CN107935332A - 一种赤泥的连续生物脱碱工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种赤泥的连续生物脱碱工艺,先在配料罐中将赤泥粉与营养液混合均匀,将混合浆液泵入脱碱罐,在脱碱罐中利用菌体分泌的有机酸等代谢产物和呼吸作用产生的二氧化碳降低赤泥的碱度;脱碱阶段菌种一直维持在对数生长期,具有强大的产酸能力,脱碱后的浆液泵入混凝罐,通过混凝反应使混合浆液中的菌丝体及微小赤泥颗粒形成絮凝体和聚集体,之后进入沉降罐进行固液分离,脱碱液呈中性,可回收其中的金属元素,脱碱后的赤泥呈中性,可安全堆存。本发明以黑曲霉为脱碱菌种,菌体细胞与赤泥颗粒完全接触,以连续进液和连续出液为运行模式,可实现赤泥中碱度的高效率脱除,同时具有绿色环保、低能耗、工艺简单、可规模化生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及工业固体废弃物的无害化处理领域,具体涉及一种赤泥的连续生物脱碱工艺。
背景技术
赤泥是氧化铝工业产出的固态或半固态粉泥状固体废弃物,其富含三价铁离子而呈现红色或红棕色。每生产1吨氧化铝会产生1.5吨左右的赤泥。截止2016年,全球赤泥堆存量超过30亿吨,并以每年1.2亿吨的速度递增。我国赤泥堆存量已超过4.0亿吨,赤泥年产量超过0.6亿吨。目前赤泥的资源化利用效率很低,因此绝大部分外排的赤泥只能堆存处置。但是由于赤泥具有极高的碱度,在堆存时赤泥的碱性渗滤液一旦外流,会给周边地表水、地下水或土壤环境造成严重污染。且赤泥表层的碱性粉尘会通过风力输送至周边农田,加剧碱性污染程度。同时赤泥极高的碱度会严重抑制其资源化利用效率,例如将赤泥作为建筑材料添加剂或回收赤泥中贵重金属元素。因此,赤泥脱碱对于其安全堆存和资源化利用有重要的现实意义。
目前赤泥脱碱有以下几种方法:
1.石灰脱碱法。该方法通过石灰中的钙离子与赤泥中的氢氧根、碳酸根形成沉淀去除赤泥中的碱度,该方法碱度去除率低,当赤泥表层的氢氧化钙和碳酸钙等沉淀溶解后容易再次释放碱度。
2.二氧化碳中和法。通过二氧化碳水解后与赤泥中钙、镁等离子形成沉淀降低赤泥碱度,该方法仪器设备复杂、能耗高、初期投资花费大,且中和后的pH极易反弹。
3.酸中和法。通过硫酸、盐酸等无机酸或柠檬酸等有机酸中和赤泥的碱度,该方法耗酸量极大,运行费用高,且容易造成二次污染。
4.水洗中和法。该方法通过溶剂水溶解赤泥中的碱性物质,再将碱性水排出,从而降低赤泥的碱度。该方法对赤泥的碱度脱除效率低,且外排的大量碱性液体不能直接排放,提升了整个工艺的后续处理费用。
5.海水中和法。该方法同样具有脱碱效率低下的缺陷,且只适用于沿海地区。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有方法和技术的不足,提供一种赤泥的连续生物脱碱工艺。该工艺以黑曲霉为脱碱菌种、以菌体细胞与赤泥颗粒完全接触为特点、以连续进液和连续出液为运行模式,可实现赤泥中碱度的高效率脱除,同时具有绿色环保、低能耗、工艺简单、可规模化生产等优点。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种赤泥的连续生物脱碱工艺,在赤泥的连续生物脱碱装置中进行,具体包括以下步骤:
(1)在配料罐中配制混合浆液,所述混合浆液由赤泥粉和营养液组成,赤泥粉和营养液分别通过赤泥粉进料管和营养液进料管加入配料罐中,经搅拌装置拌匀;所述赤泥粉为干赤泥磨碎后过10~20目筛,赤泥粉在混合浆液中的质量比为1~15%;
(2)赤泥的生物脱碱过程在脱碱罐中进行,脱碱罐的运行分为启动阶段和连续脱碱阶段;
