一种硒的提取装置及方法与流程

本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种硒的提取装置及方法。

背景技术：

随着社会工业化程度越来越高，全球资源短缺危机不断加深，资源紧缺成为制约社会经济发展的瓶颈，资源问题也影响了人们日常生活的各个方面。硒作为一种天然资源，是人和动物生理必需的微量元素，对人类健康有着极为重要的作用。

随着工业的发展，人为产生的硒也相应增加，含硒废水主要来源于采矿、金属冶炼、石油加工、烧煤火电厂及局部农业灌溉等，如采矿废水中硒浓度高达10mg/l以上，也存在锌、镉、铅等各类重金属，且废水呈酸性，对环境危害大。目前对含硒废水的处理主要通过升流式厌氧反应器(uasb)、移动床生物膜反应器(mbbr)等进行处理。但是当前的反应器也只是对废水进行处理，而并未对废水中的硒进行有效提取，从而导致硒资源的大量流失。

因此，如何从含硒废水中对硒资源进行有效提取，从而避免硒资源的流失是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硒的提取装置，能够从含硒废水中对硒资源进行有效提取，从而避免硒资源的流失。

本发明的另一目的还在于提供一种硒的提取方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硒的提取装置，包括：

用于过滤含硒废水的粗过滤管，过滤后得到第一废水；

用于进行活性污泥反应的活性污泥反应池，且所述活性污泥反应池内设置有含有活性污泥的活性污泥海绵，所述活性污泥海绵与所述第一废水反应预设时间后，得到第二废水和含硒活性污泥海绵；

用于对所述含硒活性污泥海绵进行清水冲洗的冲洗池，冲洗后得到第一含硒目标微生物溶液；

用于将所述第一含硒目标微生物溶液进行过滤的过滤箱，过滤后得到第二含硒目标微生物溶液；

用于将所述第二含硒目标微生物溶液进行裂解的搅碎管，裂解后得到含硒溶液；

用于将所述含硒溶液进行过滤的硒滤嘴，过滤后得到单质硒。

优选的，所述粗过滤管中设置有上过滤网和下过滤网，所述上过滤网和所述下过滤网之间填充有过滤介质；

所述上过滤网为可拆卸式过滤网，所述下过滤网为固定式过滤网。

优选的，所述粗过滤管上标有用于调控所述过滤介质的刻度线。

优选的，所述活性污泥反应池与所述粗过滤管相连通，且所述活性污泥反应池和所述粗过滤管之间设置有海绵网。

优选的，还包括：

用于包裹所述活性污泥海绵的丝网；

滑轮组件；

所述滑轮组件与所述丝网相连，所述滑轮组件能够将所述活性污泥海绵转移到所述冲洗池内；

所述冲洗池内设置有筛网。

优选的，所述冲洗池和所述过滤箱相连通，所述过滤箱内设置有过滤介质。

优选的，所述过滤箱和所述搅碎管相连通，所述搅碎管内设置有若干旋翼式叶轮，所述旋翼式叶轮和电机电连接。

优选的，还包括排水道，所述硒滤嘴设置于所述排水道和所述搅碎管之间且与所述排水道和所述搅碎管相连通，所述硒滤嘴包括第一滤膜和第二滤膜，所述第一滤膜和所述第二滤膜之间具有间隙。

