公布日：2023.12.19
申请日：2023.10.19
分类号：C02F1/28(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)I;C02F1/461(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F9/00(2023.01)I;B01J20/24(2006.01)I;B01J20/
30(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，所述磁分离废水系统包括磁分离单元、配置于磁分离单元上游并与磁分离单元相连通的吸附反应单元，所述工艺包括如下步骤：步骤S1，采用具备COD吸附功能的磁性复合材料作为磁介质，并使磁介质与废水在吸附反应单元内混合，以利用磁介质吸附废水中溶解的COD；步骤S2，将废水继续输入磁分离单元中，采用磁分离工艺继续处理废水，至少去除废水中的非溶解性污染物；本工艺，无需与现有的生化工艺联合使用，既可以简化现有工艺流程，又可以避免生化工艺所带来的技术问题，可以有效去除非溶解性COD和溶解性COD，从而可以显著降低出水COD含量，尤其适用于处理有机废水。
权利要求书
1.一种利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，所述磁分离废水系统包括磁分离单元，其特征在于，磁分离废水系统还包括配置于磁分离单元上游并与磁分离单元相连通的吸附反应单元，所述工艺包括如下步骤：步骤S1，采用具备COD吸附功能的磁性复合材料作为磁介质，并使磁介质与废水在吸附反应单元内混合，以利用磁介质吸附废水中溶解的COD；步骤S2，将废水继续输入磁分离单元中，采用磁分离工艺继续处理废水，至少去除废水中的非溶解性污染物。
2.根据权利要求1所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，所述磁性复合材料采用的是Fe3O4@甲壳素N-脱乙酰基。
3.根据权利要求1所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，吸附反应单元包括吸附反应箱，所述吸附反应箱配置有若干相互串联的吸附空腔，且位于最末尾的吸附空腔与磁分离单元相连通；所述步骤S1中，还包括使废水和磁介质一起依次通过各吸附空腔，并在通过的过程中实现混合及完成对COD的吸附的步骤。
4.根据权利要求1-3任一所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，所述磁分离单元包括磁混凝反应装置及配置于磁混凝反应装置下游并与磁混凝反应装置相连通的磁分离设备，吸附反应单元与磁混凝反应装置相连通，磁分离设备包括排泥端和排水端，所述步骤S2包括，S2.1，向磁混凝反应装置内混合磁介质后的废水中投加适量药剂，通过磁混凝反应在废水中形成磁性絮体；S2.2，磁分离设备利用磁场分离废水中的磁性絮体，以形成磁性污泥，磁性污泥经由排泥端排出，分离磁性絮体后的水体经由排水端排出。
5.根据权利要求4所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，所述磁分离设备采用的是超磁分离机或磁沉淀装置；和/或，步骤S1中，磁介质与废水在吸附反应单元内的混合时间为15-30min；和/或，S2.1中，磁混凝反应装置内的磁混凝反应时间为3-5min；和/或，所述磁混凝反应装置至少构造有相互连通的混凝腔和絮凝腔，吸附反应单元与混凝腔相连通，絮凝腔与磁分离设备相连通，所述步骤S2.1还包括向混凝腔内投加适量混凝剂的步骤，及向絮凝腔内投加适量絮凝剂的步骤。
