升式生物淋滤反应器 - Google Patents
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Abstract
一种空气提升式生物淋滤反应器，由反应塔和热水循环加热装置构成。在反应塔内，安装反冲管、曝气器、空气提升管、伞形导流罩和水循环管道；热水循环加热装置由水箱、循环泵、水循环管道、温度控制系统等组成。本实用新型可应用于污泥中重金属的生物淋滤，淋滤过程中在曝气充氧时，充分发挥和利用曝气器曝气时气泡上升所具有的提升作用，在充氧的同时完成物料的均匀混合过程。本实用新型构件不多，结构紧凑且不复杂，操作中故障较少，运行管理方便，而且生物淋滤过程中反应温和，运行稳定，是一种高效、低能耗的处理含重金属污泥的空气提升式生物淋滤反应器。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及一种采用微生物方法浸提污泥中重金属的反应器，适用于市政污泥和工业污泥中重金属的脱除，例如制革企业污水处理厂产生的制革污泥及电镀企业污水处理厂产生的电镀污泥中重金属的脱除处理等。
背景技术
利用微生物主要是嗜酸性硫杆菌的作用将污泥中重金属去除的生物脱毒技术(也称“生物淋(沥)滤技术”或“生物浸提技术”)，其基本原理是，在添加能源物质和通(曝)气充氧的条件下，利用硫杆菌等的生物氧化作用及其产生的低pH环境，使污泥中以难溶性形态存在的重金属溶解出来进入液相，再通过固液分离而达到去除的目的。本课题组曾从城市污泥和制革污泥中分离出两株高效的硫杆菌菌株(氧化亚铁硫杆菌LX5和氧化硫硫杆菌TS6)，并发现利用该菌可有效脱除污泥中重金属。并于2004年6月和10月先后获得了2个国家发明专利(ZL02112924.X；ZL02137921.1)。与用化学酸(H2SO4、HNO3、HCl)浸提相比，采用生物淋滤法脱除污泥中重金属，因具有反应温和、成本低廉、无二次污染且环境安全等优点而备受人们的重视。然而有关污泥中重金属生物脱除的研究及其相关专利，仅是报道了其方法，所得到的结果大都是通过摇瓶的方式获得的，其研究结果无法在工程上获得应用。为此，2004年4月30日，本课题组首次申请了“一种污泥中重金属生物淋滤脱除工艺及设备”专利，发现以搅拌式反应釜(STR)为主要核心部件的生物淋滤反应器可成功完成污泥中重金属的生物淋滤过程。但是以机械搅拌的方式混匀物料(污泥)时所需要的能耗较高。生物淋滤技术处理污泥进行工程化应用的关键在于，设计制造出一种低能耗的、处理效率高的反应器，能够大规模地处理污泥，将污泥中的重金属溶解出来，完成污泥的生物淋滤过程，这是微生物法脱除污泥中重金属的关键过程。正是在上述背景下，发明了实用新型的空气提升式生物淋滤反应器。
发明内容
为了将生物淋滤技术有效地应用于工程实际中，克服搅拌釜式反应器能耗较高的不足之处，并将反应器的处理规模放大，本实用新型提供一种浸提污泥中重金属的空气提升式生物淋滤反应器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：空气提升式生物淋滤反应器由反应塔和热水循环加热装置构成。在反应塔内，自下而上安装反冲管、曝气器、空气提升管和伞形导流罩；反应塔的外形为圆柱形，下端为圆锥形；空气提升管与反应塔同轴地安装在反应塔中心位置(见图1)，空气提升管下端为喇叭口状，在其最上端出口处设置伞形导流罩；曝气器安装在反应塔底部，且与空气提升管正下方相距0mm～100mm。采用本实用新型进行污泥中重金属的生物淋滤时，将原始污泥泵送到反应塔中，投加以硫杆菌为主体的复合菌株，并补充微生物能源物质。当使用曝气器进行曝气充氧时，曝气器释放出来的微孔气泡全部进入到空气提升管内，这样空气提升管内的气泡携带着污泥上升，经伞形导流罩整流后，污泥均匀分散到反应塔的各个方向并自然下降；同时空气提升管外的污泥从其下端喇叭口处补充进来，使污泥在反应塔中不断地经过上升、下降又上升，即进行内循环而达到均匀混合，同时完成污泥的充氧过程。这样，微生物就在好氧和充分混合的条件下进行污泥中重金属的淋滤。