在启动阶段,培养模式为批次进料和排料,配料罐中的混合浆液通过流量泵进入脱碱罐,在脱碱罐中接种活化后的黑曲霉孢子悬液,脱碱罐中一次进满混合浆液,混合浆液的赤泥浓度为1%,设定培养条件,培养至混合浆液pH降至3.0或培养时间达到240小时停止培养,从脱碱罐排出混合浆液总体积的85~95%至混凝罐,算作第一个启动周期;第二个启动周期,脱碱罐中一次进满混合浆液,混合浆液的赤泥浓度提升为2%,培养条件与第一周期相同,直至混合浆液pH降至3.0或培养时间达到240小时停止培养,从脱碱罐排出混合浆液总体积的85~95%至混凝罐,算作第二个启动周期,以此类推,每下一个周期混合浆液中的赤泥浓度比上一周期提升1%,直至提升至15%,培养后,启动阶段结束;启动阶段的最后一个周期混合浆液中赤泥浓度为15%,预培养结束后,混合浆液不再从脱碱罐排出,而是转入连续脱碱阶段;
在连续脱碱阶段,***运行模式为连续进料和连续出料,通过流量泵调节混合浆液的进液流量和排液流量,使脱碱罐中混合浆液的体积不低于脱碱罐总有效体积的90%,脱碱罐中混合浆液的赤泥浓度控制在10-15%;连续脱碱阶段的控制条件为:混合浆液在脱碱罐中的停留时间为使混合浆液的pH值保持在6.5~7.5,同时曝气强度为2.8~3.2m3/m2h,搅拌速度为180~260rpm,温度为30~36℃;
(3)脱碱罐连续脱碱阶段流出的浆液进入混凝罐,通过混凝反应使混合浆液中的菌丝体及微小赤泥颗粒形成絮凝体和聚集体,从而便于在沉降罐中固液分离,通过混凝罐上部的混凝剂进料管加入混凝剂,通过混凝罐内的搅拌装置使浆液与混凝剂混合均匀;
(4)从混凝罐中流出的浆液进入沉降罐进行固液分离,沉降时间为1~3h;沉降罐上部的上清液即为赤泥的脱碱液,从沉降罐上部的脱碱液出料管流出,其pH值为中性,直接排放或用于回收其中富集的金属离子;沉降罐下部的泥浆是菌体细胞和赤泥颗粒的混合物,从沉降罐下部的出泥管流出,进入板框压滤机进一步脱水;在板框压滤机脱除的压滤液回流至混凝罐中;脱水后的残渣即为脱碱赤泥,其pH值为中性,安全堆存处置,或用做建筑材料的添加剂或回收贵重金属的原材料;或烘干后在320~350℃高温焚烧,进一步去除脱碱赤泥中的菌体细胞。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的赤泥的连续生物脱碱工艺,其中,步骤(1)所述营养液的组成按照质量浓度为:蔗糖5~15%、酵母膏0.01~0.02%、牛肉膏0.01~0.02%、KNO30.02~0.05%,溶剂为水;
或者,所述营养液由蛋白胨、水、水果残渣和/或甘蔗残渣组成,所述水果残渣和/或甘蔗残渣烘干破碎后90%以上能过18目,且水果残渣和/或甘蔗残渣在营养液中的加入量为使营养液中的总有机碳(TOC)含量为10%~25%;所述蛋白胨在营养液中的质量分数为0.01~0.02%。
前述的赤泥的连续生物脱碱工艺,其中,步骤(2)中所述黑曲霉通过购买或自行分离培养得到,黑曲霉在接种前需活化,方法为:将黑曲霉孢子接种于PDA平板,生长成熟的孢子采用灭菌的生理盐溶液洗脱,制成孢子悬液,孢子悬液中黑曲霉孢子浓度为1×107~1×108个/mL;启动阶段中,脱碱罐中接种的黑曲霉孢子悬液的接种量为脱碱罐中混合浆液体积的0.1%~0.5%。
前述的赤泥的连续生物脱碱工艺,其中,步骤(2)启动阶段所述的培养条件为:曝气强度为2.4~3.0m3/m2h,搅拌速度为160~240rpm,温度为30~36℃。
前述的赤泥的连续生物脱碱工艺,其中,步骤(2)启动阶段中,当混合浆液的赤泥浓度在5%或以内,营养液需在120℃以上和102.5kPa以上灭菌30min后才能进入配料罐;当赤泥浓度超过5%,营养液不需灭菌,直接进入配料罐。
