公布日：2023.04.07
申請日：2022.12.15
分類號：C02F3/34(2023.01)I;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種重金屬廢水中貴金屬的吸附回收系統，包括依次設置的重金屬廢水儲罐、貴金屬吸附機構及解吸機構，重金屬廢水儲罐與貴金屬吸附機構之間設有廢水輸送機構，貴金屬吸附機構內設有用于分散重金屬的分散結構。本發明還提供了重金屬廢水中貴金屬的吸附回收工藝，工藝步驟為：將重金屬廢水儲罐內的重金屬廢水輸入至吸附罐內；重金屬廢水從吸附罐內的活性炭塊或離子交換樹脂塊的頂部注入后流過活性炭塊或離子交換樹脂塊后從排液管排出；關閉液泵及水泵，啟動機械臂將吸附罐內的活性炭塊或離子交換樹脂塊從吸附罐中轉移至解吸機構進行解吸。本發明可分散導流流經吸附材料的廢水，避免部分表面長期被流過，部分表面的配位基團率先失效。
權利要求書
1.一種重金屬廢水中貴金屬的吸附回收系統，其特征在于，包括依次設置的重金屬廢水儲罐、貴金屬吸附機構及解吸機構，重金屬廢水儲罐與貴金屬吸附機構之間設有廢水輸送機構，貴金屬吸附機構內設有用于分散重金屬的分散結構；貴金屬吸附機構為活性炭吸附機構，所述貴金屬吸附機構包括吸附罐，吸附罐內設有活性炭塊；所述分散結構為設置在活性炭塊內部的若干由上至下、由左至右錯位設置的洞穴，洞穴的尺寸大于活性炭塊表面的孔洞；重金屬廢水儲罐通過液泵與重金屬廢水排放池相連，所述廢水輸送機構包括重金屬廢水儲罐與吸附罐之間的連通管以及設置在連通管上的水泵；貴金屬吸附機構為活性炭吸附機構，所述連通管與吸附罐的連接處位于吸附罐的中上部，吸附罐上的排液管其與吸附罐的連接處位于吸附罐的中下部；在活性炭塊的外側面上固定包覆設置塑料膜；塑料膜的頂端固定連接環狀塑料片，環狀塑料片其遠離塑料膜的一端固定連接有橡膠環墊以用于保證環狀塑料片始終位于塑料膜的頂端，由于橡膠環墊的設置，橡膠環墊緊貼在吸附罐的罐體內側壁上。
2.根據權利要求1所述的一種重金屬廢水中貴金屬的吸附回收系統，其特征在于，所述貴金屬吸附機構為活性炭吸附機構，所述吸附罐包括罐體，罐體側面鉸接有曲面門，曲面門的門邊緣固定設有密封條，罐體內設置呈圓柱體狀的活性炭塊；所述吸附罐的一側設有機械臂；活性炭塊的側面固定設有標識刻痕或貼覆有標識層，標識刻痕或標識層位置上與活性炭塊內部的最靠近此標識刻痕或標識層的洞穴的位置對應。
3.根據權利要求1所述的一種重金屬廢水中貴金屬的吸附回收系統，其特征在于，所述解吸機構包括解吸罐，解吸罐其罐體頂部鉸接有罐蓋，解吸罐內設置解吸柱，解吸罐其罐體上連通有用于向罐體內注入解吸液的液管。
4.使用如權利要求2所述重金屬廢水中貴金屬的吸附回收系統對重金屬廢水中貴金屬的吸附回收工藝，其特征在于，包括如下依次進行的工藝步驟：S1：啟動液泵將重金屬廢水排放池內的重金屬廢水輸入到重金屬廢水儲罐內；啟動水泵將重金屬廢水儲罐內的重金屬廢水輸入至吸附罐內；S2：重金屬廢水從吸附罐內的活性炭塊的頂部注入后流過活性炭塊后從排液管排出；S3：關閉液泵及水泵，啟動機械臂將吸附罐內的活性炭塊從吸附罐中轉移至解吸機構進行解吸。
發明內容
本發明的目的在于，克服現有技術中存在的缺陷，提供一種重金屬廢水中貴金屬的吸附回收系統，可分散導流流經吸附材料的廢水，避免部分表面長期被流過，部分表面的配位基團率先失效。
