申请日2016.10.07
公开(公告)日2016.12.07
IPC分类号C02F1/48; C02F101/20
摘要
本发明涉及一种金属处理装置及方法，属于环保技术领域，具体是涉及一种污水中的金属处理装置及方法。本发明利用高梯度强磁场的作用，用顺磁性的金属丝织成特定规格的链网结构置于高梯度磁场特定位置中，能够快速捕捉磁性物质到三维网孔中，并通过空压设备的喷吹、真空吸入、旋风固气分离系统，将磁性吸附材料返回重复使用。该装置及方法利用量子碳素磁性介质作为磁性吸附材料，能够快速吸附液体中的各种金属离子，并在强磁场的作用下被吸附到三维顺磁金属链网中，通过金属链网的机械传动将量子碳素磁介质带出并回收。
摘要附图
权利要求书
1.一种污水中的金属处理装置，其特征在于，包括：混合罐(3)、磁分离罐体(7)、磁介质提取机构(8)，其中，所述混合罐(3)上设置有介质投放口，所述混合罐(3)的出口与所述磁分离罐体(7)的进液口相连，所述磁分离罐体(7)位于磁场区域内，其内部设置有绞接于动轮上的金属链网，所述金属链网至少部分延伸至磁介质提取机构(8)上相对设置的两个空吹喇叭口之间;其中一个空吹喇叭口为正压，另一个空吹喇叭口为负压，并且负压的空吹喇叭口连接若干个固气分离器。
2.根据权利要求1所述的一种污水中的金属处理装置，其特征在于，所述固气分离器的固体出口与介质投放口相连通。
3.根据权利要求1所述的一种污水中的金属处理装置，其特征在于，所述混合罐(3)内设置有由电机带动的搅拌桨。
4.根据权利要求1所述的一种污水中的金属处理装置，其特征在于，所述磁分离罐体(7)上设置有进液口、溢流口(7-1)，所述进液口和溢流口(7-1)分别位于所述金属链网的两侧，其中，所述溢流口(7-1)分别与取样检测口和混合罐(3)相连。
5.根据权利要求1所述的一种污水中的金属处理装置，其特征在于，所述磁分离罐体(7)上设置进液口的一侧设置有分级向内缩进的结构，每级的外壁相互平行，每级之间设置有倾斜的变径段。
6.根据权利要求1所述的一种污水中的金属处理装置，其特征在于，还包括污水收集罐(1)，所述污水收集罐(1)的底部通过污水泵P2和混合罐(3)相连。
7.一种污水中的金属处理方法，其特征在于，包括：将混合了量子碳素磁性介质的待处理液体通入置于磁场区域的磁分离罐体(7)内，利用磁分离罐体(7)内设置的可转动的金属链网将吸附了金属的量子碳素磁性介质带出磁分离罐体(7)，利用空吹喇叭口将量子碳素磁性介质从金属链网上吹出，利用固气分离器将量子碳素磁性介质从气流中分离。
8.根据权利要求7所述的一种污水中的金属处理方法，其特征在于，所述量子碳素磁性介质的制备方法为：
(1)将质量比为(2.8-3.2):1的H12C13FeO6和FeC12·4H2O溶于离子水中，其中，每100ml离子水加入的溶质重量为：6.5-7.5g;
(2)然后将步骤(1)的溶液采用水浴加热，并不断搅拌进行升温，升温过程中通入氮气保护，升温到40～60℃后滴加浓氨水至溶液pH为9左右，保持温度稳定，反应时间1小时以上;
(3)反应完后将烧瓶中液体转入烧杯中，静置沉淀;
(4)将静置沉淀后混合物的上清液移出，加入去离子水洗涤三次至洗涤液pH为7左右，得到纳米四氧化三铁;
(5)用磁铁在烧杯底部吸附，将水滤干后再加入去离子水与量子碳素液，其中，去离子水、纳米四氧化三铁、量子碳素液的比值为：100ml：(3-3.6mg)：(60-70ml);
(6)将果壳活性炭加入步骤(5)混合物，同时搅拌，转速400～600r/min，搅拌时间20～60分钟;其中，每100ml混合物溶液加入1.9-2.1g果壳活性炭;
(7)用磁铁在烧杯底部吸附，将水滤干后置于电热烘箱中烘干;
(8)将烘干的介质置于马弗炉无氧气氛中焙烧活化后冷却;
(9)将冷却后产物研磨粉碎至80um-120um之间的产物即得量子碳素磁性介质。
9.根据权利要求8所述的一种污水中的金属处理方法，其特征在于，所述量子碳素液的ORP为280mv-500mv、电导率σ为1-10ms/cm、电动势为280mv-380mv、pH值为1.2-3.2、浓度为0.1%-0.45%，溶质是粒径为0.6nm-10nm的氧化石墨烯片，石墨烯粒子表层的氧含量为35%-54%。
10.根据权利要求7所述的一种污水中的金属处理方法，其特征在于，还包括对回收的量子碳素磁性介质进行活化的步骤，具体包括：