6.根据权利要求4所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，所述磁分离废水系统还包括配置于磁分离单元下游并与磁分离单元相连通的再生循环单元，所述工艺还包括，S3，利用再生循环单元承接磁分离单元分离出来的磁性污泥，并在碱性条件下使磁性污泥中吸附于磁性复合材料中的COD脱附，以还原和回收磁性复合材料，并将所回收的磁性复合材料投加到吸附反应单元中，实现循环。
7.根据权利要求6所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，所述再生循环单元包括一级磁回收装置、第一投加装置以及第一反应器，磁分离设备的排泥端与一级磁回收装置相连通，一级磁回收装置与第一反应器相连通，第一投加装置与第一反应器相连通；所述步骤S3包括，S3.2，一级磁回收装置承接磁分离单元分离出来的磁性污泥，并通过磁力从磁性污泥中分离磁性物质，将所分离出来的磁性物质输入第一反应器；S3.3，利用第一投加装置向第一反应器内投加适量再生剂，再生剂包括至少一种碱性溶液，再生剂与磁性物质在第一反应器内混合并反应，以使吸附于磁性复合材料中的COD脱附，还原磁性复合材料。
8.根据权利要求7所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，所述再生循环单元还包括二级磁回收装置、第二投加装置、第二反应器以及回流泵，二级磁回收装置分别与第一反应器和第二反应器相连通，第二投加装置与第二反应器相连通，第二反应器通过回流管道与吸附反应单元相连通，回流泵与回流管道相连通；所述S3还包括，S3.4，将第一反应器内反应后的混合物输入二级磁回收装置，利用二级磁回收装置内的磁场分离混合物中的磁介质，并将分离出来的磁介质输入第二反应器，S3.5，利用第二投加装置向第二反应器内投加适量中和剂，以中和S3.3中过量的再生剂，所述中和剂包括至少一种酸性溶液，S3.6，利用回流泵将第二反应器内的磁介质投加到吸附反应单元中。
9.根据权利要求8所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，所述再生循环单元还包括第一解絮机，第一解絮机分别与磁分离设备的排泥端及一级磁回收装置相连通；所述步骤S3还包括S3.1，利用第一解絮机对从排泥端输送出来的磁性污泥进行物理破碎，物理破碎后的磁性污泥输入一级磁回收装置；和/或，所述再生循环单元还包括第二解絮机，第二解絮机分别与第一反应器及二级磁回收装置相连通；所述步骤S3.4还包括将第一反应器内反应后的混合物输入第二解絮机，利用第二解絮机对混合物进行物理破碎，物理破碎后的混合物输入二级磁回收装置的步骤。
10.根据权利要求8所述的利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，其特征在于，所述磁分离废水系统还包括后处理单元，所述后处理单元包括再生液池、电催化氧化装置以及尾气净化装置，所述再生液池与所述二级磁回收装置相连通，用于承接分离磁介质后的废液，再生液池通过管道与电催化氧化装置相连通，且该管道连接有输送泵，电催化氧化装置与尾气净化装置相连通，电催化氧化装置用于将废液中的COD降解为CO2和H2O，尾气净化装置用于净化电催化氧化装置产生的尾气；所述工艺还包括步骤S4，利用后处理单元对步骤3中所产生的废液进行处理，以去除废液中的COD，并净化去除COD过程中所产生的尾气。
发明内容
本发明第一方面要解决现有磁分离工艺只能去除水体中的非溶解性污染物，无法去除水体中的溶解性COD等溶解性指标，导致利用磁分离工艺处理有机废水后，出水COD含量较高的问题，提供了一种既可以去除水体中的悬浮物、TP非溶解性COD以及重金属等污染物，又可以去除水体中溶解性COD的工艺，主要构思为：