前述的赤泥的连续生物脱碱工艺,其中,步骤(3)所述混凝剂为聚丙烯酰胺,混凝剂质量浓度为3~5%,混凝剂投加模式为连续加料,其投加流量为进入混凝罐中浆液流量的0.05~0.1%,搅拌装置的搅拌速度为50~60rpm,反应15~60min。
前述的赤泥的连续生物脱碱工艺,其中,所述赤泥的连续生物脱碱装置包括配料罐(2),脱碱罐(9),混凝罐(14)和沉降罐(15),所述配料罐(2)与脱碱罐(9)通过管道连接,脱碱罐(9)与混凝罐(14)通过管道连接,混凝罐(14)与沉降罐(15)通过管道连接,且每个管道上均设置有控制阀(5)和流量泵(6);
所述配料罐(2)上设有赤泥粉进料管(1)和营养液进料管(4);脱碱罐(9)顶部设有接种盖(18)和带滤菌器的排气孔(19),底部设有曝气装置;脱碱罐(9)内设置有pH监测器(7)、溶解氧监测器(8)和温控装置(10);
所述混凝罐(14)上设有混凝剂进料管(13),沉降罐(15)上部设有脱碱液出流管(16),底部设有出泥管(17),该出泥管(17)与板框压滤机连接,板框压滤机的滤液出口与混凝罐(14)的入口连接;
所述配料罐(2)、脱碱罐(9)和混凝罐(14)内均装有搅拌装置(3)。
前述的赤泥的连续生物脱碱装置,其中,所述配料罐和脱碱罐的材质均为不锈钢;所述混凝罐和沉降罐的材质均为玻璃。
前述的赤泥的连续生物脱碱装置,其中,所述配料罐和脱碱罐的有效容积均为30L,所述混凝罐的有效容积为0.5L,沉降罐的有效容积为1L。
前述的赤泥的连续生物脱碱装置,其中,所述搅拌装置(3)为叶片式的旋转机械搅拌器;
所述曝气装置包括设置于脱碱罐底部内的微孔曝气头(11)和设置于脱碱罐外的空气压缩机(12),且微孔曝气头(11)和空气压缩机(12)之间还设置滤菌器;
所述温控装置(10)包括温控传感器和加热棒。
借由上述技术方案,本发明的优点和有益效果在于:
1.本发明利用赤泥本身对微生物的抑菌作用以及黑曲霉的生长优势,在不构建严格的无菌环境及不对培养基高温高压灭菌的情况下可维持生物脱碱的高效率运行。
2.本发明采用连续进料和连续出料的运行模式,使脱碱功能菌始终处于对数生长期,因此菌体具有高效率的代谢产酸活性,可避免批次运行模式下脱碱功能菌延滞期和衰亡期产酸代谢效率不高的缺陷。
3.本发明能够以水果垃圾为脱碱功能菌的营养物质,从而实现以废治废的目的。
4.本发明中黑曲霉的菌丝体能够与赤泥颗粒完全接触,发充分挥菌丝体对赤泥颗粒的机械破坏和酸溶作用,从而有利于提升赤泥的脱碱效率。
5.本发明不需投加无机酸,基本无二次污染。脱碱液pH值为中性,可直接排放。脱碱赤泥的pH值为中性,可安全堆存或直接资源化利用。
附图说明
图1是本发明的装置图;
图2是赤泥与黑曲霉菌丝相互作用的扫描电镜图。
【元件符号说明】
1、赤泥粉进料管; 2、配料罐; 3、搅拌装置; 4、营养液进料管;
5、控制阀; 6、流量泵; 7、pH监测器; 8、溶解氧监测器;
9、脱碱罐; 10、温控装置; 11、微孔曝气头; 12、空气压缩机;
13、混凝剂进料管; 14、混凝罐; 15、沉降罐; 16、脱碱液出流管;
17、出泥管; 18、接种盖; 19、排气孔
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的一种赤泥的连续脱碱生物淋滤装置及方法,其具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。
本发明通过以下技术方案实现:
1.在配料罐2中进行混合浆液的配制:混合浆液由赤泥粉和营养液组成,赤泥粉和营养液分别通过赤泥粉进料管1和营养液进料管4加入配料罐2中制成混合浆液。配料罐中设有搅拌装置3,可将赤泥粉与营养液均匀混合。