一种硒的提取方法，包括：

1)将含硒废水进行粗过滤，得到第一废水；

2)将所述第一废水与含有活性污泥的活性污泥海绵进行反应，反应预设时间后得到第二废水和含硒活性污泥海绵；

3)将所述含硒活性污泥的海绵进行冲洗，得到第一含硒目标微生物溶液；

4)将所述第一含硒目标微生物溶液进行过滤，得到第二含硒目标微生物溶液；

5)将所述第二含硒目标微生物溶液进行搅碎，得到含硒溶液；

6)将所述含硒溶液进行过滤得到单质硒。

优选的，所述活性污泥的填装量与所述第一废水的质量比为1:10。

由以上技术方案可以看出，本发明所公开的硒的提取装置，包括：用于过滤含硒废水的粗过滤管，过滤后得到第一废水；用于进行活性污泥反应的活性污泥反应池，且活性污泥反应池内设置有含有活性污泥的活性污泥海绵，活性污泥海绵与第一废水反应预设时间后，得到第二废水和含硒活性污泥海绵；用于对含硒活性污泥海绵进行清水冲洗的冲洗池，冲洗后得到第一含硒目标微生物溶液；用于将第一含硒目标微生物溶液进行过滤的过滤箱，过滤后得到第二含硒目标微生物溶液；用于将第二含硒目标微生物溶液进行裂解的搅碎管，裂解后得到含硒溶液；用于将含硒溶液进行过滤的硒滤嘴，过滤后得到单质硒。该装置能够从含硒废水中对硒资源进行有效提取，从而避免了硒资源的流失，保护了环境资源，造福了人类。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所公开的硒的提取装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中所公开的备用箱的结构示意图；

图3为本发明实施例中所公开的硒滤嘴和排水道的主视结构示意图；

图4为本发明实施例中所公开的硒滤嘴和排水道的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例中所公开的硒滤嘴和排水道的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例中所公开的实验1废水中硒的去除率的柱状结构统计图；

图7为本发明实施例中所公开的实验2废水中硒的去除率的柱状结构图；

图8为本发明实施例中所公开的实验3废水中硒的去除率的柱状结构图。

其中，各部件名称如下：

1-粗过滤管，11-上过滤网，12-下过滤网，13-海绵网，2-活性污泥反应池，21-活性污泥海绵，3-冲洗池，31-筛网，32-曝气头，4-过滤箱，5-搅碎管，51-旋翼式叶轮，6-硒滤嘴，61-第一滤膜，62-第二滤膜，7-滑轮组件，8-备用箱，9-排水道。

具体实施方式

有鉴于此，本发明的核心在于提供一种硒的提取装置，能够从含硒废水中对硒资源进行有效提取，从而避免硒资源的流失。

本发明的另一核心还在于提供一种硒的提取方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面接合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明中所述“若干”是指数量不确定的多个，通常为两个以上；且当采用“若干”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件的数量相同。

如图1所示，本发明实施例所公开的硒的提取装置，包括：用于过滤含硒废水的粗过滤管1，过滤后得到第一废水；用于进行活性污泥反应的活性污泥反应池2，且活性污泥反应池2内设置有含有活性污泥的活性污泥海绵21，活性污泥海绵21与第一废水反应预设时间后，得到第二废水和含硒活性污泥海绵；用于对含硒活性污泥海绵进行清水冲洗的冲洗池3，冲洗后得到第一含硒目标微生物溶液；用于将第一含硒目标微生物溶液进行过滤的过滤箱4，过滤后得到第二含硒目标微生物溶液；用于将第二含硒目标微生物溶液进行裂解的搅碎管5，裂解后得到含硒溶液；用于将含硒溶液进行过滤的硒滤嘴6，过滤后得到单质硒。

首先在粗过滤管1中填装合理数量的过滤介质，将过滤介质导入粗过滤管1中进行初次处理，将含硒废水中的大物质颗粒去除，初次处理后的含硒废水进入活性污泥反应池2中和活性污泥海绵21中的活性污泥进行反应，活性污泥中的微生物可以吸附第一废水中的硒，经过预设反应时间后，将活性污泥海绵21放入冲洗池3内进行清水冲洗，将活性污泥海绵21中的含硒微生物溶至清水中，含硒微生物和清水混合后形成第一含硒目标微生物溶液，通过过滤箱4将第一含硒目标微生物溶液进行过滤后得到第二含硒目标微生物溶液，通过搅碎管5将第二含硒目标微生物溶液进行裂解，搅碎后形成含硒溶液，最后通过硒滤嘴6对含硒溶液进行过滤后得到单质硒。该装置能够从含硒废水中对硒资源进行有效提取，从而避免了硒资源的流失，保护了环境资源，造福了人类。

需要强调的是，本发明实施例所公开的硒的提取装置均采用透明的材质，优选采用透明有机玻璃的材质进行制造，以便于观察整个实验的过程，

需要说明的是，粗过滤管1中设置有上过滤网11和下过滤网12，上过滤网11和下过滤网12之间填充有过滤介质；上过滤网11为可拆卸式过滤网，下过滤网12为固定式过滤网。如此设置，当需要向粗过滤管1中填充过滤介质时，打开上过滤网11，将过滤介质填充到粗过滤管1中后，再将上过滤网11进行安装，当含硒废水进行过滤时，需将含硒废水从上过滤网11中倒入粗过滤管1中，经过滤介质过滤后的含硒废水再从下过滤网12中流出，因此，上过滤网11和下过滤网12的设置不仅能够有效保证含硒废水的顺利过滤，还方便了过滤介质的填充和取出。