(1)将回收的量子碳素磁性介质和去离子水按1:1～3的比例置于超声波容器中，边搅拌边用20～30KHz频率的超声波进行处理1～3小时;
(2)将步骤(1)的混合物过滤后再加新的同样量的去离子水继续搅拌超声处理1～3小时;重复(1)和(2)的方法三次后滤干，80～120℃烘箱干燥;
(3)将干燥的介质置于马弗炉无氧气氛500～600℃中焙烧活化3～6小时，自然冷却;
(4)将冷却后产物研磨筛分至80um-120um之间即得活化的磁性介质产物。
说明书
一种污水中的金属处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种金属处理装置及方法，属于环保技术领域，具体是涉及一种污水中的金属处理装置及方法。
背景技术
废水中所含的重金属对环境和人体健康危害大、持续时间长。大量未经处理的废弃物向土壤系统转移，并在自然因素的作用下汇集、残留于土壤环境中。土壤污染主要以重金属污染为主，其中镉、汞、铅、砷污染最为突出，废水中含有的铬(Cr)、砷(As)、镉(Cd)、锌(Zn)、镍(Ni)等重金属离子具有难降解、不可逆、毒性大和易被生物富集等特点，微量即可产生毒性效应，危害极大。
污染水的传统处理方法有：化学沉淀、离子交换、吸附、膜分离、氧化还原、电解及萃取等，但这些方法往往受水温、pH值、水质等因素的影响较大，对某些可溶物质去除率低，而且存在二次污染。对于土壤有机物和重金属治理修复已有较多的技术，包括常用的有物理化学方法、植物修复法、微生物修复法、土壤洗淋回填法等的技术。目前，土壤的修复工程中，比较普及应用的方法是将土壤中的污染物通过洗淋回收到洗淋水中，处理后的土壤回填，洗淋后的污染水再进行水处理。
将磁分离技术应用在废水处理，尤其是超导高梯度磁分离技术处理重金属废水有其独特的优势。对于废水中弱磁性及无磁性污染物，可以通过各种特性的磁性介质的吸着方法，快速地磁分离处理。由于磁分离处理系统低成本、小空间、高效率和高速处理等优点，成为近年来新兴的科研方向。实现重金属污水磁分离包含两方面工作，一是超导磁体，二是磁种。超导磁体装备已是非常成熟的技术，可以方便地从商业产品中得到。磁分离关键问题是如何制备高品质的磁种以及磁分离的具体工艺。
光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术，是一种环境友好型绿色水处理技术,它能够彻底氧化降解污水中的有机污染物。结合一定量的光辐射，光敏介质材料在光的照射下表面受激励而产生电子(e-)和空穴(h+)。这些电子和空穴具有很强的还原和氧化能力，能与水或容存的氧反应，产生氢氧根自由基(·OH)和超级阴氧离子(·O)。这些氧化性极强的自由基，几乎能将所有构成有机物分子的化学键切断分解，达到无害化处理。但目前光催化氧化方法的催化剂利用率和回收率低,有待通过提高催化剂效率，采用光生电子和空穴复合,以及其他处理技术来共同提高反应效率等方面问题。
超导高梯度磁分离技术以独特分离原理和诸多优点，已成为最有发展前途的新型污水处理技术之一。随着技术理论和设备不断发展，其应用领域日益增加，在工业废水、生活污水、污染河水及湖水以及在处理污泥和废水中的弱磁及无磁性污染物方面具有独特的优势，利用磁性功能的吸附材料，已经得到众多的研究和小规模应用。同样光催化氧化方法也具有极为优秀的特点。但这两项技术仍没有得到应有的普及和大规模化工程应用的案例，其原因在于缺乏高效、经济、合理的技术配备等问题，尤其是设备磁分离方法和功能性的磁性吸附材料是否能够很好地匹配，关系到磁分离技术的特征能否充分地发挥出来。光催化氧化是光反应介质在特定波长光源的照射下才能产生催化作用，能否开发出光反应介质在更宽域的光谱作用下发生催化反应，也是当今该领域重要的课题之一。
针对这些问题，本发明人在长期系统开发和基础材料研究的基础上，提出利用高梯度强磁场的作用，用顺磁性的金属丝织成特定规格的链网结构置于高梯度磁场特定位置中，能够快速捕捉磁性物质到三维网孔中，并通过空压设备的喷吹、真空吸入、旋风固气分离系统，将磁性吸附材料返回重复使用。其中，本发明利用量子碳素磁性介质作为磁吸附材料，提高了污水中金属离子的吸附效率。
发明内容