赤泥粉为干赤泥磨碎后过10~20目筛。赤泥粉在混合浆液中的质量比为1~15%。
营养液的组成按照质量浓度为:蔗糖5~15%、酵母膏0.01~0.02%、牛肉膏0.01~0.02%、KNO3 0.02~0.05%溶剂为水。
或者,营养液由蛋白胨、水、水果残渣和/或甘蔗残渣组成,所述水果残渣和/或甘蔗残渣烘干破碎后90%以上能过18目,且水果残渣和/或甘蔗残渣在营养液中的加入量为使营养液中的总有机碳(TOC)含量为10%~25%;所述蛋白胨在营养液中的质量分数为0.01~0.02%。
配料罐中的混合浆液通过流量泵进入脱碱罐。
2.赤泥的生物脱碱过程在脱碱罐9中进行。脱碱罐底部配有曝气装置和搅拌装置3。搅拌装置为叶片式的旋转机械搅拌器。曝气装置为空气压缩机12和微孔曝气头11,微孔曝气头在脱碱罐底部曝气。空气压缩机与微孔曝气头之间设有滤菌器,过滤进入脱碱罐内高压空气中的杂菌。脱碱罐内配有pH监测器7和溶解氧(DO)监测器8,可实时监测pH和DO。脱碱罐内配有温控装置10,温控装置包括温度传感器和加热棒。在脱碱罐顶部位置设有可开启的接种盖18,接种盖与脱碱罐密封良好,只有接种菌种时打开此接种盖,接种完毕立即关闭。脱碱罐顶部位置设有带滤菌器的排气孔19,当曝气时脱碱罐内部高压气体可通过排气孔进入外部空间,维持脱碱罐内外气压平衡。
脱碱罐的运行分为启动和连续脱碱两个阶段。启动阶段的作用是提升脱碱功能菌对赤泥极端生境的适应能力,避免菌种因突然接触高浓度赤泥而大量失活、在脱碱阶段活菌数量无法维持的现象。在脱碱阶段,通过菌体分泌的有机酸等代谢产物和呼吸作用产生的二氧化碳降低赤泥的碱度。脱碱阶段采用连续进料和连续出料的运行模式,该模式可使菌种一直维持在对数生长期,菌种具有很高的产酸能力,避免生长延滞期对生物脱碱效率的负面影响。
(1)在启动阶段,培养模式为批次进料和批次排料。配料罐中的混合浆液通过流量泵进入脱碱罐,在脱碱罐中接种活化后的黑曲霉孢子悬液,接种量为脱碱罐中混合浆液体积的0.1%~0.5%。黑曲霉可购买,也可自行分离培养。黑曲霉在接种前需活化:将黑曲霉孢子接种于PDA平板,生长成熟的孢子采用灭菌的生理盐溶液洗脱,制成孢子悬液,孢子悬液中黑曲霉孢子浓度约为1×107~1×108个/mL。
脱碱罐中一次进满混合浆液,混合浆液的赤泥浓度为1%,曝气强度为2.4~3.0m3/m2h,搅拌速度为160~240rpm,温度为30~36℃。培养至浆液pH降至3.0或培养时间达到240小时停止培养,从脱碱罐排出浆液总体积的85~95%至混凝罐,算作第一个启动周期。第二个启动周期,脱碱罐中一次进满混合浆液,混合浆液的赤泥浓度提升为2%,培养条件与第一周期相同,直至浆液pH降至3.0或培养时间达到240小时停止培养,从脱碱罐排出浆液总体积的85~95%至混凝罐。以此类推,每下一个周期混合浆液中的赤泥浓度比上一周期提升1%,直至提升至15%,培养后,启动阶段结束。
除了最后一个启动周期,前面每一启动周期排出至混凝罐的脱碱浆液均在混凝罐和混凝剂反应,并进入沉降罐进行固液分离后排出,即每一启动周期均进行一个完整的工艺流程。
当混合浆液的赤泥浓度在5%或以内,营养液需在120℃以上和102.5kPa以上灭菌30min后才能进入配料罐。当赤泥浓度超过5%,营养液不需灭菌,可直接进入配料罐。预培养结束的最后一个周期混合浆液中赤泥浓度为15%,培养结束后,不再一次性从脱碱罐排出浆液总体积的85~95%,而是转入连续脱碱阶段。
