专利名称：一种非固定式生物吸附剂处理废水及回收重金属的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水处理领域，具体为吸附处理废水并回收重金属的方法和装置，尤其是非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的装置。
背景技术：
随着工业的产能日益增长，其对于能源与环境方面的需求愈显紧张。传统的工业废水处理方式方法基建占地大，处理方式单一，物料耗费多，处理量能有限度，以及对于部分废水可利用成分无法回收利用，自上世纪四十年代，RuchhOft以其命名的生物吸附的方法有效去除水中的Pu后，人们对此进行了大量的研究。近年来，对于细菌、放线菌、酵母菌和霉菌的生物吸附机制有一定的深入，但还不很透彻。理论观点认为生物吸附主要包括静电吸引、络合、离子交换、微沉淀、氧化还原反应，相应物化过程主要依靠生物体细胞壁膜表面的一些如羟基、羧基、氨基、酰胺基和磷酰基等有金属络合、配位能力的基团发生作用。现有的传统处理方法如物化沉淀吸附通常添加各类化学药剂，或是沉淀池等方法，易造成二次污染或是处理时间长，尤其对于其中的工业成分如重金属离子不能有效分离再利用。国内在新兴的污水技术处理方面，如08年底甘肃金川公司“含重金属离子污水处理站”，采用物理化学法沉淀去除工业废水中的重金属离子，但基建成本高，日常处理废水所需物料量大且无法再生。09年南通名天环保也以物化法沉淀吸附原理集成各工序，制造出污水处理机直接在生产企业排污端直接处理污水，两者处理结果理想；但活性炭作为主吸附剂，其对于有弹性的胶体废水处理存在技术瓶颈，必须在吸附前投加活化剂、沉淀剂、 稳絮剂等，加之吸附用的活性炭的再生能耗大，吸附后的重金属脱附效率不高，这些也正说明其并非最佳的吸附及处理方法。对于生物吸附法，日本东丽在2010年下半年以其卓越的技术将生物吸附剂固定在IOum的绕线过滤器上，掺入直径为2mm 20mm的活性炭小球直接用于回收工业废水中的重金属，回收方式为直接焚烧。基于其超微固定化技术在全球遥遥领先，作为吸附材料的固定法用于工业批量使用，至少在现阶段的实用性方面还有欠缺。而对于非固定法处理废水，2010年底韩国公司发布了对于冰淇淋生产废水的微生物非固定法处理的结果，该方案采用废水与菌群直接混合，明显缩短了吸附时间，提供了一种新的处理工艺，出水口 COD达到美国NPDES排放标准。这个技术方案并未对废水中的有效成分进行回收利用方面进行深化。本发明在现有技术的基础上，采取非固定法对废水中的重金属离子高效吸附并回收利用。
发明内容
本发明旨在提供一种非固定式生物吸附剂处理废水及回收重金属的方法。、
本发明还提供了实现上述方法的装置。一种非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的装置，结构包括连接在一起的混合反应器和除菌过滤器；除菌过滤器与混合反应器之间并联回收分离单元；回收分离单元包括初滤槽、解析池、回收分离槽和解析桶；混合反应器与初滤槽、解析池和回收分离槽、依次连接并形成回路；初滤槽、混合反应器及除菌过滤器之间以工艺阀相连接；解析桶分别与回收分离槽及解析池连接。并且，混合反应池上游与滴定桶、活化槽和污水调节池连接。处理方法为，将待处理的废水与生物吸附剂混合，pH值调节为4 5，在混合反应器内反应处理；将反应后的吸附剂与废水的混合物固液分离，液体流回混合反应器继续处理；用解析液洗脱除去吸附剂上重金属离子；再生后的吸附剂经分离后回到混合反应器；洗涤的解析液可重复使用；解析的原理是在膜壁表面环境下H离子酸性条件下与被吸附的金属离子进行互换的过程。 在解析池内用解析液洗涤生物吸附剂表面的金属离子，过滤分离，生物吸附剂回到混合反应器继续使用。上述反应持续时间为I 6小时。通过上述方法处理后的废水，现可达到国家二级污水排放标准。然后将处理过的废水经固液分离后，生物吸附剂可重复使用，处理后的废水可排放或回用。废水中的重金属离子集中在解析液内，可回收利用。所使用的生物吸附剂为酵母菌或酵母菌的细胞壁膜，在使用前可用超声波处理乳化分离杂质(如去除酚基等)并使生物吸附剂均匀分散在悬浊液中。所述的生物吸附剂为酵母菌时，与废水的用量比为5 50g/L ;所用生物吸附剂为酵母菌细胞壁膜时，与废水的用量比为O. I 5g/L，优选为O. 5 2g/L。酵母菌可选用啤酒酵母、蛋白酶酵母等制药厂或酿造厂的废弃料。