對汙泥中重金屬進行去除處理採用的設備及方法與流程
2023-07-14 03:18:51
本發明屬於汙泥處理技術領域，特別涉及對汙泥中重金屬進行去除處理採用的設備及方法。
背景技術：
隨著城市化進程的進一步加快，城市生活汙水和工業廢水對環境的汙染越來越嚴重，為減輕水域汙染指數，全國大中小城市大量上馬增建了汙水處理廠，伴隨而來的是汙水處理過程中產生大量的汙泥，一方面汙泥的任意堆放不僅佔地多，而且還可造成二次汙染；另一方面汙泥內含豐富的N、P、K及植物所需的微量元素，具有很好的肥效，綜合營養物質含量高於普通農家肥，若不加以利用將是對資源的巨大浪費。但汙泥中同時還含有對人畜產生危害的重金屬，而重金屬與其它汙染物不同，不能被微生物所降解，一旦進入土壤，容易被作物吸收，而且會在植物體內累積，最終通過食物鏈對人畜產生危害，因而汙泥中重金屬成為限制其汙泥進一步利用的主要因素。如何有效去除重金屬是解決汙泥處理處置和資源化利用的關鍵性問題。
護城河底部積聚的大量汙泥和陸地汙水處理廠產生的汙泥中都帶有嚴重超標的重金屬，沒有良好的處理會對環境及土壤進行嚴重汙染，進而影響牲畜乃至人體本人的健康。因此，必須對重金屬含量超標的汙泥進行處理後再進行利用。
長期以來，護城河底部積聚的大量汙泥和陸地汙水處理廠產生的汙泥都以掩埋或者任意堆放為主，不僅對周邊環境造成了汙染，還佔用了大量的土地面積。這種不作為方法產生的後果逐漸得到了相關環保部門的重視。即便對汙泥中的重金屬進行處理，也同樣面臨著處理費用高昂、容易造成二次環境汙染等問題。
技術實現要素：
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種對汙泥中重金屬進行去除處理採用的設備及方法，該設備結構簡單、安裝方便、運行費用低、使用方便靈活、脫水效果好、不產生二次汙染；該方法工藝操作簡單、重金屬去除效率高、成本費用低。
本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是：
對汙泥中重金屬進行去除處理採用的設備，其特徵在於：包括反應容器，反應容器採用罐體結構，反應容器固定支撐在支架上，在反應容器的頂部設有進料接口和補水接口，在反應容器的底部設有出料接口，在補水接口位置安裝有閥門；包括攪拌機構，所述攪拌機構包括電機、連接電機的減速器、連接減速器的攪拌軸及安裝在攪拌上攪拌槳葉構成，所述電機和減速器固定安裝在反應容器的頂部，所述攪拌軸由上至下伸入到反應容器的內腔中，所述攪拌槳葉為多組、且上下按間距固定在攪拌軸上；包括給反應容器進行調溫的溫控系統；包括濾吸裝置，所述濾吸裝置包括過濾網、氣動泵和集液槽，所述過濾網安裝在反應容器的出料接口位置，氣動泵的進液接口通過出液管路與反應容器的出料接口連接，氣動泵的出液接口通過進液管路與集液槽連接，在進液管路上連接有旁支管路，旁支管路的埠形成取樣口，在旁支管路上安裝有閥門。
優選的：所述溫控系統包括設在反應容器側壁外的圍板，圍板與反應容器的側壁之間形成用於供調溫介質流通的環形存儲腔，在圍板上設有進液接口和回液接口，進液接口和回液接口分別通過調溫介質輸入管路和調溫介質輸出管路與外設的調溫存儲裝置連接，在調溫介質輸出管路上安裝有循環泵，使溫控系統形成循環調溫迴路。
優選的：反應容器、進液管路、出液管路及集液槽均由耐酸的316L不鏽鋼材質製成。
優選的：在集液槽內安裝有擋板，擋板與集液槽連接進液管路的一側壁之間形成雜質沉澱區。
優選的：在反應容器的側壁外設置有吊耳和支耳，反應容器通過支耳固定支撐在支架上。
優選的，所述反應容器由圓柱形的罐體主體部分、分別與罐體主體部分的上端部和下端部連接的半橢圓形的上封頭部分和錐形的下封頭部分構成，所述進料接口和補水接口設置在上封頭部分上，所述出料接口設置在下封頭部分上。