為實現上述目的，本發明的技術方案是設計一種重金屬廢水中貴金屬的吸附回收系統，包括依次設置的重金屬廢水儲罐、貴金屬吸附機構及解吸機構，重金屬廢水儲罐與貴金屬吸附機構之間設有廢水輸送機構，貴金屬吸附機構內設有用于分散重金屬的分散結構。貴金屬吸附機構內設有用于分散重金屬的分散結構，分散重金屬，可以避免貴金屬吸附機構內的吸附材料部分表面的配位基團率先失效的問題，可以減少吸附效果最好的工程菌的用量，保證吸附效果好的工程菌基本都飽和吸附。
進一步的技術方案是，貴金屬吸附機構為活性炭吸附機構或離子交換樹脂吸附機構，所述貴金屬吸附機構包括吸附罐，吸附罐內設有活性炭塊或離子交換樹脂塊；
所述分散結構為設置在活性炭塊或離子交換樹脂塊內部的若干由上至下、由左至右錯位設置的洞穴，洞穴的尺寸大于活性炭塊或離子交換樹脂塊表面的孔洞。不論是活性炭還是離子交換樹脂，在其內部設置若干由上至下、由左至右錯位設置的尺寸大于常規空洞的洞穴，形成分散導流作用，避免部分表面長期被流過，部分表面的配位基團率先失效的問題，通過吸附材料結構的設置，無需對廢水管及吸附罐做技改即可實現分散導流的作用，分散重金屬廢水(當然也分散了重金屬在吸附材料上的分布)。
另一種技術方案是，貴金屬吸附機構包括吸附罐，吸附罐上設有若干個基因工程菌液投加機構，基因工程菌液投加機構由低吸附量基因工程菌液投加機構及高吸附量基因工程菌液投加機構組成；
所述分散結構為低吸附量基因工程菌液投加機構。通過低吸附量基因工程菌液投加機構的設置，在針對吸附罐內的重金屬廢水投加基因工程菌液時先投加低吸附量基因工程菌液，由于基因工程菌對貴金屬有生物吸附的作用，會將本不均布的貴金屬起到均布分散的作用，起到稀釋及分散貴金屬在重金屬廢水液中的分布，一方面減少了高吸附量基因工程菌液的用量，另一方面也在高吸附量基因工程菌液處理吸附前使得廢水中貴金屬更加均布，保證幾乎所有的高吸附量基因工程菌液都能飽和吸附，避免高吸附量基因工程菌液的使用浪費。
進一步的技術方案為，重金屬廢水儲罐通過液泵與重金屬廢水排放池相連，所述廢水輸送機構包括重金屬廢水儲罐與吸附罐之間的連通管以及設置在連通管上的水泵。
進一步的技術方案為，貴金屬吸附機構為活性炭吸附機構或離子交換樹脂吸附機構，所述連通管與吸附罐的連接處位于吸附罐的中上部，吸附罐上的排液管其與吸附罐的連接處位于吸附罐的中下部。由于連通管與吸附罐的連接處位于吸附罐的中上部，為保證從吸附罐上部傳輸來的重金屬廢水從吸附材料流過而非從吸附材料外側面與吸附罐內側壁之間的空隙流過，可以在吸附材料(比如活性炭塊的外側面上)的外側面上固定包覆設置塑料膜。為簡化結構，目前采用連通管直接從活性炭塊頂部注入重金屬廢水的方法。當然，本方案也存在一點缺點，就是由于吸附材料內部設置的較大尺寸的洞穴，會降低吸附貴金屬的效能及降低樹脂交換量或活性炭交換量，可以采取適當加大活性炭塊高度或離子交換樹脂高度的方式以解決這一缺陷。
另一種技術方案為，吸附罐上設有若干個基因工程菌液投加機構，基因工程菌液投加機構的投加頭上設置啟閉閥，所述連通管與吸附罐的連接處位于吸附罐的中下部；
