CN101781003A

CN101781003A - 一种超导磁分离废水处理装置

Info

Publication number: CN101781003A
Application number: CN200910077284A
Authority: CN
Inventors: 李来风; 张�浩; 黄荣进; 徐向东; 龚领会; 徐冬; 周远
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-07-21

Abstract

本发明提供一种超导磁分离废水处理装置，包括磁种和絮凝剂投放器、混合器和超导磁分离器；所述磁种和絮凝剂投放器用于向混合器投放磁种和絮凝剂；所述混合器接有入水管，用于将所述磁种和絮凝剂与废水充分混合；所述磁分离器的一端与所述混合器通过管道连接，另一端接出水管，所述磁分离器中具有铁素体不锈钢材料制作的过滤装置。本发明预先加入磁种，使本身无磁性的有害物质与磁种充分结合，从而实现超导磁分离净化废水，因此能够广泛应用于工业和生活废水处理。同时，本发明成本低、效率高、耗电量小、可实现无人值守自动运行。

Description

一种超导磁分离废水处理装置

技术领域

本发明属于资源环境保护领域，具体地说，本发明涉及一种用于废水处理的超导磁分离装置。

背景技术

目前国内广泛采用的工业废水处理方法主要有化学法和生物化学法。化学法主要包括沉淀法、过滤法、中和法和脱色法等。生物化学法主要包括生物接触氧化-混凝沉淀法、生物滤池-氧化沟及活性污泥法、纯氧活性污泥法、氧化池法等。然而，目前实用的化学法和生物化学法存在投资大、运行成本高、反应时间长、占地面积大、工艺复杂、效率低、能耗高等问题。尤其是在造纸厂废水处理中，这些问题更加突出。因此开展新型、高效、低成本工业废水处理技术的研究越来越重要。

磁分离是一种通过磁体提供的磁场来实现物质分离的技术，属于物理分离法。高梯度磁分离(High gradient magnetic separation，简称HGMS)是20世纪70年代初在美国发展起来的一种新的磁分离技术。它能快速地分离混合物中的磁性杂质。磁场强度是影响磁分离的效率的主要参数，以往的磁体大多为普通电磁体或永久磁体，所提供的磁场在1特斯拉左右，磁分离效果不是很明显，随着超导技术的发展，超导磁体可提供高磁场，磁场强度可达14T(特斯拉)甚至更高，它能在较大的空间范围内提供强磁场及高梯度磁场，因而可提高处理量。采用超导磁体用于分离矿石、煤、高岭土等固体物质中磁性杂质在国内外已得到广泛应用，但用于废水分离净化尚少涉及。近几年有人采用超导磁分离技术分离净化钢厂、铝厂等废水中磁性金属杂质颗粒，分离效果明显，但还是局限在分离废水中磁性金属污染物，对于废水中的有机、无机污染物，由于这些污染物本身没有磁性，靠磁场产生的磁吸引力无法分离。超导磁分离法与传统的化学法、生物法以及普通电磁体磁分离不同，不仅具有投资小、占地少、处理周期短、处理效果好等优点，还可以达到普通电磁体3倍以上的磁场强度，从而提高磁分离能力，是未来极具潜在应用价值的技术。本发明针对造纸、化工、制药、食品等工业废水以及城市垃圾场渗出污水特点，设计出可以分离废水中无磁性的有机、无机污染物的超导磁分离装置，最高磁场达到5T。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够广泛应用于工业和生活废水处理的低成本高效超导磁分离废水处理装置。

为实现上述发明目的，本发明提供的超导磁分离废水处理装置包括磁种和絮凝剂投放器、混合器和超导磁分离器；所述磁种和絮凝剂投放器用于向混合器投放磁种和絮凝剂；所述混合器接有入水管，用于将所述磁种和絮凝剂与废水充分混合；所述磁分离器的一端与所述混合器通过管道连接，另一端接出水管，所述磁分离器中具有铁素体不锈钢材料制作的过滤装置。

上述技术方案中，还包括与所述磁分离器连接的回收器，用于将磁种从污泥中分离并回收磁种供循环使用。

上述技术方案中，所述磁分离器包括超导磁体和制冷机，超导磁体线圈由NbTi或Nb₃Sn超导线材绕制，最高磁场可达5T，制冷机用于冷却超导磁体，制冷机最低冷却温度为4K。