过滤介质可以为碎石、筛网或者石英砂，在本发明实施例中对过滤介质不作具体限定，只要不具备吸附性的过滤介质均可，本发明实施例中的过滤介质优选采用石英砂。

为了合理控制过滤介质的量，作为其中一种实施例，在粗过滤管1上还标有用于调控过滤介质的刻度线，通过刻度线的标示可以明确看出过滤介质的量。当然，刻度线优选标注在粗过滤管1的外表面，既方便设计，又方便观察。

活性污泥反应池2与粗过滤管1相连通，请继续参考图1，粗过滤管1与活性污泥反应池2之间设置有连通管路，连通管路优选设置于下过滤网12的下端，经粗过滤管1过滤后的第一废水经连通管路进入活性污泥反应池2内。

为了防止活性污泥反应池2中的污泥沙倒流到粗过滤管1中，在粗过滤网1和活性污泥反应池2之间还设置有海绵网13，如此设置，海绵网可以避免活性污泥反应池2中的污泥沙倒流到粗过滤管1中。

可以理解，活性污泥海绵21是含有活性污泥的海绵，海绵的空隙中充满了活性污泥，活性污泥可耐酸，耐重金属，第一废水和活性污泥海绵21内含有的活性污泥进行反应，当反应预设时间后，将活性污泥反应池2中得到的第二废水排出。

为了方便第二废水的排出，在活性污泥反应池2上需设置废水排出口，本发明实施例中对废水排出口的具体位置不作具体限定，废水排出口可以设置于活性污泥反应池2的底部，也可以设置于活性污泥反应池2的侧部，只要能够顺利的将第二废水排出活性污泥反应池2即可，本发明实施例中优选将废水排出口设置于活性污泥反应池2的侧部。

废水排出口需设置开关阀，当然可以设置电动开关阀，也可以设置手动开关阀，在第一废水和活性污泥反应时，开关阀关闭，保证实验顺利进行，当该实验步骤完成后，可以通过手动或电动控制的形式将第二废水排出。

需要说明的是，活性污泥反应池3上也设置有刻度线，当然刻度线优选设置于活性污泥反应池3的外表面，不仅便于装置的设计，还便于调控第二废水的量。

可以理解，当活性污泥反应池2内的第二废水排尽后，进入下一实验步骤，也就是将活性污泥海绵21放置入冲洗池3内进行清水冲洗。

当活性污泥海绵21在活性污泥反应池2内与第一废水反应完成后，需将活性污泥海绵21放入冲洗池3内进行清水冲洗以得到第一含硒目标微生物溶液，当然，将活性污泥海绵21放置入污水池3内的方法有很多，例如，可以通过人员手动将其转移到冲洗池3内，也可以通过吊运工具将其转到到冲洗池3内。

当然，为了方便省力的将活性污泥海绵21顺利放入冲洗池3内，优选采用吊运工具对活性污泥海绵21进行吊运，在本发明的其中一个实施例中，在活性污泥海绵21的外表面设置了丝网，由于选用的丝网必须牢固可靠，因此本实施例中优选采用金属丝网，而金属丝网中的部分金属得强度可以达标，但是部分金属容易被腐蚀，而不锈钢丝网不仅强度高，而且耐化学腐蚀，因此本实施例中更为优选的采用不锈钢丝网。

在提取装置上还设置了滑轮组件7，请继续参考图1，滑轮组件7包括支撑杆和设置于支撑杆上的滑动轮，其中滑动轮和驱动装置电连接，支撑杆固定于提取装置上，当然支撑杆优选固定于靠近活性污泥反应池2和冲洗池3的位置处。

滑动轮由驱动装置进行驱动，驱动装置可以为液压马达，也可以为电机，在本发明的实施例中驱动装置优选采用电机，电机能够驱动滑动轮沿圆周的方向进行旋转，滑动轮通过绳索与丝网进行连接，当开启电机时，电机带动滑动轮沿圆周方向进行旋转，从而将活性污泥海绵21从活性污泥反应池2内转移到冲洗池3内。