對汙泥中重金屬進行去除處理的方法，其特徵在於，所述方法採用了上述設備，其處理步驟如下：
S1預製硫細菌接種液：
從待處理的生汙泥中取多份生汙泥樣品，對多份生汙泥樣品按照先後順序進行細菌的富集培養；對於每份生汙泥樣品，均需按10g/L的比例加入硫粉，並置於100r/min、且溫度28°的恆溫箱中進行振蕩培養，待生汙泥樣品中的PH值降到2.0以下，停止振蕩培養，反應生成接種液，另外，除第一份生汙泥樣品外，均需要依次將前一份生汙泥樣品反應生成的接種液按照5％的接種量加到後一份生汙泥樣品中；在細菌培養期間採用稱量法補充蒸發掉的水份，經過多次富集培養，最後一份生汙泥樣品反應所得的混合液即為經馴化後的可用於汙泥重金屬生物淋濾的硫細菌接種液，在硫細菌接種液中主要含有氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌；
S2開啟攪拌機構和溫控系統，使攪拌槳葉的轉動速度保持在60～100r/min，保持反應容器內的溫度在28～35℃之間，為生汙泥進行重金屬處理做好準備；
S3生汙泥進行反應，生成含重金屬離子的反應液：
先通過進料接口向反應容器中加入待處理的生汙泥，再向生汙泥中加入能量物質單質硫和第一步生產的硫細菌接種液，通過攪拌漿葉的攪拌使生汙泥、單質硫及硫細菌接種液充分混合，當混合後的生汙泥的含水率低於設定要求時，打開補水接口位置的閥門，通過補水接口向反應容器內加水；在攪拌漿葉的攪拌下，促進了生汙泥中的氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌與氧氣的接觸，加快繁殖能力，隨著反應的進行，一方面氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌通過其分泌的胞外多聚物直接吸附在汙泥中金屬硫化物表面，通過細胞內特有的氧化酶直接氧化金屬硫化物，生成可溶性硫酸鹽；另一方面反應容器中的溶液酸度升高，使生汙泥中的微生物病原菌被殺死；
S4對反應液進行濾吸處理：
生汙泥在反應容器內反應一段時間後，開啟氣動泵，使氣動泵先在低功率的狀態下運行，在氣動泵的抽吸作用下，反應容器中生產的反應液經出液管路、氣動泵和進液管路被吸入到集液槽內，設置在出料接口位置的過濾網會將汙泥雜質過濾掉，避免一同吸入至集液槽中；在濾吸的過程中，打開旁支管路上的閥門，通過取樣口取反應液樣品，通過檢測反應液的Ph值來確定反應是否完成，當反應液Ph值處於2以下，即可認為反應完成；然後將氣動泵調至最大功率，使反應容器中的反應液快速吸入到集液槽，使汙泥中重金屬被分離去除掉。
本發明具有的優點和積極效果是：
本設備主要由反應容器、攪拌機構、溫控系統和濾吸裝置四部分構成，具有結構簡單、安裝方便、運行費用低、使用方便靈活的優點，另外，通過濾吸裝置可達到較好的脫水效果，這樣反應生產的重金屬離子隨著的脫水從汙泥中排出，從而可實現汙泥的再利用，避免了二次汙染產生。本方法通過向汙泥中添加一定的氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌作為底物獲取能量，加強氧化、還原、絡合、吸附、溶解等作用，降低汙泥體系的Ph值，使難溶態的重金屬從固相溶出進入液相，再通過脫水而達到去除汙泥中重金屬的目的，具有工藝操作簡單、重金屬去除效率高、成本費用低的優點。
附圖說明
圖1是本發明採用設備的結構示意圖。