上述技术方案中，所述磁分离器还包括置于磁场中的废水处理管道，所述废水处理管道中放置筛板或钢毛，所述筛板和钢毛的制作材料为铁素体不锈钢。过滤装置即为所述筛板或钢毛。

上述技术方案中，所述筛板为盘状，所述筛板的孔径从中心到边缘逐步减小。

上述技术方案中，所述筛板孔径从中心到边缘变化的范围是从10目到80目。目是衡量孔径大小的常用单位，表征一平方英寸所具有的孔数。

上述技术方案中，所述废水处理管道中平行地放置多个筛板。

上述技术方案中，所述磁分离器包括置于磁场中的废水处理管道，所述废水处理管道中填充有钢毛，所述钢毛由铁素体不锈钢材料的钢丝扭曲缠绕而成。

上述技术方案中，所述钢毛的钢丝直径为0.05～1毫米。

上述技术方案中，磁分离器还包括传送机构，用于将清洁筛板/钢毛不断传送进磁分离器，并且将吸附了污染物絮团的筛板/钢毛不断从磁分离器中取出。

上述技术方案中，所述磁分离器还包括清洗机构，所述清洗机构用于采用超声振动并辅以少量出水冲刷的方法将筛板/钢毛上的絮团洗下。

上述技术方案中，所述磁种为经过表面有机覆膜活化的Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃，粒径10～1000nm。

上述技术方案中，所述絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铝(PAS)或聚合硫酸铁(PFS)。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明预先加入磁种，使本身无磁性的有害物质与磁种充分结合，从而实现超导磁分离净化废水，因此能够广泛应用于工业和生活废水处理。

本发明成本低、效率高。本发明处理工业废水，出水COD值可由入口的8000mg·L^-1降到100mg·L^-1以下；日处理废水100-3000t；占地面积30m²以内；耗电量小于100kW；可实现无人值守自动运行，不需经常维护。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是本发明一个实施例的总体装置图(水平放置超导磁体，使用筛板)；

图2是本发明另一个实施例的总体装置图(立式放置超导磁体，使用筛板)；

图3是本发明第三个实施例的总体装置图(水平放置超导磁体，使用钢毛)；

图4是本发明第四个实施例的总体装置图(立式放置超导磁体，使用钢毛)；

图5是本发明某些实施例中的筛板的正面示意图。

图面说明

1-废水池，2-水泵，3-磁种和絮凝剂投放器，4-混合器，5-搅拌桨，6-制冷机，7-超导磁分离器，8-筛板/钢毛，

9-超导磁体，10-回收器，11-污泥，12-回收磁种，

13-出水口，14-超声波清洗器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的磁分离废水处理装置包括磁种和絮凝剂投放器3、混合器4、超导磁分离器7和回收器10。所述磁种和絮凝剂投放器3用于以一定速率向混合器投放磁种和絮凝剂。所述混合器4接有入水管，用于将所述磁种和絮凝剂与废水充分混合，所述混合器4中具有搅拌桨5。所述混合器4的入水管可以连接水泵2，用于将废水从废水池1中抽至混合器4中。所述磁分离器的一端与所述混合器4通过管道连接，另一端接出水管，出水管具有出水口13。所述超导磁分离器7包括制冷机6、超导磁体9、置于磁场内的废水处理管道。所述废水处理管道与所述混合器内的管道连通。所述废水处理管道内放置多个筛板8，形成多层过滤网。实施例中，各筛板8等距平行放置，相邻两个筛板8的间距为筛板厚度的5～10倍。所述筛板8由铁素体不锈钢材料制作成圆盘状(平面图见图5)，铁素体不锈钢材料可以保证足够的磁化力和耐腐蚀性。所述筛板的孔径从中心到边缘逐步减小。本实施例中所述筛板孔径从中心到边缘变化的范围是从10目到80目。目是衡量孔径大小的常用单位，表征一平方英寸所具有的孔数，目数小则孔径大。由于超导磁体中心磁场较强，因此对污染物颗粒的捕捉力也较强。本实施例中筛板孔径从中心到边缘逐步减小，可以在保证污物处理能力的前提下，最大程度地减小废水处理管道的阻力，使得水流较多地从中心通过，保证了废水处理的速率。所述回收器10用于将磁种从污泥中分离并回收磁种。回收器由机械振动筛板板和超声波清洗槽组成，机械振动工序可将磁种颗粒上大部分污泥去掉，然后磁种进入超声波清洗槽进一步去除表面残留污染物。回收器10具有两个出口，分别用于排出污泥11和回收磁种12。