酵母菌细胞壁膜的制备方法为，向酵母中加入酵母噬菌体(如嗜菌酵母等)，反应后用高温处理杀死酵母及噬菌体，滤去线粒体、细胞核等物质，获得酵母菌细胞壁外膜。生物吸附剂在反应前用超声处理10 15分钟活化，超声处理的效果是乳化病去除酚基等杂质，菌体有效分散于悬浊液中。现有的传统处理方法如物化沉淀吸附通常添加各类化学药剂，或是沉淀池等方法，易造成二次污染或是处理时间长，尤其对于其中的工业成分不能有效分离再利用。本发明采用微生物非活性酵母菌，尤其是作为工业废料的酵母菌废弃料为主要吸附原料处理废水，工艺过程中不添加其他物质，无污染，无毒且安全，符合绿色环保要求。本项目针对生产企业对工业废水回收处理及再利用方面的需求情况，提供了一种全新的非活性微生物工艺处理废水工艺及装置，能以极低的能耗，无毒无二次污染且可选择性地回收重金属离子并达到排放标准实现循环利用。本发明为生产企业在废水处理方面提供了低能耗，无毒清洁，经济的装置和处理方法。通过本发明方法和装置处理的废水，能达到污水排放标准并可以回用；同时回收的重金属可市场回用并产生了一定的经济效益。
图I为实施例I中处理装置的结构示意图。I-混合反应器，2-活化槽，3-滴定桶，31-计量泵，32-污水调节池，4_除菌过滤器，5-解析桶，61-初滤槽，62-解析池，63-回收分离槽，64-计量泵，65-工艺阀，66-排水管
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明实施例I如图I所示，一种非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的装置，结构包括混合反应器1，装有碱性溶液或酸性溶液的滴定桶3、装有生物吸附剂(酵母等)的活化槽2 ；装有待处理废水的污水调节池分别连接到混合反应器；混合反应器通过工艺阀 65经排水管66 连接到除菌过滤器；同时，除菌过滤器与混合反应器之间设有回收分离单元；回收分离单元包括初滤槽61、解析池62、回收分离槽63和装有解析液的解析桶5 ;混合反应器与初滤槽61、解析池 62回收分离槽63依次连接并形成回路；初滤槽、混合反应器及除菌过滤器之间以工艺阀65 相连接；装有解析液的解析桶5分别与回收分离槽及解析池连接；解析桶与解析池之间设有计量泵64。使用中，废水为酸性，其中所含Cu2+离子浓度为200mg/L。处理工艺为，滴定桶3内装有浓度为O. IM的NaOH溶液，活化槽内装有生物吸附齐U，生物吸附剂为酿酒厂发酵后废弃的啤酒酵母菌悬浮液，生物吸附剂用超声波处理10 15分钟活化分散均勻；将1000L废水从污水调节池中抽出送入混合反应器1，用计量泵31将NaOH溶液和生物吸附剂一同送入混合反应器。混合后进入混合反应器的废水PH值为4 5，生物吸附剂用量35Kg;送料之后，将废水在混合反应器内搅拌反应，调节工艺阀，关闭混合反应器与除菌过滤器之间的通路，使反应后的生物吸附剂与废水的混合物进入初滤槽；在初滤槽内经过固液分离，液体经工艺阀65由排水管66流回混合反应器继续处理；生物吸附剂进入解析池；用计量泵64将解析桶内的解析液抽入解析池，在解析池内对生物吸附剂进行反冲洗涤，将生物吸附剂上所吸附的重金属离子洗涤下来；生物吸附剂与解析液的混合物在回收分离槽内分离，洗涤后的生物吸附剂送回混合反应器回用，解析液回到解析桶内。解析液为O. IMHCl溶液或硫酸溶液。上述操作持续6小时后，调节工艺阀，关闭混合反应器与初滤槽之间的通路，将生物吸附剂与废水的混合物废水送入除菌过滤器，将处理后的废水与生物吸附剂分离。生物吸附剂经洗涤后可再次使用；处理后的废水中铜离子含量低于lmg/L，含量水平达到国家污水二级排放标准。经过上述方法处理后，废水中重金属离子富集于解析液中，可回收利用重金属离子。吸附剂可反复使用10 30次。
实施例2非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的装置同实施例I。使用中，废水为酸性，其中所含Ni2+离子浓度240mg/L，Cu2+离子浓度为110mg/L。处理工艺为，滴定桶3内装有浓度为O. 5M的NaOH溶液(或其他碱性溶液)，活化槽内装有生物吸附剂，生物吸附剂为生物发酵生产蛋白酶的废弃酵母菌壁膜悬浮液，生物吸附剂用超声波处理10 15分钟活化分散均匀；酵母菌细胞壁膜的制备方法为，向酵母中加入酵母噬菌体(如嗜菌酵母等)，反应后用高温处理杀死酵母及噬菌体，滤去线粒体、细胞核等物质，获得酵母菌细胞壁外膜；将1000L废水从污水调节池中抽出送入混合反应器1，用计量泵31将NaOH溶液和生物吸附剂一同送入混合反应器。