(2)在连续脱碱阶段,***运行模式为连续进料和连续出料。通过流量泵调节混合浆液的进液流量和排液流量,使脱碱罐中混合浆液的体积不低于脱碱罐总有效体积的90%。脱碱罐中混合浆液的赤泥浓度控制在10~15%。脱碱阶段的控制条件:混合浆液在脱碱罐中的停留时间为使混合浆液的pH值保持在6.5~7.5,同时曝气强度为2.8~3.2m3/m2h,搅拌速度为180~260rpm,温度为30~36℃。
3.从脱碱罐中流出的浆液进入混凝罐,通过混凝反应使混合浆液中的菌丝体及微小赤泥颗粒形成絮凝体和聚集体,从而便于在沉降罐中固液分离。通过混凝罐上部的混凝剂进料管加入混凝剂。混凝罐中设有搅拌装置,可将浆液与混凝剂混合均匀。混凝剂为聚丙烯酰胺,混凝剂质量浓度为3~5%,搅拌速度为50~60rpm,混凝剂投加模式为连续加料,其投加流量为进入混凝罐中浆液流量的0.05~0.1%,反应15~60min。
4.从混凝罐中流出的浆液进入沉降罐进行固液分离,沉降时间为1~3h。沉降罐上部的上清液即为脱碱液,脱碱液从沉降罐上部的脱碱液出料管流出,其pH值为中性,可直接排放,也可回收其中富集的钾、钠等金属离子。沉降罐下部的泥浆是菌体细胞和赤泥颗粒的混合物,泥浆从沉降罐下部的出泥管流出,进入板框压滤机进一步脱水。在板框压滤机脱除的压滤液回流至混凝罐中。脱水后的残渣即为脱碱赤泥,其pH值为中性,可以安全堆存处置,也可用做建筑材料的添加剂或回收贵重金属的原材料。若进一步去除脱碱赤泥中的菌体细胞,可将脱碱赤泥烘干后在320~350℃高温焚烧。
当在连续脱碱阶段,脱碱罐中混合浆液的赤泥浓度控制在10~15%。赤泥粉的浓度过低有可能使杂菌在营养液中繁殖,赤泥粉的浓度过高会抑制脱碱罐中菌体的生长代谢活性,从而降低脱碱效率。
实施例:
配料罐的有效容积为30L,材质为304不锈钢。干赤泥磨碎后过10~20目。营养液采用去离子水为溶剂,营养液成分配比:蔗糖10%、酵母膏0.02%、牛肉膏0.02%、KNO30.05%。将赤泥粉与营养液加入配料罐中混合均匀,赤泥粉初始投加量为300g,营养液在121℃、103kPa灭菌并加满配料罐。
脱碱罐的有效容积为30L,材质为304不锈钢。在脱碱罐中先进行启动阶段的批次运行模式。配料罐中的混合浆液通过流量泵进入脱碱罐,当混合浆液充满脱碱罐后,打开接种盖,投加60mL已活化过的黑曲霉孢子悬液。调整脱碱罐的各项运行参数,曝气量为250L/h,搅拌速度为200rpm,温度为32℃。当pH监测器上的pH值低于3.0时,停止运行反应器,排出27L混合浆液至混凝罐,第一个启动周期结束。将配料罐中混合浆液的赤泥浓度提升至2%,并将混合浆液加满脱碱罐,脱碱罐运行参数同第一个启动周期。当pH监测器上的pH值低于3.0时,停止运行反应器,排出27L混合浆液至混凝罐,第二个启动周期结束。将配料罐中混合浆液的赤泥浓度提升至3%,混合浆液加满脱碱罐,脱碱罐运行参数同第一个启动周期。当pH监测器上的pH值低于3.0时,停止运行反应器,排出27L混合浆液,第三个启动周期结束。以此类推,每下一个周期混合浆液中的赤泥浓度比上一周期提升1%。当赤泥浓度为6%或以上时,营养液不再需要灭菌,可直接进入配料罐。当混合浆液的赤泥浓度提升至15%,混合浆液加满脱碱罐,启动阶段结束,***进入连续进料和连续出料的脱碱阶段,在脱碱罐出料的同时加入等量的进料,维持脱碱罐内部充满混合浆液的状态。将配料罐中混合浆液的赤泥浓度调整为12%。连续脱碱阶段脱碱罐的运行参数:曝气量为280L/h,搅拌速度为220rpm,温度为32℃,混合浆液停留时间为56h。调整脱碱罐进液管和出液管的流量泵,使进出流量控制在8.9mL/min。
从脱碱罐中流出的混合浆液进入混凝罐。混凝罐的有效容积为0.5L,材质为玻璃。混凝罐的运行参数为:质量浓度为5%的聚丙烯酰胺溶液的投加速率为0.3mL/h,搅拌速度为60rpm,通过流量泵控制流速为8.9mL/min。