为了增加活性污泥海绵21与清水的接触面积，使得活性污泥海绵21能够充分的得到冲洗，在冲洗池3内设置有筛网31，筛网31设置于冲洗池3的中下部，活性污泥海绵21置于筛网31上部，清水可以充分的活性污泥海绵21内的活性污泥进行冲洗。

为了保证清水能够顺利的流入冲洗池3内，在本发明实施例中，在冲洗池3内通入用于清水流入的导管，清水通过该导管进入冲洗池3内，对活动污泥海绵21进行冲洗。需要说明的是，冲洗池3内还设置有刻度线，以便于合理调控注入清水的量。

另外，冲洗池3的底部还设置有曝气头32，便于将活性污泥海绵21中的含硒目标微生物抖落至清水中。

当在冲洗池3内冲洗完成后，需进入过滤这一实验步骤，本发明实施例中，冲洗池3和过滤箱4相连通，第一含硒目标微生物溶液在过滤箱4通过过滤介质进行过滤得到第二含硒目标微生物溶液。

当冲洗池3和过滤箱4相互独立时，冲洗池3和过滤箱4之间可以通过连通管进行连通，当然也可以将冲洗池3和过滤箱4先设置为一体，再在两者之间设置隔板进行隔开，在该隔板上开孔，从而将冲洗池3和过滤箱4连通。当然无论是连通管还是开孔，均需设置开关阀根据实验需要进行打开或关闭。

过滤介质可以为碎石、筛网或者石英砂，在本发明实施例中对过滤介质不作具体限定，只要不具备吸附性的过滤介质均可，本发明实施例中的过滤介质优选采用石英砂。

需要说明的是，过滤箱4和搅碎管5相连通，搅碎管5内设置有旋翼式叶轮51，旋翼式叶轮51和电机电连接，开启电机，电机驱动旋翼式叶轮51，旋翼式叶轮51工作使得第二含硒目标微生物溶液中的微生物受离心力作用进行裂解，得到含硒溶液。

为了进一步提升离心效率，搅碎管5的左右两端均设置有阀门开关，当搅碎管5工作时，需关闭阀门开关。

本发明实施例所公开的硒的提取装置中还包括排水道9，硒滤嘴6设置于排水道9和搅碎管5之间且与排水道9和搅碎管5相连通，硒滤嘴6包括第一滤膜61和第二滤膜62，其中第一滤膜61和第二滤膜62之间具有间隙。其中第一滤膜61靠近搅碎管5设置，第二滤膜62靠近排水道9设置。

需要说明的是，第一滤膜61的孔径优选设置为90nm-100nm之间，第二滤膜62的孔径优选设置为0.7nm-1.0nm之间，第一滤膜61和第二滤膜62之间的间隙优选设置为90nm-110nm之间。

由于活性污泥中的微生物可以通过本发明实施例中提供的硒的提取装置将含硒废水中的水溶性硒还原成硒单质，当第二含硒目标微生物溶液被搅碎后，其细胞内的硒单质便进了含硒溶液中，并以胶体形式存在，而胶体颗粒的大小通常为1nm-100nm之间，因此，第一滤膜61用于挡住比胶体大的悬浮物，这里的悬浮物主要指细胞碎屑，第二滤膜62用于挡住单质硒胶体颗粒，这样单质硒就渐渐富集在了第一滤膜61和第二滤膜62之间，当经过一定周期后，第一滤膜61和第二滤膜62之间就充满了单质硒胶体。

当然，为了方便对硒滤嘴6的取放，在硒滤嘴6上还设置有握持部，握持部可以为块状物，也可以为圆球等，当第一滤膜61和第二滤膜62之间的单质硒胶体充满之后，工作人员可以手拿握持部，将硒滤嘴6沿排水道9的长度方向进行滑动，滑动至出口处将硒滤嘴6取出，取出后再将第一滤膜61和第二滤膜62之间的单质硒通过超声波抖出即可。

需要说明的是，本发明实施例中所公开的提取装置中，各个构件的连接处均设置有过滤网，例如，粗过滤管1与活性污泥反应池2之间，活性污泥反应池2与冲洗池3之间，冲洗池3与过滤箱4之间，过滤箱4与搅碎管5之间，以防止上一构件系统中的大颗粒进入下一构件系统中。