混合后进入混合反应器的废水PH值为4 5，生物吸附剂用量为lKg。送料之后，将废水在混合反应器内搅拌反应，调节工艺阀，关闭混合反应器与除菌过滤器之间的通路， 使反应后的生物吸附剂与废水的混合物进入初滤槽；在初滤槽内经过固液分离，液体经工艺阀65由排水管66流回混合反应器继续处理；生物吸附剂进入解析池；用计量泵64将解析桶内的解析液抽入解析池，在解析池内对生物吸附剂进行反冲洗涤，将生物吸附剂上所吸附的重金属离子洗涤下来；生物吸附剂与解析液的混合物在回收分离槽内分离，洗涤后的生物吸附剂送回混合反应器回用，解析液回到解析桶内。解析液为O. 2MHC1溶液或硫酸溶液。上述操作持续4小时后，调节工艺阀，关闭混合反应器与初滤槽之间的通路，将生物吸附剂与废水的混合物废水送入除菌过滤器，将处理后的废水与吸附剂分离。吸附剂经洗涤后可再次使用；处理后的废水中镍离子含量低于lmg/L，铜离子含量低于lmg/L，含量水平达到排放标准，可按实际需求进行排放或回用。
权利要求
1.一种非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的装置，其特征在于，结构包括连接在一起的混合反应器和除菌过滤器； 除菌过滤器与混合反应器之间并联回收分离单元；回收分离单元包括初滤槽、解析池、回收分离槽和解析桶；混合反应器与初滤槽、解析池和回收分离槽、依次连接并形成回路；初滤槽、混合反应器及除菌过滤器之间以工艺阀相连接； 解析桶分别与回收分离槽及解析池连接。
2.权利要求I所述非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的装置，其特征在于，所述混合反应池上游与滴定桶、活化槽和污水调节池连接。
3.一种非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的方法，其特征在于，步骤包括 将待处理的废水与吸附剂混合，废水的PH值调节为4 5，在混合反应器内反应处理；所述的吸附剂为酵母菌或酵母菌的细胞壁膜； 将反应后的吸附剂与废水的混合物固液分离，液体流回混合反应器继续处理； 用解析液洗脱除去吸附剂上重金属离子；再生后的吸附剂经分离后回到混合反应器； 上述反应持续I 6小时；处理后的废水经过固液分离排放或回用。
4.权利要求3所述非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的方法，其特征在于，所述的生物吸附剂为酵母菌时，与废水的用量比为5 50g/L ;所用生物吸附剂为酵母菌细胞壁膜时，与废水的用量比为0. I 5g/L。
5.权利要求3所述非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的方法，其特征在于，所用生物吸附剂为酵母菌细胞壁膜时，与废水的用量比为0. 5 2g/L。
6.权利要求3所述非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的方法，其特征在于，所述的解析液为酸溶液，氢离子含量为0. I 2M。
7.权利要求3所述非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的方法，其特征在于，待处理废水中重金属离子的浓度为10 200mg/L。
8.权利要求3所述非固定式生物吸附剂处理工业废水及回收重金属的方法，其特征在于，所述的吸附剂在反应前用超声处理10 15分钟活化。
全文摘要
本发明涉及水处理领域，具体为吸附处理废水并回收重金属的方法和装置，结构包括连接在一起的混合反应器和除菌过滤器；除菌过滤器与混合反应器之间并联回收分离单元。处理方法为，将待处理的废水与生物吸附剂混合，pH值调节为4～5之间，在混合反应器内反应处理；将反应后的吸附剂与废水的混合物固液分离，液体流回混合反应器继续处理；用解析液洗脱除去吸附剂上重金属离子；再生后的吸附剂经分离后回到混合反应器。吸附剂为酵母菌或酵母菌细胞壁膜。本发明可回收重金属，且低能耗。
文档编号C02F9/14GK102701511SQ20111007434
公开日2012年10月3日 申请日期2011年3月28日 优先权日2011年3月28日
发明者平超峰, 段苏权 申请人:上海鑫洲生物科技有限公司