含重金屬有機固廢產甲烷同步去除重金屬的系統及方法
2023-05-28 10:10:01
專利名稱：含重金屬有機固廢產甲烷同步去除重金屬的系統及方法
技術領域：
本發明屬於有機固體廢物消化的技術領域，尤其涉及一種含重金屬有機固體廢物產甲烷同步去除重金屬的系統及方法系統和方法。
背景技術：
目前，以畜禽糞便、汙水處理廠剩餘汙泥為代表的有機固體廢物產生量大、產生區域集中，大量排放可能造成空氣，地表水和地下水的汙染，從而危害人體健康。此外，且上述有機固體廢物除有機物含量高以外，還含有較高濃度的重金屬，考慮到這些固體廢棄物的最終去向一般為農田或土壤，不經處理長期回歸土壤，除了有機物、氮、磷會造成土壤，地下水汙染以外，還可能造成土壤或地下水中重金屬積累，引發各類汙染事故。因此在回田之前，採用合理的系統和方法對其進行處理，顯得十分迫切。國內外普遍採用厭氧消化技術處理上述廢棄物，有機物在厭氧微生物的作用下降解產生沼氣、沼液、沼渣等物質。其中沼氣作為能源可以得到有效利用。沼液、沼渣中富含氮、磷等多種營養元素，可以作為有機複合肥回用農田，實現以資源循環利用。但是，厭氧消化處理過程只能降解固體廢棄物中有機物，而重金屬在厭氧消化處理後仍然殘留在沼液、沼渣中，直接影響了沼液、沼渣的農業利用安全性。同時，傳統厭氧消化技術處理有機固體廢物的效率也有待於進一步提高。
發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提供一種含重金屬有機固廢產甲烷同步去除重金屬的系統及方法，可有效提高消化速率，同時可以去除含重金屬有機固體廢物中的重金屬。本發明的目的是通過以下技術方案實現的—種含重金屬有機固廢產甲烷同步去除重金屬的系統，屬於有機固體廢物消化的技術領域，該系統包括生物酸化反應器、化學酸化反應器、PH調節反應器、固液分離反應器、 誘導結晶反應器和產甲烷反應器；其中生物酸化反應器通過管道及閥門依次連接化學酸化反應器、PH調節反應器、固液分離反應器，固液分離反應器分離出的液體通過管道及閥門與誘導結晶反應器相連，固液分離反應器分離出的固體及誘導結晶反應器的出水分別通過管道及閥門與產甲烷反應器相連；所述生物酸化反應器、化學酸化反應器、PH調節反應器內均設置有攪拌器。採用如權利要求1所述方法的含重金屬高固含量有機廢物高效產甲烷同步去除重金屬的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟1)待處理的有機固液混合物首先進入生物酸化反應器進行生物水解酸化，攪拌頻率2-5轉/min，在該反應器中停留時間為2_3d，使pH達到在4_6 ；2)生物酸化反應器的出料進入化學酸化反應器，攪拌頻率5-10轉/min，並通過添加無機酸調節PH，將pH調節至1. 5-2 ；在該反應器中停留時間為3-13h，重金屬從有機廢物固相中浙濾進入液相；3)化學酸化反應器的出料在pH調節反應器內通過添加NaOH調節PH值，pH值的範圍為4-7，攪拌頻率約5-10轉/min，在該反應器中停留時間為0. 5_lh ；4)pH調節反應器的出料進入固液分離反應器進行固液分離，其中含有重金屬的上清液進入誘導結晶反應器，在誘導結晶反應器中通過添加結晶沉澱藥劑，沉澱藥劑和重金屬離子的摩爾比為1.0-3.0;將上清液中的重金屬物質與水分離，使液相中的重金屬通過結晶的方式去除回收；5)結晶反應器出水與固液分離產生的固體共同進入產甲烷反應器產氣，在結晶反應器中停留時間15-25d，最終反應器的氣體、液體、固體出料實現安全農業利用。本發明具有以下優點和積極意義(1)解決了剩餘汙泥、畜禽糞便、有機垃圾等消化難度大，產氣效率低的問題，提高了高固含量有機物料的有機物轉化率。(2)解決了有機廢物發酵殘餘物重金屬含量高的問題，實現農業安全利用(3)即實現了高效產氣，同時又將重金屬以結晶的方式得到回收，具有良好的環境和經濟效益。本發明適用於城市剩餘汙泥、畜禽糞便等重金屬含量高、消化難度大，產氣效率低的高濃度有機物質；解決了發酵殘留物質重金屬含量高，無法實現安全農業利用的問題。