圖中：1、反應容器；1-1、罐體主體部分；1-2、上封頭部分；1-2-1、進料接口；1-2-2、補水接口；1-3、下封頭部分；1-3-1、出料接口；2、攪拌機構；2-1、電機；2-2、減速器；2-3、攪拌軸；2-4、攪拌槳葉；3、溫控系統；3-1、圍板；3-1-1、進液接口；3-1-2、出液接口；3-2、環形存儲腔；3-3、調溫介質輸入管路；3-4、調溫介質輸出管路；3-5、調溫存儲裝置；3-6、循環泵；4、濾吸裝置；4-1、過濾網；4-2、氣動泵；4-3、集液槽；4-4、出液管路；4-5、進液管路；4-6、旁支管路；4-7、擋板；5、吊耳；6、支耳。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下：
對汙泥中重金屬進行去除處理採用的設備，請參見圖1，主要由以下幾部分構成：
包括反應容器1，反應容器採用罐體結構，反應容器固定支撐在支架上，支架在附圖中未示意出。在反應容器的頂部設有進料接口1-2-1和補水接口1-2-2，在反應容器的底部設有出料接口1-3-1，在補水接口位置安裝有閥門。上述進料接口處於敞開狀態，便於空氣流通。
包括攪拌機構2，所述攪拌機構包括電機2-1、連接電機的減速器2-2、連接減速器的攪拌軸2-3及安裝在攪拌上攪拌槳葉2-4構成。所述電機和減速器固定安裝在反應容器的頂部，所述攪拌軸由上至下伸入到反應容器的內腔中，所述攪拌槳葉為多組、且上下按間距固定在攪拌軸上，這樣可最大程度的保證生汙泥在反應容器內得到充分攪拌。
包括給反應容器進行調溫的溫控系統3，通過溫控系統來調整反應容器內生汙泥的反應溫度，使氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌生長速度處於最佳狀態。
包括濾吸裝置4，濾吸裝置的作用是：將反應生產的反應液吸走，由於重金屬在反應過程中，從固相溶出進入液相，這樣，就實現了汙泥中重金屬的去除。所述濾吸裝置過濾網4-1、氣動泵4-2和集液槽4-3，所述過濾網安裝在反應容器的出料接口位置，氣動泵的進液接口通過出液管路4-4與反應容器的出料接口連接，氣動泵的出液接口通過進液管路4-5與集液槽連接，在進液管路上連接有旁支管路4-6，旁支管路的埠形成取樣口，在旁支管路上安裝有閥門，通過該閥門來控制旁支管路的通斷。
上述結構中，所述溫控系統的作用是在較低或較高溫度的環境下，對反應容器對應進行升溫或降溫處理，使反應容器內的溫度保持在合適溫度範圍內。在本發明中，所述溫控系統包括設在反應容器側壁外的圍板3-1，圍板與反應容器的側壁之間形成用於供調溫介質流通的環形存儲腔3-2，在圍板上設有進液接口3-1-1和回液接口3-1-2，進液接口和回液接口分別通過調溫介質輸入管路3-3和調溫介質輸出管路3-4與外設的調溫存儲裝置3-5連接，在調溫介質輸出管路上安裝有循環泵3-6，使溫控系統形成循環調溫迴路。其中，上述調溫存儲裝置的作用是：根據實際的工作環境，可實現對調溫介質的加熱，也可實現對調溫介質的降溫，具體的，可在外設的調溫介質存儲箱內設置加熱管，通過加熱管通電來實現調溫介質的加熱，同時在調溫介質存儲箱的側壁上設置製冷盤管，製冷盤管與製冷系統連接，通過製冷系統的運行來實現調溫介質的降溫。
上述結構中，反應容器、進液管路、出液管路及集液槽均優選由耐酸的316L不鏽鋼材質製成。
上述結構中，在集液槽內安裝有擋板4-7，擋板與集液槽連接進液管路的一側壁之間形成雜質沉澱區。通過設置擋板，可將過濾網未過濾掉的重質雜質截留在雜質沉澱區，並沉積下來，以方便後期對反應液的進一步處理。
上述結構中，在反應容器的側壁外進一步設置有吊耳5和支耳6，反應容器通過支耳固定支撐在支架上，避免了反應容器出現脫落或者搖晃的現象。而吊耳的設置，方便了設備移動和吊裝。