作为其中一种实施例，硒的提取装置还包括备用箱8，其中备用箱8内用于装活性污泥和活性污泥海绵，当活性污泥海绵21在冲洗池3内完成冲洗后，滑轮组件7冲洗池3内钩起活性污泥海绵21，然后将活性污泥海绵21放入备用箱8内，再从备用箱8的底部钩起新的活性污泥海绵21运至活性污泥反应池3内即可。

备用箱8的具体位置不进行限定，但是备用箱8需设置于靠近滑轮组件7的位置，以对活性污泥海绵21方便顺利更换。

当然，本发明对于活性污泥的种类不进行限定，优选采用经过驯化的asbr(anaerobicsequencingbatchreactor)活性污泥进行实验。活性污泥优选城市污水厂污泥。

本发明实施例还公开一种硒的提取方法，包括：1)将含硒废水进行粗过滤，得到第一废水；2)将所述第一废水与含有活性污泥的活性污泥海绵进行反应，反应预设时间后得到第二废水和含硒活性污泥海绵；3)将所述含硒活性污泥的海绵进行冲洗，得到第一含硒目标微生物溶液；4)将所述第一含硒目标微生物溶液进行过滤，得到第二含硒目标微生物溶液；5)将所述第二含硒目标微生物溶液进行裂解，得到含硒溶液；6)将含硒溶液进行过滤得到单质硒。

首先在粗过滤管1中填装合理数量的过滤介质，将过滤介质导入粗过滤管1中进行初次处理，将含硒废水中的大物质颗粒去除，初次处理后的含硒废水进入活性污泥反应池2中和活性污泥海绵21中的活性污泥进行反应，活性污泥中的微生物可以吸附第一废水中的硒，经过预设反应时间后，将活性污泥海绵21放入冲洗池3内进行清水冲洗，将活性污泥海绵21中的含硒微生物溶至清水中，含硒微生物和清水混合后形成第一含硒目标微生物溶液，通过过滤箱4将第一含硒目标微生物溶液进行过滤后得到第二含硒目标微生物溶液，通过搅碎管5将第二含硒目标微生物溶液进行裂解，搅碎后形成含硒溶液，最后通过硒滤嘴6对含硒溶液进行过滤后得到单质硒。该装置能够从含硒废水中对硒资源进行有效提取，从而避免了硒资源的流失，保护了环境资源，造福了人类。

需要说明的是，活性污泥的填装量与第一废水的质量比为1:10，反应预设时间为20个周期。

为了比较含硒废水中硒的去除率，在含硒废水中硒的浓度不同以及ph值不同的情况进行3组不同的实验。

下述实验以普通活性污泥为接种污泥，实验所用的污泥取自城市污水厂氧化沟工艺的活性污泥；活性污泥的装填量与第一废水量的质量比为1:10。

实验1：

将活性污泥加入到活性污泥反应池3中，含硒废水中硒的初始浓度为1mg/l，ph值为7，温度设置于25℃，运行时间为20个周期，运用分光光度计的测定方法测定每个周期出水的硒浓度，计算其硒的去除率，实验发现硒的去除率可达97％。

实验2：

将活性污泥加入到活性污泥反应池3中，含硒废水中硒的初始浓度为4mg/l，ph值为7，温度设置于25℃，运行时间为20个周期，运用分光光度计的测定方法测定每个周期出水的硒浓度，计算其硒的去除率，实验发现硒的去除率可达87％。

实验3：

将活性污泥加入到活性污泥反应池3中，含硒酸性废水中硒的初始浓度为4mg/l，ph值为5，温度设置于25℃，运行时间为10个周期，运用分光光度计的测定方法测定每个周期出水的硒浓度，计算其硒的去除率，实验发现硒的去除率平均为72％。

经过3组实验结果比较可知，硒的去除效果在硒为低浓时较硒为高浓度时的去除效果较好；在ph不同的高浓度废水中，ph为7的酸性废水中硒的去除效果较ph为5的去除效果好。因此建议对于进行处理的含硒废水，可以适当稀释或者保持中性进入本装置进行硒的提取。

请参考附图6-8，附图6-8中分别从实验1中选取了4个反应周期，从实验2中选取了3个反应周期，从实验3中选取了2个反应周期通过柱状图的形式进行体现。

需要说明的是，每个反应周期的时间为3-6个小时。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。