一种利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，所述磁分离废水系统包括磁分离单元，用于去除水体中的非溶解性污染物；
磁分离废水系统还包括配置于磁分离单元上游并与磁分离单元相连通的吸附反应单元，所述工艺包括如下步骤：
S1，采用具备COD吸附功能的磁性复合材料作为磁介质，并使磁介质与废水在吸附反应单元内混合，以利用磁介质吸附废水中溶解的COD；
S2，将废水继续输入磁分离单元中，采用磁分离工艺继续处理废水，至少去除废水中的非溶解性污染物。本方案中，通过采用具备COD吸附功能的磁性复合材料作为磁介质，使得磁介质不仅可以在磁分离单元中利用磁分离工艺除去废水中的悬浮物、TP非溶解性COD以及重金属等非溶解性污染物，而且可以在吸附反应单元中与废水进行吸附反应，以便有效去除废水中溶解的COD，从而使得本工艺可以通过一次处理过程，同时去除废水中的溶解性COD污染物和非溶解性污染物，这样一方面，无需与现有的生化工艺联合使用，既可以简化现有工艺流程，又可以避免生化工艺所带来的技术问题，另一方面，可以显著降低出水COD含量，尤其适用于处理有机废水。此外，整个工艺过程中，吸附、分离的时间短，有利于提高污水处理效率。
为解决吸附容量高且易于再生的问题，优选的，所述磁性复合材料采用的是Fe3O4@甲壳素N-脱乙酰基。Fe3O4@甲壳素N-脱乙酰基是利用Fe3O4和壳聚糖通过高温水热一步法合成的磁性壳聚糖复合材料，该磁性复合材料在实际吸附过程中发生的是非交联反应，不会消耗自身的胺基，确保其活性，从而使得本磁性复合材料的吸附容量更高、吸附时间短、吸附效率高，而且易于再生，以便循环、重复利用，可以显著提高经济性。
为提高COD的吸附效果，一些实施方式中，吸附反应单元包括吸附反应箱，所述吸附反应箱配置有若干相互串联的吸附空腔，且位于最末尾的吸附空腔与磁分离单元相连通；所述S1中，使废水和磁介质一起依次通过各吸附空腔，并在通过的过程中实现混合及完成对COD的吸附。
为进一步提高吸附效率和吸附效果，进一步的，所述吸附反应单元还包括配置于各吸附空腔内的搅拌器。搅拌器不仅可以加速磁介质与废水的混合，而且可以使磁介质与废水充分、均匀的混合在一起，从而有利于磁介质与废水中溶解的COD充分接触，更利于吸附废水中的COD。
为解决提高吸附效率的问题，优选的，步骤S1中，磁介质与废水在吸附反应单元内的混合时间为15-30min。
优选的，所述磁分离单元包括磁混凝反应装置及配置于磁混凝反应装置下游并与磁混凝反应装置相连通的磁分离设备，吸附反应单元与磁混凝反应装置相连通，磁分离设备包括排泥端和排水端，所述S2包括，
S2.1，向磁混凝反应装置内混合磁介质后的废水中投加适量药剂，通过磁混凝反应在废水中形成磁性絮体；
S2.2，磁分离设备利用磁场分离废水中的磁性絮体，以形成磁性污泥，磁性污泥经由排泥端排出，分离磁性絮体后的水体经由排水端排出。
优选的，所述磁分离设备采用的是超磁分离机或磁沉淀装置。
优选的，步骤S2.1中，所投加的药剂为混凝剂和/或絮凝剂。
为解决提高混凝效果和效率的问题，优选的，步骤S2.1中，磁混凝反应装置内的磁混凝反应时间为3-5min。
优选的，所述磁混凝反应装置至少构造有相互连通的混凝腔和絮凝腔，吸附反应单元与混凝腔相连通，絮凝腔与磁分离设备相连通，所述S2.1还包括向混凝腔内投加适量混凝剂的步骤，及向絮凝腔内投加适量絮凝剂的步骤。
为解决提高本工艺经济性的问题，一些实施方式中，所述磁分离废水系统还包括配置于磁分离单元下游并与磁分离单元相连通的再生循环单元，所述工艺还包括，
