[發明專利]一種適于固體廢物金屬生物瀝浸-循環富集的氣升式膜生物反應器

在審

• 申請號: 202110248755.3
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN115028330A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 辛寶平;田炳陽;王佳;褚會超;張世豪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C02F11/02
• 分類號: C02F11/02;C02F11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于膜生物反應器的生物瀝浸?循環富集技術不但解決了固廢/危廢中金屬含量低、回收困難的問題；而且顯著減少了廢水的產生和培養液的消耗。但傳統機械攪拌型膜生物反應器通過強化攪拌和循環泵強制循環促進硫磺和黃鐵礦等大顆粒物料的徑向均勻分布和全罐生化反應，能耗高、造價高、結構復雜、維修困難。氣升式膜生物反應器沒有復雜的攪拌系統，結構簡單、管理簡化、維修方便、造價減低、能耗減小；尤其獨有的定向環流特性極利于大顆粒固體物料的徑向分散，促使氣液固三相均勻混合，促進全罐高效生化反應。基于氣升式膜生物反應器的生物瀝浸?循環富集技術能耗大幅減低，設備制造、運行費用和日常管理維護難度也顯著下降，極大促進技術推廣和實用。

技術領域

本發明涉及一種適用于固體廢物/涉重危廢中有價金屬或有毒金屬生物瀝浸-循環富集的低能耗、易加工、結構簡單的氣升式膜生物反應器，屬于固體廢物資源化技術、環境微生物技術和生物化工的交叉領域。

技術背景

廢舊電池、廢催化劑、廢熒光燈管、廢電子線路板、電鍍污泥、酸洗污泥、焚燒飛灰、冶煉收塵灰、冶煉浸出渣含有各種金屬和重金屬，包括昂貴金屬如金銀銦鎵鍺鈀鉑銠銣鈧等，高價金屬如銅鈷鎳鉬釩鈦鋰錫等，高毒金屬如汞砷鉛鉻鎘等。僅我國廢舊電池、廢催化劑、廢電子線路板、電鍍污泥、酸洗污泥、冶煉浸出渣等涉重危廢年產生量在3000-3500萬噸，而重金屬的濃度通常超過1％有時甚至高于10％；粉煤灰、赤泥、污染土壤等一般工業固廢和其他固態廢物料年產生量在20-30億噸，重金屬濃度通常在0.1％量級。從這些涉重危廢、工業固廢和其他固態廢物料中提取回收昂貴金屬和高價金屬、脫除高毒金屬對于金屬資源的循環利用和重金屬的污染控制都具有重要意義。

生物瀝浸指微生物利用自身及其代謝產物的酸解、氧化、還原和絡合多種作用，將固相物料中目標金屬離子溶釋并進入液相的行為，具有設備簡單、操作簡便、經濟高效、安全環保、綠色低耗的特點。近年來，應用生物瀝浸從各種涉重危廢/固體廢物如廢舊電池、廢催化劑、廢線路板、飛焚燒灰、粉煤灰、汽化渣、污染底泥和污染土壤中浸提/去除不同有價和有毒金屬受到國內外學者的廣泛關注。近期，基于膜生物反應器的生物瀝浸-循環富集工藝大幅提高了菌株濃度，較之常規的生物瀝浸效率提高了一個數量級，浸提效率顯著改善，浸提時間大幅縮短。膜生物反應器的研發和引入實現了瀝液的再生循環和金屬的循環富集，不但解決了固廢/危廢中金屬含量低、回收困難的問題；而且顯著減少了廢水的產生和培養液的消耗。該技術尤其對于涉重危廢火法和濕法過程產生的低含量煙灰、爐灰、浸出渣以及低含量/極低含量的固體廢物具有很強的適用性、高效性和經濟性，可同步實現有價金屬的最大回收和殘渣的最大脫毒。

以膜生物反應器為再生罐的生物瀝浸-循環富集工藝可實現固體物料的快速浸提和有價金屬的循環富集，而再生罐中需要固體顆粒硫磺和黃鐵礦為能源底物通過硫/鐵自養氧化菌群的固相催化反應完成失效瀝液再生。作為工藝核心設備的再生罐是一個獨立的柱狀或池狀容器，內置或外置膜組件以截留瀝浸菌株 (群)，無機鹽和微小顆粒硫磺及黃鐵礦等(能源物質)置于其中，攪拌、曝氣和外循環泵提供氧氣和二氧化碳并確保能源底物和微生物等固體顆粒在容器內的良好上浮和均勻分布以利于生化反應和瀝液再生，活性瀝浸液泵出后在浸提罐和涉重危廢/工業固廢接觸反應完成金屬浸提和富集。這種機械攪拌型膜生物反應器(再生罐)雖然可以通過強化攪拌和循環泵強制循環促進硫磺和黃鐵礦等大顆粒物料的徑向分布和全罐反應，但能耗高、造價高、結構復雜、維修困難，尤其是較大容積罐體顆粒物料的均勻分布很難實現。

氣升式生物反應器2000年后開始研究應用的一類新型生物反應器。該反應器利用空氣噴嘴噴出高速空氣并以氣泡形式分散于液體之中，導致通氣側液體密度下降并與不通氣測形成密度差，從而推動發酵罐內液體和物料的定向環流。與傳統的機械攪拌式反應器相比，氣升式生物反應器沒有復雜的攪拌系統，所以結構簡單、管理簡化、維修方便、造價減低、能耗減小；尤其是獨有的定向環流特性極利于大顆粒固體物料的徑向分散，促使氣液固三相均勻混合，促進全罐高效生化反應。因此，在固體物質含量不高、固體物料粒度不大、反應器高度不受限的條件下，氣升式生物反應器顯示了廣泛的應用前景和無可比擬的獨特優勢。

發明內容