本发明主要目的是解决现有技术中存在的污水金属污染处理效能低下的技术问题，提供了一种污水中的金属处理装置及方法。该装置及方法利用量子碳素磁性介质作为磁性吸附材料，能够快速吸附液体中的各种金属离子，并在强磁场的作用下被吸附到三维顺磁金属链网中，通过金属链网的机械传动将量子碳素磁介质带出并回收。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种污水中的金属处理装置，包括：混合罐、磁分离罐体、磁介质提取机构，其中，所述混合罐上设置有介质投放口，所述混合罐的出口与所述磁分离罐体的进液口相连，所述磁分离罐体位于磁场区域内，其内部设置有绞接于动轮上的金属链网，所述金属链网至少部分延伸至磁介质提取机构上相对设置的两个空吹喇叭口之间;其中一个空吹喇叭口为正压，另一个空吹喇叭口为负压，并且负压的空吹喇叭口连接若干个固气分离器。
优化的，上述的一种污水中的金属处理装置，所述固气分离器的固体出口与介质投放口相连通。
优化的，上述的一种污水中的金属处理装置，所述混合罐内设置有由电机带动的搅拌桨。
优化的，上述的一种污水中的金属处理装置，所述磁分离罐体上设置有进液口、溢流口，所述进液口和溢流口分别位于所述金属链网的两侧，其中，所述溢流口分别与取样检测口和混合罐相连。
优化的，上述的一种污水中的金属处理装置，所述磁分离罐体上设置进液口的一侧设置有分级向内缩进的结构，每级的外壁相互平行，每级之间设置有倾斜的变径段。
优化的，上述的一种污水中的金属处理装置，还包括污水收集罐，所述污水收集罐的底部通过污水泵P2和混合罐相连。
一种污水中的金属处理方法，包括：将混合了量子碳素磁性介质的待处理液体通入置于磁场区域的磁分离罐体内，利用磁分离罐体内设置的可转动的金属链网将吸附了金属的量子碳素磁性介质带出磁分离罐体，利用空吹喇叭口将量子碳素磁性介质从金属链网上吹出，利用固气分离器将量子碳素磁性介质从气流中分离。
优化的，上述的一种污水中的金属处理方法，所述量子碳素磁性介质的制备方法为：
将质量比为(2.8-3.2):1的H12C13FeO6和FeC12·4H2O溶于离子水中，其中，每100ml离子水加入的溶质重量为：6.5-7.5g;
然后将步骤的溶液采用水浴加热，并不断搅拌进行升温，升温过程中通入氮气保护，升温到40～60℃后滴加浓氨水至溶液pH为9左右，保持温度稳定，反应时间1小时以上;
反应完后将烧瓶中液体转入烧杯中，静置沉淀;
将静置沉淀后混合物的上清液移出，加入去离子水洗涤三次至洗涤液pH为7左右，得到纳米四氧化三铁;
用磁铁在烧杯底部吸附，将水滤干后再加入去离子水与量子碳素液，其中，去离子水、纳米四氧化三铁、量子碳素液的比值为：100ml：(3-3.6mg)：(60-70ml);
将果壳活性炭加入步骤混合物，同时搅拌，转速400～600r/min，搅拌时间20～60分钟;其中，每100ml混合物溶液加入1.9-2.1g果壳活性炭;
用磁铁在烧杯底部吸附，将水滤干后置于电热烘箱中烘干;
将烘干的介质置于马弗炉无氧气氛中焙烧活化后冷却;
将冷却后产物研磨粉碎至80um-120um之间的产物即得量子碳素磁性介质。
优化的，上述的一种污水中的金属处理方法，所述量子碳素液的ORP为280mv-500mv、电导率σ为1-10ms/cm、电动势为280mv-380mv、pH值为1.2-3.2、浓度为0.1%-0.45%，溶质是粒径为0.6nm-10nm的氧化石墨烯片，石墨烯粒子表层的氧含量为35%-54%。
优化的，上述的一种污水中的金属处理方法，还包括对回收的量子碳素磁性介质进行活化的步骤，具体包括：
将回收的量子碳素磁性介质和去离子水按1:1～3的比例置于超声波容器中，边搅拌边用20～30KHz频率的超声波进行处理1～3小时;
将步骤的混合物过滤后再加新的同样量的去离子水继续搅拌超声处理1～3小时;重复和的方法三次后滤干，80～120℃烘箱干燥;
将干燥的介质置于马弗炉无氧气氛500～600℃中焙烧活化3～6小时，自然冷却;
将冷却后产物研磨筛分至80um-120um之间即得活化的磁性介质产物。
因此，本发明具有如下优点：1.本发明提供的量子碳素磁性介质表面分布有羧基和羰基和随机分布的羟基和环氧基，表面大量的羟基和羧基增加了量子碳素表面的负电密度，加强了与金属离子发生强络合作用和静电作用，促进金属离子的吸附，大量官能团的存在为量子碳素粒子提供了丰富的吸附位点，能够特殊且有效地分离和吸附水中的重金属离子，提高金属离子的处理效率;
2.本发明的顺磁金属链网在高梯度磁场中被磁化，吸附水中的量子碳素磁性介质，被吸的量子碳素磁性介质通过金属顺磁链网提升到空压机构进行分离和回收，并降低了磁分离的成本。