在反应塔内的底部，安装了环形反冲管，为一根穿孔管，斜向下45°开多个φ10～20的气孔并沿环形反冲管周向均匀分布，使得这些气孔排出的气流斜向下汇集到一起，且反冲管所在平面位置低于曝气器所在平面位置0.1m～0.2m，如图1和图2所示。进气管通过气阀分别与反冲管和曝气器相连。在采用本实用新型进行污泥中重金属的生物淋滤过程刚启动时，可以同时使用曝气器和反冲管，加快启动进程；而在正常运行过程中，可以定时地或不定期地打开气阀，用反冲管冲开反应塔底部可能存在的沉积污泥。运行过程中，当温度低于工艺要求值时，启动热水循环加热装置。热水循环加热装置由水箱、循环泵、水循环管道、温度控制系统组成，水循环管道安装在反应塔内的下部位置，且位于空气提升管外壁和反应塔内壁之间，并通过管道将水箱、循环泵和水循环管道连接成一个循环整体；在水箱和反应塔中分别设置温度探头并与温控仪相连；水箱中还设置了加热器。水箱里的水加热后，由循环泵抽出，流经水循环管道再回到水箱里。温度控制系统把温度探头的检测信号反馈给温控仪，并按照设定的水箱中水的温度和反应塔中物料的温度，分别控制加热器和循环泵的自动开停，保证水箱内水的温度和反应塔内物料的温度稳定在设定值，使生物淋滤过程能够在设定的温度下进行。为了有效地发挥空气曝气充氧能力和混合效果，反应塔的高径比以4∶1～10∶1为宜，反应塔与空气提升管的直径之比以2∶1～5∶1为宜，同时空气提升管下端距反应塔底0.5m～1.0m，空气提升管上端距反应塔上部沿口1m～2m。当反应塔内部发生故障时，为了便于检修，在其底部设置了放空阀，并在其下部位置的侧壁上设置了检修人孔。
本实用新型的有益效果是：采用本实用新型进行污泥中重金属的生物淋滤过程中，利用曝气器曝气充氧时气泡上升所具有的空气提升作用，使微生物在好氧和均匀混合的条件下进行淋滤作用，污泥pH值下降，污泥中的重金属被溶解出来，从而完成污泥中重金属的生物淋滤过程，即使在寒冷的季节里也能够正常运行，免除了因使用机械搅拌匀质所需要的能耗。本实用新型具有结构紧凑、占地较少、操作方便、运行稳定、能耗低的优点。
附图说明
图1是生物淋滤反应器示意图。
图2是反冲管结构示意图。
图1中，1.反应塔，2.伞形导流罩，3.空气提升管，4.温控仪，5、6.温度探头，7.加热器，8.水箱，9.循环泵，10.水循环管道，11.检修人孔，12.曝气器，13.反冲管，14.气阀，15.进气管，16.放空阀。
具体实施方式
在图1所示的实施例中，空气提升式生物淋滤反应器由反应塔(1)和热水循环加热装置构成，在反应塔(1)内，自下而上安装反冲管(13)、曝气器(12)、空气提升管(3)和伞形导流罩(2)；反应塔(1)的外形为圆柱形，下端为圆锥形；空气提升管(3)与反应塔(1)同轴地安装在反应塔(1)的中心位置(见图1)，空气提升管(3)的下端为喇叭口状，在其最上端出口处设置伞形导流罩(2)；曝气器(12)安装在反应塔(1)的底部，且与空气提升管(3)正下方相距0mm～100mm。运行时，将原始污泥泵送到反应塔(1)里，投加以硫杆菌为主体的复合微生物菌剂，并补充微生物能源物质，空气压缩机产生的高压空气经进气管(15)输送到曝气器(12)后，以大量气泡的形式释放出来，并全部进入空气提升管(3)中，使得空气提升管(3)内污泥的密度小于空气提升管(3)外污泥的密度。空气提升管(3)中的气泡携带着污泥上升，经伞形导流罩(2)整流后，污泥均匀分散到反应塔(1)的各个方向并自然下降；而空气提升管(3)外的污泥就从其下端的喇叭口处补充进来，这样就使污泥在反应塔(1)中经过提升、下降再提升，即不断地进行内循环而达到完全混合，同时也完成了污泥的充氧过程。实施过程中控制曝气量，可以保证污泥中的溶解氧浓度保持在工艺要求的范围内。在这种充分混合和好氧的条件下，污泥中本身含有的以及添加的还原性硫经微生物的氧化作用，转化成硫酸盐，污泥的pH值不断地下降，即污泥酸化。运行2～4天后，污泥中的重金属100％地溶解出来，表明微生物完成了淋滤过程。
在寒冷季节里，反应塔(1)内的污泥温度较低而不能满足工艺要求时，开启热水循环加热装置。热水循环加热装置由水箱(7)、循环泵(9)、水循环管道(10)和温度控制系统组成，水循环管道(10)安装在反应塔(1)内的下部位置，且位于空气提升管(3)外壁和反应塔(1)内壁之间，并通过管道将水箱(7)、循环泵(9)和水循环管道(10)连接成一个循环整体；在反应塔(1)和水箱(7)中分别设置温度探头(5)和(6)并与温控仪(4)相连；水箱(7)中还设置加热器(8)。水箱(7)里的水用加热器(8)加热，循环泵(9)将水箱(7)里的水抽出，流经反应塔(1)中的水循环管道(10)，再回到水箱(7)中。在温控仪(4)和温度探头(5)、(6)的作用下，按照设定的水箱(7)中水的温度和反应塔(1)中物料(污泥)的温度，分别控制加热器(8)和循环泵(9)的自动开停，保证了水箱(7)中的水温和反应塔(1)中物料(污泥)的温度分别恒定在各自设定值，使在环境温度较低的季节里，本实用新型正常运行。