混凝罐中流出的浆液进入沉降罐进行固液分离。沉降罐的有效容积为1L,材质为玻璃。通过流量泵控制流速为8.9mL/min。沉降罐下部的脱碱赤泥从出泥管流出,进入板框压滤机进一步脱水。脱水后的赤泥在焚烧炉内350℃焚烧,脱除菌体后的脱碱赤泥可以安全堆存处置,也可以作为建筑材料的添加剂或回收贵重金属元素的原材料。沉降罐上部的上清液即为脱碱液,从沉降罐的脱碱液出流管中流出,可以直接排放。
经pH测定仪检测,通过该***处理后的脱碱赤泥的pH值为7.05,脱碱液的pH值为6.93,实现了赤泥中碱度的高效率脱除。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明做任何形式上的限制,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,利用上述技术内容做出些许更动或修饰的实施例,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种赤泥的连续生物脱碱工艺,其特征在于在赤泥的连续生物脱碱装置中进行,具体包括以下步骤:
(1)在配料罐中配制混合浆液,所述混合浆液由赤泥粉和营养液组成,赤泥粉和营养液分别通过赤泥粉进料管和营养液进料管加入配料罐中,经搅拌装置拌匀;所述赤泥粉为干赤泥磨碎后过10~20目筛,赤泥粉在混合浆液中的质量比为1~15%;
(2)赤泥的生物脱碱过程在脱碱罐中进行,脱碱罐的运行分为启动阶段和连续脱碱阶段;
在启动阶段,培养模式为批次进料和排料,配料罐中的混合浆液通过流量泵进入脱碱罐,在脱碱罐中接种活化后的黑曲霉孢子悬液,脱碱罐中一次进满混合浆液,混合浆液的赤泥浓度为1%,设定培养条件,培养至混合浆液pH降至3.0或培养时间达到240小时停止培养,从脱碱罐排出混合浆液总体积的85~95%至混凝罐,算作第一个启动周期;第二个启动周期,脱碱罐中一次进满混合浆液,混合浆液的赤泥浓度提升为2%,培养条件与第一周期相同,直至混合浆液pH降至3.0或培养时间达到240小时停止培养,从脱碱罐排出混合浆液总体积的85~95%至混凝罐,算作第二个启动周期,以此类推,每下一个周期混合浆液中的赤泥浓度比上一周期提升1%,直至提升至15%,培养后,启动阶段结束;启动阶段的最后一个周期混合浆液中赤泥浓度为15%,预培养结束后,混合浆液不再从脱碱罐排出,而是转入连续脱碱阶段;
在连续脱碱阶段,***运行模式为连续进料和连续出料,通过流量泵调节混合浆液的进液流量和排液流量,使脱碱罐中混合浆液的体积不低于脱碱罐总有效体积的90%,脱碱罐中混合浆液的赤泥浓度控制在10~15%;连续脱碱阶段的控制条件为:混合浆液在脱碱罐中的停留时间为使混合浆液的pH值保持在6.5~7.5,同时曝气强度为2.8~3.2m3/m2h,搅拌速度为180~260rpm,温度为30~36℃;
(3)脱碱罐连续脱碱阶段流出的浆液进入混凝罐,通过混凝反应使混合浆液中的菌丝体及微小赤泥颗粒形成絮凝体和聚集体,从而便于在沉降罐中固液分离,通过混凝罐上部的混凝剂进料管加入混凝剂,通过混凝罐内的搅拌装置使浆液与混凝剂混合均匀;
(4)从混凝罐中流出的浆液进入沉降罐进行固液分离,沉降时间为1~3h;沉降罐上部的上清液即为赤泥的脱碱液,从沉降罐上部的脱碱液出料管流出,其pH值为中性,直接排放或用于回收其中富集的金属离子;沉降罐下部的泥浆是菌体细胞和赤泥颗粒的混合物,从沉降罐下部的出泥管流出,进入板框压滤机进一步脱水;在板框压滤机脱除的压滤液回流至混凝罐中;脱水后的残渣即为脱碱赤泥,其pH值为中性,安全堆存处置,或用做建筑材料的添加剂或回收贵重金属的原材料;或烘干后在320~350℃高温焚烧,进一步去除脱碱赤泥中的菌体细胞。