本实施例中，所述制冷机为G-M制冷机或脉管制冷机，制冷能力可达4K有1W冷量。

本实施例中，所述磁种为经过表面有机覆膜活化的Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃，粒径10～1000nm。

本实施例中，所述絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)等。

本实施例中，所述超导磁分离器7还包括传送机构和清洗机构。所述传送机构用于将清洁筛板不断传送进磁分离器，并且将吸附了污染物絮团的筛板不断从磁分离器中取出。所述清洗机构用于采用超声振动并辅以少量出水冲刷的方法将筛板上的絮团洗下。所述传送机构的移动速率可调，一般为1～5m/min。在具体实现上，传送机构的移动速率和磁体、磁分离器的设计尺寸有关，比如磁场部分的槽路长度是0.5m，筛板的移动速率为5m/min，假定废水处理管道为0.5m，则每个筛板在磁场内工作的时间应为0.1min即6s。假设能够吸附的污染物质量为1g，污水的COD_Cr值为1000mg·L^-1即1g/L(COD_Cr值不是污染物的实际质量，但基本在同一数量级)，则单个筛板单次经过磁分离器时能滤过的污水体积为1L。

所述废水处理管道可以完全敞口(即形成槽路)或部分敞口，这样方便传送机构将筛板从槽中取出并送入清洗机构，进而实现筛板的循环利用。

本实施例中，所述磁分离器水平放置，即水进出口为水平方向，该结构为卧式结构，更加适合于造纸、化工污水处理。

本实施例中，废水处理流程如下：将废水从入水口引入装置，在搅拌的同时加入磁种和絮凝剂，然后流入磁分离器。磁种和絮凝剂形成絮团后，在超导磁体的磁化下吸附在磁分离器内的筛板上；筛板上的絮团被洗脱，在回收器内回收磁种后，排出污泥。磁分离器流出的即为达到排放标准的洁净水。

本实施例的装置启动步骤如下：

1)从混合器4向整个装置内灌满净水。

2)启动水泵2，以较小的流量(如0.5m³/h)抽取废水。

3)启动投放器3，以较低的速率向混合器3内投入磁种和絮凝剂(如5g/h)。

4)启动搅拌桨5。

5)启动回收器9。

6)启动磁分离器7，使筛板开始移动。

7)启动制冷机，使超导磁体冷却到4.5K以下。

8)启动立式超导磁体8，设定较小的励磁电流(磁场0.1T)。

9)待装置工作稳定后，加大励磁电流(磁场达3T以上)，逐步调大流量(如5m³/h)、磁种/絮凝剂投加速率至(50g/h)。

按以上实施方案我们对陕西圣龙造纸厂废水进行了实际实验，入口废水原始COD值为1890mg·L^-1，经过磁分离器后，COD值降到76mg·L^-1。

实施例2

本实施例的磁分离废水处理装置与实施例1基本一致，不同之处在于采用了立式结构(如图2所示)。本实施例为立式结构，适合于油田三次采油回注水净化处理。在立式结构中，干净筛板由下往上进入所述废水处理管道。

实施例1和2的共同特点是使用筛板吸附污染物，磁分离器内阻力较小，适合处理较大流量、悬浮物含量较高的废水。

本实施例的磁分离废水处理装置的启动步骤和废水处理流程与实施例1一致。

按本实施例工序，对三次采用回注水进行净化实验，COD值由原来的750mg·L^-1降到43mg·L^-1.