圖1為本發明含重金屬有機固體廢物產甲烷同步去除重金屬的系統和方法的示意圖。
具體實施例方式本發明的一種含重金屬有機固廢產甲烷同步去除重金屬的系統及方法，結合附圖詳細說明如下本發明的系統組成如圖1所示，該系統包括生物酸化反應器1、化學酸化反應器2、 PH調節反應器3、固液分離反應器4、誘導結晶反應器5和產甲烷反應器6 ；其中生物酸化反應器1通過管道及閥門依次連接化學酸化反應器2、pH調節反應器3、固液分離反應器4，固液分離反應器4分離出的液體通過管道及閥門與誘導結晶反應器5相連，固液分離反應器 4分離出的固體及誘導結晶反應器5的出水分別通過管道及閥門與產甲烷反應器6相連。所述生物酸化反應器1、化學酸化反應器2、pH調節反應器3內均設置有攪拌器。本發明中上述的含重金屬高固含量有機廢物高效產甲烷同步去除重金屬的方法， 其具體實施方式
包括以下步驟1)高固含量(固含率8-12% )有機固液混合物首先進入生物酸化反應器1進行生物水解酸化，攪拌頻率約2-5轉/min (分鐘)，在該反應器中停留時間為2_3d (天)，有機廢物在酸化微生物(反應器啟動階段接種，或反應器運行過程中自發培養形成)的作用下， 使PH達到在4-6 ；該過程主要在微生物的作用下，將大分子有機物轉化為有機酸等小分子有機物。在提高產甲烷效率的同時消耗一定鹼度，節省重金屬化學浙濾過程中無機酸的投加量；
2)然後生物酸化反應器的出料進入化學酸化反應器2，攪拌頻率約5-10轉/min， 該反應器內主要通過添加無機酸(如鹽酸、硝酸)調節PH，將pH調節至1. 5-2 ；在該反應器中停留時間為3-13h(小時)，在無機酸的作用下，重金屬從有機廢物固相中浙濾進入液相；3)化學酸化反應器的出料在pH調節反應器3內通過添加NaOH調節pH值至固定值(根據後續結晶的需要)，PH值的範圍為4-7，攪拌頻率約5-10轉/min，在該反應器中停留時間為0. 5-lh ；4)pH調節反應器3的出料進入固液分離反應器4進行固液分離，其中含有重金屬的上清液進入誘導結晶反應器5，在誘導結晶反應器中通過外加結晶沉澱藥劑(如碳酸鹽、 可溶性硫化物等)，沉澱藥劑和重金屬離子的摩爾比為1.0-3.0。將上清液中的重金屬物質與水分離，使液相中的重金屬通過結晶的方式去除回收；5)結晶反應器出水與固液分離產生的固體共同進入產甲烷反應器6產氣，產甲烷反應器採用CSTR的反應器形式，在結晶反應器中停留時間約15-25d，最終反應器的氣體、 液體、固體出料均可實現安全農業利用。本發明的一種含重金屬有機固體廢物產甲烷同步去除重金屬的系統實施例為該系統包括生物酸化反應器1、化學酸化反應器2、pH調節反應器3、固液分離反應器4、誘導結晶反應器5和產甲烷反應器6 ；其中生物酸化反應器1通過管道及閥門依次連接化學酸化反應器2、pH調節反應器3、固液分離反應器4，固液分離反應器4分離出的液體通過管道及閥門與誘導結晶反應器5相連，固液分離反應器4分離出的固體及誘導結晶反應器5的出水分別通過管道及閥門與產甲烷反應器6相連；其中，生物酸化反應器1及產甲烷反應器6採用CSTR的反應器結構形式的產品。所述固液分離反應器4可以採用濃縮、脫水等成熟技術的產品。所述誘導結晶反應器5採用流化床的結構形式。化學酸化反應器2 為採用耐酸材料製成的容器，PH調節反應器3為常規容器；所述生物酸化反應器1、化學酸化反應器2、pH調節反應器3內均設置有攪拌器。化學酸化反應器和pH調節反應器通過攪拌器實現PH調節均勻。採用上述實施例的含重金屬有機固體廢物產甲烷並去除重金屬的方法實施例，包括以下步驟1)含率8%的有機固液混合物廢料首先進入生物酸化反應器，停留時間為2d，攪拌頻率約3轉/min，使pH達到在4. 