部分基因工程菌液投加機構的投加頭位于吸附罐內重金屬廢水的液面下，位于吸附罐內重金屬廢水的液面下的投加頭內設置單向閥，投加頭遠離重金屬廢水的一端連通有輸送壓縮空氣的分支管。分支管上設有氣閥，分支管的另一端與壓縮空氣氣源相連；工程菌液的投加頭設置多個且部分投加頭深入重金屬廢水液中，保證投加的均勻性；投加頭上設置單向閥，配合壓縮氣管便于工程菌液投入重金屬廢水液中，保證投加頭中的菌液能夠被投加至廢水液面下。
進一步的技術方案為，貴金屬吸附機構為活性炭吸附機構，所述吸附罐包括罐體，罐體側面鉸接有曲面門，曲面門的門邊緣固定設有密封條，罐體內設置呈圓柱體狀的活性炭塊；所述吸附罐的一側設有機械臂；
活性炭塊的側面固定設有標識刻痕或貼覆有標識層，標識刻痕或標識層位置上與活性炭塊內部的最靠近此標識刻痕或標識層的洞穴的位置對應。通過罐體側面設置密封的曲面門，可以在吸附完成后通過打開曲面門以拿出活性炭塊去解吸罐進行解吸以及活性炭的再生，對于切割后再生的活性炭塊，通過機械臂上設置的錐子插入吸附貴金屬后的活性炭塊，而標識刻痕或標識層的設置則給予操作機械臂的工人以提示，便于工人操作，避免在轉移時造成活性炭塊的大量破碎，這種方式也避免了工人直接接觸活性炭，確保了工人操作安全和環境安全。
另一種技術方案為，解吸機構包括解吸罐，解吸罐其罐體頂部鉸接有罐蓋，解吸罐內設置解吸柱，解吸罐其罐體上連通有用于向罐體內注入解吸液的液管。解吸罐的罐體上還設有用于輸送活性炭水溶液的水管；機械臂的作動部上固定連接有錐子，通過操作機械臂將錐子準確插入活性炭塊的洞穴中(通過標識層或標識刻痕的指示，工人在吸附罐旁操作機械臂時可以將機械臂的錐子插入活性炭塊的洞穴后保持錐子插入一定深度)，然后將活性炭塊從吸附罐中轉移(為更好實現轉移活性炭塊的過程，機械臂往往采用由下至上略微傾斜的方式將錐子從下斜向上插入活性炭塊)出至活性炭切割攪拌槽中，通過活性炭切割攪拌槽內的攪拌葉片以及向活性炭切割攪拌槽內注入水實現將活性炭切割并攪拌粉碎成顆粒，然后通過水管上的泵將吸附貴金屬的活性炭顆粒輸送至解吸罐的解析柱內從而解吸出貴金屬。解吸液為堿性乙醇或硝酸；其中，堿性乙醇也即10％NH4OH，85.5％乙醇(體積比)；硝酸的濃度為160g/L。吸附金銀的活性炭經堿性乙醇解吸；吸附鉑鈀的活性炭經硝酸解吸回收，同時活性炭再生。
本發明還提供的技術方案為，一種重金屬廢水中貴金屬的吸附回收工藝，包括如下依次進行的工藝步驟：
S1：啟動液泵將重金屬廢水排放池內的重金屬廢水輸入到重金屬廢水儲罐內；啟動水泵將重金屬廢水儲罐內的重金屬廢水輸入至吸附罐內；
S2：重金屬廢水從吸附罐內的活性炭塊或離子交換樹脂塊的頂部注入后流過活性炭塊或離子交換樹脂塊后從排液管排出；
S3：關閉液泵及水泵，啟動機械臂將吸附罐內的活性炭塊或離子交換樹脂塊從吸附罐中轉移至解吸機構進行解吸。機械臂將吸附罐內的活性炭塊或離子交換樹脂塊從吸附罐中轉移至解吸罐中進行解吸。離子交換樹脂的解吸液可以是2.5％的氫氧化鈉或硫脲與鹽酸溶液等，為現有技術，不贅述。重金屬廢水從吸附罐內的活性炭塊或離子交換樹脂塊的頂部以100ml/分鐘的流速注入。
本發明還提供的技術方案為，一種重金屬廢水中貴金屬的吸附回收工藝，包括如下依次進行的工藝步驟：
S1：啟動液泵將重金屬廢水排放池內的重金屬廢水輸入到重金屬廢水儲罐內；啟動水泵將重金屬廢水儲罐內的重金屬廢水輸入至吸附罐內；
S2：一段時間后關閉液泵及水泵，重金屬廢水的水面位于吸附罐的中下部，先將低吸附量基因工程菌液投加機構中的投加頭上的啟閉閥打開，同時打開分支管上的氣閥，通過輸入壓縮空氣將低吸附量基因工程菌液先投加到重金屬廢水中以用于分散貴金屬在重金屬廢水液中的分布并吸附貴金屬；