S3，利用再生循环单元承接磁分离单元分离出来的磁性污泥，并在碱性条件下使磁性污泥中吸附于磁性复合材料中的COD脱附，以还原和回收磁性复合材料，并将所回收的磁性复合材料投加到吸附反应单元中，实现循环。利用再生循环单元从磁性污泥中分离、还原和回收磁性复合材料，并将所回收的磁性复合材料投加到吸附反应单元中循环利用，可以显著减低运行成本，具有更好的经济性。
本发明第二方面要解决低成本、高效还原和再生磁介质的问题，进一步的，所述再生循环单元包括一级磁回收装置、第一投加装置以及第一反应器，磁分离设备的排泥端与一级磁回收装置相连通，一级磁回收装置与第一反应器相连通，第一投加装置与第一反应器相连通；所述S3包括，
S3.2，一级磁回收装置承接磁分离单元分离出来的磁性污泥，并通过磁力从磁性污泥中分离磁性物质，将所分离出来的磁性物质输入第一反应器；
S3.3，利用第一投加装置向第一反应器内投加适量再生剂，再生剂包括至少一种碱性溶液，再生剂与磁性物质在第一反应器内混合并反应，以使吸附于磁性复合材料中的COD脱附，还原磁性复合材料。在本方案中，通过在再生循环单元内配置一级磁回收装置，可以利用一级磁回收装置达到分离磁性污泥中磁性物质和污泥的目的，以便后续单独对所分离出来的磁性物质进行处理，避免了污泥的干扰，一方面有利于降低再生剂的投加量，从而有利于降低成本，另一方面使得再生剂与磁性物质可以更充分的接触和反应，从而有利于高效还原和再生磁介质。此外，通过将再生剂配置碱性，使得COD可以在碱性条件下与磁性复合材料脱附，达到还原磁介质的目的，使得磁介质重新具备吸附COD的功能，以便磁介质重复、循环使用。
为解决提高磁性污泥中磁介质回收率的问题，进一步的，所述再生循环单元还包括第一解絮机，第一解絮机分别与磁分离设备的排泥端及一级磁回收装置相连通；所述S3还包括S3.1，利用第一解絮机对从排泥端输送出来的磁性污泥进行物理破碎，物理破碎后的磁性污泥输入一级磁回收装置。在本方案中，先将磁性污泥进行物理破碎，可以打散磁性污泥中的磁性絮体，以便在一级磁回收装置中更好的分离磁性污泥内的磁介质及污泥，可以显著提高磁性污泥中磁介质的回收率，并可以降低污泥中所残留磁性物质的含量，既有利于降低运行成本，又有利于节能环保。
优选的，所述再生剂包括NaOH溶液。
为便于定量投加再生剂，优选的，所述第一投加装置包括用于配置和/或储存再生剂的容器、以及投加泵，所述容器通过管道与第一反应器相连通，投加泵与该管道相连通。以便利用投加泵向第一反应器内输送定量的再生剂。
优选的，所述第一反应器与一级磁回收装置为一体结构。
优选的，所述第一解絮机与一级磁回收装置为一体结构。
为便于再生磁介质，优选的，所述第一反应器构造有用于提供反应场所的反应腔，第一投加装置和一级磁回收装置分别与该反应腔相连通，反应腔内配置有搅拌器。以便利用搅拌器使再生剂与磁性物质充分接触并反应。
本发明第三方面要解决获得纯净磁介质的问题，进一步的，所述再生循环单元还包括二级磁回收装置、第二投加装置、第二反应器以及回流泵，二级磁回收装置分别与第一反应器和第二反应器相连通，第二投加装置与第二反应器相连通，第二反应器通过回流管道与吸附反应单元相连通，回流泵与回流管道相连通；所述S3还包括，
S3.4，将第一反应器内反应后的混合物输入二级磁回收装置，利用二级磁回收装置内的磁场分离混合物中的磁介质，并将分离出来的磁介质输入第二反应器，
S3.5，利用第二投加装置向第二反应器内投加适量中和剂，以中和S3.3中过量的再生剂，所述中和剂包括至少一种酸性溶液，
S3.6，利用回流泵将第二反应器内的磁介质投加到吸附反应单元中。本方案中，通过配置二级磁回收装置，可以与一级磁回收装置形成配合，以便对再生后的磁介质进行清洗和回收，并通过投加中和剂来中和S3.3中过量的再生剂，获得纯净的磁介质，最后利用回流泵实现磁介质的循环利用，采用这样的设计，不仅不会向废水中引入新的污染物，而且由于回流的仅仅是磁介质，从而有利于精确控制向吸附反应单元内所投加的磁介质的量，有利于提高出水效果。