2.如权利要求1所述的一种赤泥的连续生物脱碱工艺,其特征在于步骤(1)所述营养液的组成按照质量浓度为:蔗糖5~15%、酵母膏0.01~0.02%、牛肉膏0.01~0.02%、KNO30.02~0.05%,溶剂为水;
或者,所述营养液由蛋白胨、水、水果残渣和/或甘蔗残渣组成,所述水果残渣和/或甘蔗残渣烘干破碎后90%以上能过18目,且水果残渣和/或甘蔗残渣在营养液中的加入量为使营养液中的总有机碳(TOC)含量为10%~25%;所述蛋白胨在营养液中的质量分数为0.01~0.02%。
3.如权利要求1所述的一种赤泥的连续生物脱碱工艺,其特征在于步骤(2)中所述黑曲霉通过购买或自行分离培养得到,黑曲霉在接种前需活化,方法为:将黑曲霉孢子接种于PDA平板,生长成熟的孢子采用灭菌的生理盐溶液洗脱,制成孢子悬液,孢子悬液中黑曲霉孢子浓度为1×107~1×108个/mL;启动阶段中,脱碱罐中接种的黑曲霉孢子悬液的接种量为脱碱罐中混合浆液体积的0.1%~0.5%。
4.如权利要求1所述的一种赤泥的连续生物脱碱工艺,其特征在于步骤(2)启动阶段所述的培养条件为:曝气强度为2.4~3.0m3/m2h,搅拌速度为160~240rpm,温度为30~36℃。
5.如权利要求1所述的一种赤泥的连续生物脱碱工艺,其特征在于步骤(2)启动阶段中,当混合浆液的赤泥浓度在5%或以内,营养液需在120℃以上和102.5kPa以上灭菌30min后才能进入配料罐;当赤泥浓度超过5%,营养液不需灭菌,直接进入配料罐。
6.如权利要求1所述的一种赤泥的连续生物脱碱工艺,其特征在于步骤(3)所述混凝剂为聚丙烯酰胺,混凝剂质量浓度为3~5%,混凝剂投加模式为连续加料,其投加流量为进入混凝罐中浆液流量的0.05~0.1%,搅拌装置的搅拌速度为50~60rpm,反应15~60min。
7.如权利要求1所述的一种赤泥的连续生物脱碱工艺,其特征在于所述赤泥的连续生物脱碱装置包括配料罐(2),脱碱罐(9),混凝罐(14)和沉降罐(15),所述配料罐(2)与脱碱罐(9)通过管道连接,脱碱罐(9)与混凝罐(14)通过管道连接,混凝罐(14)与沉降罐(15)通过管道连接,且每个管道上均设置有控制阀(5)和流量泵(6);
所述配料罐(2)上设有赤泥粉进料管(1)和营养液进料管(4);脱碱罐(9)顶部设有接种盖(18)和带滤菌器的排气孔(19),底部设有曝气装置;脱碱罐(9)内设置有pH监测器(7)、溶解氧监测器(8)和温控装置(10);
所述混凝罐(14)上设有混凝剂进料管(13),沉降罐(15)上部设有脱碱液出流管(16),底部设有出泥管(17),该出泥管(17)与板框压滤机连接,板框压滤机的滤液出口与混凝罐(14)的入口连接;
所述配料罐(2)、脱碱罐(9)和混凝罐(14)内均装有搅拌装置(3)。
8.如权利要求7所述的一种赤泥的连续生物脱碱装置,其特征在于所述配料罐和脱碱罐的材质均为不锈钢;所述混凝罐和沉降罐的材质均为玻璃。
9.如权利要求7或8所述的一种赤泥的连续生物脱碱装置,其特征在于所述配料罐和脱碱罐的有效容积均为30L,所述混凝罐的有效容积为0.5L,沉降罐的有效容积为1L。
10.如权利要求7所述的一种赤泥的连续生物脱碱装置,其特征在于所述搅拌装置(3)为叶片式的旋转机械搅拌器;
所述曝气装置包括设置于脱碱罐底部内的微孔曝气头(11)和设置于脱碱罐外的空气压缩机(12),且微孔曝气头(11)和空气压缩机(12)之间还设置滤菌器;
所述温控装置(10)包括温控传感器和加热棒。
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