然后將高吸附量基因工程菌液投加機構中的投加頭上的啟閉閥打開，同時打開分支管上的氣閥，通過輸入壓縮空氣將高吸附量基因工程菌液再投加到重金屬廢水中以用于吸附貴金屬；
S3：2.5～3小時后打開排液管上的閥門開始排液，排液管將排液排入解吸機構內解吸；在所述S3步驟中，解吸結構內設有微孔濾膜，采用抽濾分離的方式解吸回收貴金屬。在S2步驟中，如果是位于重金屬廢水液面上方的高吸附量基因工程菌液投加機構中的投加頭(從設置優化性考慮，高吸附量基因工程菌液投加機構中的投加頭部分位于重金屬廢水液面下)，將高吸附量基因工程菌液投加機構中的投加頭上的啟閉閥打開后即可將高吸附量基因工程菌液投加到重金屬廢水中以用于吸附貴金屬。至于啟動多長時間后關閉液泵及水泵，取決于吸附罐的容積和液體流速，這里采用的是達到吸附罐罐體三分之一容積即關閉液泵及水泵(保證一部分投加頭位于吸附罐的液面下，但吸附罐內的重金屬廢水的量又不會太多，避免一次性吸附處理所需的菌液投加量太多)。利用表面展示技術對不同的菌株進行改造(此為現有技術，不贅述)，低吸附量基因工程菌液中的基因工程菌的原始菌種為氧化硫硫桿菌、嗜中高溫嗜酸古菌或硅酸鹽細菌；高吸附量基因工程菌液中的基因工程菌的原始菌種為大腸桿菌；菌液中菌的初始濃度為4～7g/L。另外，可以通過控制機械臂打開各管路上的閥門實現自動化，也可以通過人工打開或關閉閥門。
本發明的優點和有益效果在于：貴金屬吸附機構內設有用于分散重金屬的分散結構，分散重金屬，可以避免貴金屬吸附機構內的吸附材料部分表面的配位基團率先失效的問題，可以減少吸附效果最好的工程菌的用量，保證吸附效果好的工程菌基本都飽和吸附。
不論是活性炭還是離子交換樹脂，在其內部設置若干由上至下、由左至右錯位設置的尺寸大于常規空洞的洞穴，形成分散導流作用，避免部分表面長期被流過，部分表面的配位基團率先失效的問題，通過吸附材料結構的設置，無需對廢水管及吸附罐做技改即可實現分散導流的作用，分散重金屬廢水(當然也分散了重金屬在吸附材料上的分布)。
通過低吸附量基因工程菌液投加機構的設置，在針對吸附罐內的重金屬廢水投加基因工程菌液時先投加低吸附量基因工程菌液，由于基因工程菌對貴金屬有生物吸附的作用，會將本不均布的貴金屬起到均布分散的作用，起到稀釋及分散貴金屬在重金屬廢水液中的分布，一方面減少了高吸附量基因工程菌液的用量，另一方面也在高吸附量基因工程菌液處理吸附前使得廢水中貴金屬更加均布，保證幾乎所有的高吸附量基因工程菌液都能飽和吸附，避免高吸附量基因工程菌液的使用浪費。
工程菌液的投加頭設置多個且部分投加頭深入重金屬廢水液中，保證投加的均勻性；投加頭上設置單向閥，配合壓縮氣管便于工程菌液投入重金屬廢水液中，保證投加頭中的菌液能夠被投加至廢水液面下。
通過罐體側面設置密封的曲面門，可以在吸附完成后通過打開曲面門以拿出活性炭塊去解吸罐進行解吸以及活性炭的再生，對于切割后再生的活性炭塊，通過機械臂上設置的錐子插入吸附貴金屬后的活性炭塊，而標識刻痕或標識層的設置則給予操作機械臂的工人以提示，便于工人操作，避免在轉移時造成活性炭塊的大量破碎，這種方式也避免了工人直接接觸活性炭，確保了工人操作安全和環境安全。
（發明人：曹雪峰;趙東霞）