上述結構中，所述反應容器優選由圓柱形的罐體主體部分1-1、分別與罐體主體部分的上端部和下端部連接的半橢圓形的上封頭部分1-2和錐形的下封頭部分1-3構成，所述進料接口和補水接口設置在上封頭部分上，所述出料接口設置在下封頭部分上。反應容器採用該結構，具有上料方便、排料輕鬆，沒有殘留和便於清洗的優點。
對汙泥中重金屬進行去除處理的方法，所述方法採用了上述的設備，請參見圖1，其處理步驟如下：
S1預製硫細菌接種液：
從待處理的生汙泥中取多份生汙泥樣品，對多份生汙泥樣品按照先後順序進行細菌的富集培養；對於每份生汙泥樣品，均需按10g/L的比例加入硫粉，即每升的生汙泥中加入10克的硫粉，並置於100r/min、且溫度28°的怛溫箱中進行振蕩培養，待生汙泥樣品中的PH值降到2.0以下，停止振蕩培養，反應生成接種液，另外，除第一份生汙泥樣品外，均需要依次將前一份生汙泥樣品反應生成的接種液按照5％的接種量加到後一份生汙泥樣品中，即每100份生汙泥中加入5份接種液；在細菌培養期間採用稱量法補充蒸發掉的水份，經過多次富集培養，最後一份生汙泥樣品反應所得的混合液即為經馴化後的可用於汙泥重金屬生物淋濾的硫細菌接種液，在硫細菌接種液中主要含有氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌。
S2開啟攪拌機構和溫控系統，使攪拌槳葉的轉動速度保持在60～100r/min，保持反應容器內的溫度在28-35℃之間，為生汙泥進行重金屬處理做好準備。
S3生汙泥進行反應，生成含重金屬離子的反應液：
先通過進料接口向反應容器中加入待處理的生汙泥，再向生汙泥中加入能量物質單質硫和第一步生產的硫細菌接種液，通過攪拌漿葉的攪拌使生汙泥、單質硫及硫細菌接種液充分混合，當混合後的生汙泥的含水率低於設定要求時，打開補水接口位置的閥門，通過補水接口向反應容器內加水；在攪拌漿葉的攪拌下，促進了生汙泥中的氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌與氧氣的接觸，加快繁殖能力，隨著反應的進行，一方面氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌通過其分泌的胞外多聚物直接吸附在汙泥中金屬硫化物表面，通過細胞內特有的氧化酶直接氧化金屬硫化物，生成可溶性硫酸鹽，具體方程式為：化學方程式表示為：MS+2O2→MSO4→M2++SO42-；另一方面反應容器中的溶液酸度升高，使生汙泥中的微生物病原菌被殺死。
S4對反應液進行濾吸處理：
生汙泥在反應容器內反應一段時間後，開啟氣動泵，使氣動泵先在低功率的狀態下運行，在氣動泵的抽吸作用下，反應容器中生產的反應液經出液管路、氣動泵和進液管路被吸入到集液槽內，設置在出料接口位置的過濾網會將汙泥雜質過濾掉，避免一同吸入至集液槽中；在濾吸的過程中，打開旁支管路上的閥門，通過取樣口取反應液樣品，通過檢測反應液的Ph值來確定反應是否完成，當反應液Ph值處於2以下，即可認為反應完成；然後將氣動泵調至最大功率，使反應容器中的反應液快快速吸入到集液槽，使汙泥中重金屬被分離去除掉。
本發明在礦物質中金屬提純技術的基礎上，通過氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌的氧化還原作用下獲得能量，通過電機帶動攪拌葉輪在反應容器內進行攪拌，使底部的汙泥也能很好的接觸空氣中的氧氣，運用微生物方法去除汙泥中的重金屬。本發明的創新性在於將微生物噴淋處理技術應用在汙泥重金屬的治理領域，通過微生物的各種化學反應將汙泥中重金屬轉化成離子狀態，同時，在本裝置底部排料口安置有一套濾吸裝置，通過氣動泵的作用將汙泥中的溶液排出，從而達到重金屬與汙泥分離的效果。本發明克服了以往重金屬處理不便、處理費用高、二次汙染嚴重等問題。