实施例3

本实施例的磁分离废水处理装置如图3所示。本实施例的磁分离废水处理装置与实施例1基本一致，区别在于本实施例的磁分离器中使用钢毛代替筛板进行过滤。所述钢毛填充在所述磁分离器的废水处理管道中，所述钢毛由铁素体不锈钢材料制成的钢丝扭曲缠绕而成。所述钢毛的钢丝直径为0.05～1毫米。本实施例可以具有多段钢毛，两段相邻钢毛间距为每段钢毛长度的1/3～1/2。本实施例中，传送机构用于将清洁钢毛不断传送进磁分离器，并且将吸附了污染物絮团的钢毛不断从磁分离器中取出。所述清洗机构用于采用超声振动并辅以少量出水冲刷的方法将钢毛上的絮团洗下。

本实施例为卧式结构，水进出口为水平方向，适于日处理量小于500吨的城市垃圾渗出污水、造纸污水、化工医药污水处理。

本实施例的废水处理流程与实施例1基本一致。

本实施例的装置启动步骤如下：

1)从混合器4向整个装置内灌满净水。

2)启动水泵2，以较小的流量(如0.2m³/h)抽取废水。

3)启动投放器3，以较低的速率向混合器3内投入磁种和絮凝剂(如2g/h)。

4)启动搅拌桨5。

5)启动回收器9。

6)启动磁分离器7，使钢毛开始移动。

7)启动制冷机，使超导磁体冷却到4.5K以下。

8)启动立式超导磁体8，设定较小的励磁电流(磁场0.1T)。

9)待装置工作稳定后，加大励磁电流(磁场达2T以上)，逐步调大流量(如2m³/h)、磁种/絮凝剂投加速率至(20g/h)。

采用本实施例方法，对垃圾场渗出污水进行了实验，入口污水COD_Cr值为8600mg/L，经处理后COD_Cr值将为97mg/L。对造纸厂污水处理实验结果为入口COD_Cr值1890mg·L^-1，出口COD_Cr值降为28mg·L^-1。

实施例4

本实施例的磁分离废水处理装置与实施例3基本一致，区别在于本实施例采用立式结构，废水入口在上面，出口在下面，适合于油田三次采油回注水净化处理。

实施例3和4的共同特点是，由于使用钢毛，处理效率更高，但磁分离器内阻力较大，适用于处理较小流量、悬浮物含量较低的废水。

本实施例的磁分离废水处理装置的启动步骤和废水处理流程与实施例3一致。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种超导磁分离废水处理装置，包括磁种和絮凝剂投放器、混合器和超导磁分离器；所述磁种和絮凝剂投放器用于向混合器投放磁种和絮凝剂；所述混合器接有入水管，用于将所述磁种和絮凝剂与废水充分混合；所述磁分离器的一端与所述混合器通过管道连接，另一端接出水管，所述磁分离器中具有铁素体不锈钢材料制作的过滤装置。

2.根据权利要求1所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，所述磁分离废水处理装置还包括与所述磁分离器连接的回收器，用于将磁种从污泥中分离并回收磁种供循环使用。

3.根据权利要求1所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，所述磁分离器包括制冷机、超导磁体和置于磁场中的废水处理管道，所述废水处理管道中放置所述过滤装置，所述过滤装置为筛板。

4.根据权利要求3所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，所述过滤装置为筛板，所述筛板为盘状，所述筛板的孔径从中心到边缘逐步减小。

5.根据权利要求4所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，所述筛板孔径从中心到边缘变化的范围是从10目到80目。

6.根据权利要求4所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，所述废水处理管道中平行地放置多个筛板。

7.根据权利要求1所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，所述磁分离器包括制冷机、超导磁体和置于磁场中的废水处理管道，所述废水处理管道中放置所述过滤装置，所述过滤装置为钢毛，所述钢毛由铁素体不锈钢材料的钢丝扭曲缠绕而成。

8.根据权利要求7所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，所述钢毛的钢丝直径为0.05～1毫米。

9.根据权利要求3或7所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，磁分离器还包括传送机构，用于将清洁筛板或钢毛不断传送进磁分离器，并且将吸附了污染物絮团的筛板或钢毛不断从磁分离器中取出。

10.根据权利要求9所述的磁分离废水处理装置，其特征在于，所述磁分离器还包括清洗机构，所述清洗机构用于采用超声振动并辅以少量出水冲刷的方法将筛板或钢毛上的絮团洗下。