为解决提高混合物中磁介质回收率的问题，进一步的，所述再生循环单元还包括第二解絮机，第二解絮机分别与第一反应器及二级磁回收装置相连通；所述S3.4还包括将第一反应器内反应后的混合物输入第二解絮机，利用第二解絮机对混合物进行物理破碎，物理破碎后的混合物输入二级磁回收装置的步骤。在本方案中，先将混合物进行物理破碎，可以打散混合物中的磁介质，以便在二级磁回收装置中更好的分离混合物内的磁介质，可以显著提高混合物中磁介质的回收率，并可以降低污泥中所残留磁性物质的含量，既有利于降低运行成本，又有利于节能环保。
优选的，所述中和剂包括H2SO4溶液或HCl溶液。
为便于定量投加中和剂，优选的，所述第二投加装置包括用于配置和/或储存中和剂的容器、以及投加泵，所述容器通过管道与第二反应器相连通，投加泵与该管道相连通。以便利用投加泵向第二反应器内输送定量的中和剂。
优选的，所述第二反应器与二级磁回收装置为一体结构，和/或，所述第二解絮机与二级磁回收装置为一体结构。
为便于再生磁介质，优选的，所述第二反应器构造有用于提供反应场所的反应腔，第二投加装置、二级磁回收装置以及回流泵分别与该反应腔相连通，反应腔内配置有搅拌器。以便利用搅拌器使中和剂与磁性物质充分接触并反应。
本发明第四方面要解决提高本工艺环保和安全性的问题，一些实施方式中，所述磁分离废水系统还包括后处理单元，所述后处理单元包括再生液池、电催化氧化装置以及尾气净化装置，所述再生液池与所述二级磁回收装置相连通，用于承接分离磁介质后的废液，再生液池通过管道与电催化氧化装置相连通，且该管道连接有输送泵，电催化氧化装置与尾气净化装置相连通，电催化氧化装置用于将废液中的COD降解为CO2和H2O，尾气净化装置用于净化电催化氧化装置产生的尾气；所述工艺还包括步骤S4，利用后处理单元对步骤3中所产生的废液进行处理，以去除废液中的COD，并净化去除COD过程中所产生的尾气。废液中含有高浓度的COD，通过设置电催化氧化装置，可以利用电催化氧化装置将高浓度COD降解为没有环境污染的CO2和H2O，由于废液中通常存在少量的氯离子，在电催化氧化的过程中会产生Cl2，因此，通过设置尾气净化装置可以有效去除Cl2，达到净化尾气的目的。
优选的，所述步骤S4包括S4.1，将二级磁回收装置中分离磁介质后的废液输入再生液池，并利用输送泵将再生液池内的废液输入电催化氧化装置；
S4.2，电催化氧化装置通过电催化氧化的方式将废液中的COD降解为CO2和H2O，并将该过程所产生的尾气输入尾气净化装置，剩余液体另行排放，
S4.3，尾气净化装置内有净化水，将尾气穿过净化水，使得尾气中的Cl2溶于水并形成含氯液，含氯液排放至出水端。既可以去除废液中的COD，又可以去除尾气中的Cl2。
为便于处理污泥，进一步的，所述磁分离废水系统还包括污泥脱水单元，所述污泥脱水单元包括污泥池和污泥脱水装置，污泥池通过管道与污泥脱水装置相连通，且该管道连接有输送泵，污泥脱水装置用于对污泥脱水，一级磁回收装置与污泥池相连通，用于将一级磁回收装置中分离磁性物质后的污泥输入污泥池，电催化氧化装置与污泥池相连通，用于将电催化氧化装置中分离尾气后的剩余液体输入污泥池。通过设置污泥脱水单元，可以对整个工艺过程所产生的污泥统一进行脱水处理，便于污泥的后续处理，且有利于提高经济性。
与现有技术相比，使用本发明提供的一种利用磁分离废水系统处理有机废水工艺，无需与现有的生化工艺联合使用，既可以简化现有工艺流程，又可以避免生化工艺所带来的技术问题，可以有效去除非溶解性COD和溶解性COD，从而可以显著降低出水COD含量，尤其适用于处理有机废水。
（发明人：肖波;吉青青;杨涛;易洋;王哲晓;黄光华）