5 ；有機廢物在酸化微生物(反應器運行過程中自發培養形成)的作用下，在一定程度上降低了物料的PH值和鹼度；2)生物酸化反應器的出料進入化學酸化反應器，攪拌頻率約7轉/min，通過添加鹽酸調節PH，將pH調節在2，停留時間為證，使重金屬從有機廢物固相中浙濾進入液相；3)化學酸化反應器的出料在pH調節反應器內通過添加NaOH調節pH值至6，攪拌頻率約4轉/min (分鐘)，停留時間為0. 5h ；4)pH調節反應器3的出料進入固液分離反應器進行固液分離其中含有重金屬的上清液(固液分離後液體含固率應低於1%)進入誘導結晶反應器，在誘導結晶反應器中通過外加碳酸鈉，碳酸鈉與重金屬離子的摩爾比為1.2。將上清液中的重金屬物質與水分離， 使液相中的重金屬通過結晶的方式去除回收(重金屬去除率可達93%)；5)結晶反應器出水與固液分離產生的固體共同進入產甲烷反應器產氣，停留時間約18d，甲烷氣體出料可實現安全農業利用。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種含重金屬有機固廢產甲烷同步去除重金屬的系統，其特徵在於，該系統包括生物酸化反應器、化學酸化反應器、PH調節反應器、固液分離反應器、誘導結晶反應器和產甲烷反應器；其中生物酸化反應器通過管道及閥門依次連接化學酸化反應器、PH調節反應器、固液分離反應器，固液分離反應器分離出的液體通過管道及閥門與誘導結晶反應器相連，固液分離反應器分離出的固體及誘導結晶反應器的出水分別通過管道及閥門與產甲烷反應器相連；所述生物酸化反應器、化學酸化反應器、PH調節反應器內均設置有攪拌器。
2.採用如權利要求1所述方法的含重金屬高固含量有機廢物高效產甲烷同步去除重金屬的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟1)待處理的有機固液混合物首先進入生物酸化反應器進行生物水解酸化，攪拌頻率 2-5轉/min，在該反應器中停留時間為2_3d，使pH達到在4_6 ；2)生物酸化反應器的出料進入化學酸化反應器，攪拌頻率5-10轉/min，並通過添加無機酸調節PH，將pH調節至1. 5-2 ；在該反應器中停留時間為3-13h，重金屬從有機廢物固相中浙濾進入液相；3)化學酸化反應器的出料在pH調節反應器內通過添加NaOH調節pH值，pH值的範圍為4-7，攪拌頻率約5-10轉/min，在該反應器中停留時間為0. 5_lh ；4)pH調節反應器的出料進入固液分離反應器進行固液分離，其中含有重金屬的上清液進入誘導結晶反應器，在誘導結晶反應器中通過添加結晶沉澱藥劑，沉澱藥劑和重金屬離子的摩爾比為1.0-3.0 ；將上清液中的重金屬物質與水分離，使液相中的重金屬通過結晶的方式去除回收；5)結晶反應器出水與固液分離產生的固體共同進入產甲烷反應器產氣，在結晶反應器中停留時間15-25d，最終反應器的氣體、液體、固體出料實現安全農業利用。
全文摘要
本發明公開了一種含重金屬有機固體廢物產甲烷同步去除重金屬的系統及方法，屬於有機固體廢物消化的技術領域；該系統包括生物酸化反應器、化學酸化反應器、pH調節反應器、固液分離反應器、誘導結晶反應器和產甲烷反應器；所述生物酸化反應器、化學酸化反應器、pH調節反應器內均設置有攪拌器。該方法主要包括生物酸化、化學瀝濾、pH調節、固液分離、誘導結晶、厭氧發酵等5個步驟。本工藝可有效提高固體廢物的消化速率，增加沼氣產量，同時可去除廢棄物中的重金屬，最終實現發酵剩餘物的安全農業利用。
文檔編號A62D3/02GK102173546SQ201110021090
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者劉曉健, 徐武軍, 王凱軍, 閻中 申請人:清華大學