在反应塔(1)内的底部，还安装了环形反冲管(13)，如图1所示，为一根穿孔管，斜向下开数个φ10～20的气孔，使得从环形反冲管(13)上气孔排出的空气斜向下汇集，且反冲管(13)所在平面位置低于曝气器(12)所在平面位置，如图1和图2所示。进气管(15)通过气阀(14)分别与反冲管(13)和曝气器(12)相连。在采用本实用新型进行污泥中重金属的生物淋滤过程刚启动时，同时使用曝气器(12)和反冲管(13)，以加快启动进程，并在正常运行过程中，不定期地打开气阀(14)，用反冲管(13)排出的气流冲开反应塔(1)底部可能存在的沉积污泥。运行过程中，如果反应塔(1)内部发生故障需要排空检修时，打开放空阀(16)，将反应塔(1)中的污泥排空，并由检修人孔(11)进入到反应塔(1)中检修。由于本实用新型不需要机械搅拌器搅拌，而是利用曝气器(12)曝气充氧时气泡上升所具有的提升作用，在空气提升管(3)的辅助下，在充氧的同时完成了物料(污泥)的均匀混合过程，使微生物能够在好氧和均匀混合的条件下进行淋滤作用。
本实用新型构件不多，结构紧凑且不复杂，操作中故障较少，运行管理方便，而且生物淋滤过程中反应温和，运行稳定，是一种高效、低能耗的处理含重金属污泥的空气提升式生物淋滤反应器。
Claims (8)
1.一种空气提升式生物淋滤反应器，其特征是由反应塔和热水循环加热装置构成，在反应塔内，自下而上安装反冲管、曝气器、空气提升管和伞形导流罩。
2.根据权利要求1所述的空气提升式生物淋滤反应器，其特征是：反应塔的外形为圆柱形，下端为圆锥形，反应塔的高径比为4∶1～10∶1；空气提升管与反应塔同轴地安装在反应塔中心位置，且反应塔与空气提升管直径之比为2∶1～5∶1。
3.根据权利要求1或2所述的空气提升式生物淋滤反应器，其特征是：空气提升管下端为喇叭口状，在其最上端出口处设置伞形导流罩；曝气器安装在反应塔底部，且与空气提升管正下方相距0mm～100mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的空气提升式生物淋滤反应器，其特征是：空气提升管下端距反应塔底部0.5m～1m，上端距反应塔上沿口1m～2m。
5.根据权利要求1所述的空气提升式生物淋滤反应器，其特征是：反冲管为一环形穿孔管，安装在反应塔内的底部，且反冲管所在平面位置低于曝气器所在平面位置0.1m～0.2m；进气管分别与反冲管和曝气器相连。
6.根据权利要求1所述的空气提升式生物淋滤反应器，其特征是：热水循环加热装置由水箱、循环泵、水循环管道、温度控制系统组成，并通过管道将水箱、循环泵和水循环管道连接成一个循环整体；在水箱和反应塔中分别设置温度探头并与温控仪相连；水箱中还设置加热器。
7.根据权利要求1或6所述的空气提升式生物淋滤反应器，其特征是：水循环管道安装在反应塔内的下部位置，且位于空气提升管外壁和反应塔内壁之间。
8.根据权利要求1或6所述的空气提升式生物淋滤反应器，其特征是：温度控制系统把温度探头的检测信号反馈给温控仪，并按照设定的水箱中水的温度和反应塔中物料的温度，分别控制加热器和循环泵的自动开停。
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2005
- 2005-06-03 CN CN 200520072316 patent/CN2813632Y/zh not_active Expired - Lifetime
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Assignee: GENERAL TREATMENT ENVIRONMENT (BEIJING) LTD. Assignor: Nanjing Agricultural University Contract record no.: 2011110000042 Denomination of utility model: Air lifting biological dripping filtering reactor Granted publication date: 20060906 License type: Exclusive License Record date: 20110616 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model |