CN103240173A

CN103240173A - 磁力分离器及具有该磁力分离器的水处理系统

Info

Publication number: CN103240173A
Application number: CN2013100494702A
Authority: CN
Inventors: 劳敏慈; 邓焯楠; 张振
Original assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Current assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: HK1185303A1; CN103240173B

Abstract

本发明公开了一种用于水处理系统的磁力分离器，其能从水中吸引磁性纳米或微米颗粒。此磁力分离器包括槽，其中设有挡板，以便形成流体通道；永久磁铁或电磁铁，其被结合到所述挡板中或槽的底部中以提供磁场吸引磁性纳米或微米颗粒；冲洗系统，其用于喷射冲洗溶液以冲刷所述挡板或所述槽的底部上被吸引的磁性颗粒；然后，磁性颗粒可再生及重用。本发明还公开了一种具有上述磁力分离器的水处理系统，其包括：第一搅拌槽反应器，在第一搅拌槽反应器中，磁性颗粒与水中的重金属或有机污染物发生反应；如上述的第一磁力分离器，其接收来自第一搅拌槽反应器的反应后的水，并将反应后的磁性颗粒与经处理的水分离。

Description

磁力分离器及具有该磁力分离器的水处理系统

技术领域

本发明涉及水处理系统，特别是，从经处理的水中分离磁性纳米或微米颗粒的磁力分离器，以及采用该磁力分离器的水处理系统。

背景技术

磁力分离技术主要应用在磁种分离领域，其中涉及将磁种材料添加到待处理的水——例如原水或废水——中并且通过磁场对由磁种和絮凝剂形成的磁性絮凝物进行分离。一些已知的磁种商业应用是在澳大利亚专利Nos.512553、518159和550702中描述的“Sirofloc”工艺以及在美国专利No.6099738中公开的“Comag”工艺。在这些工艺中，磁性颗粒（主要是磁铁矿）负责为絮凝物提供磁力，从而通过磁场提高絮凝物的分离。虽然能够通过美国专利No.20080073283中的剪切装置回收磁种，但磁性颗粒的功能只限于提供磁力。这些工艺涉及凝结剂的添加，并且分离的絮凝物不能再利用或再生。

此外，磁性纳米或微米颗粒不仅能够为絮凝物提供磁力，而且能够直接应用在水处理中以除去重金属或有机污染物。由于磁性纳米或微米颗粒具有很大的处理能力和去除效率，因此对于水处理，磁性纳米或微米颗粒的应用正在出现。Hu等人的美国专利No.7,622,423B1提出了一种磁性纳米颗粒的合成方法。该专利中的磁性纳米颗粒能够应用于从工业废水中去除和回收重金属。然而，磁性纳米或微米颗粒是非常小以至于在没有凝结剂情况下不能被分离或仅靠重力分离，因此，限制了他们的应用。本发明的磁力分离器通过提供之字形通道和大有效磁性表面以增加吸引效率，以及通过结合用于回收和再循环磁性纳米或微米颗粒的冲洗系统，能够使磁性纳米或微米颗粒在水处理中应用而无需添加凝结剂。

发明内容

本发明涉及一种用于水处理系统的磁力分离器，其能从水中吸引磁性纳米或微米颗粒。此磁力分离器包括槽，其中设有挡板，以便形成流体通道；永久磁铁或电磁铁，其被结合到所述挡板中或槽的底部中；冲洗系统，其用于喷射冲洗溶液冲刷所述挡板或所述槽的底部从流体中所吸引的磁性颗粒。

本发明还涉及一种具有上述磁力分离器的水处理系统，其包括：第一搅拌槽反应器，在第一搅拌槽反应器中，磁性颗粒与水中的重金属或有机污染物发生反应；如上述的第一磁力分离器，其接收来自第一搅拌槽反应器的反应后的水，并将反应后的磁性颗粒与经处理的水分离。

附图说明

图1是示出了本发明的水处理系统的一个实施例的工艺流程图，在该系统中应用了本发明的磁力分离器。

图2是磁力分离器的一个实施例的示意性平面图。

图3是具有另一磁场结构的本发明另一磁力分离器实施例的示意性截面图。

图4是本发明磁力分离器的冲洗系统的一个实施例的示意性剖视俯视图。

图5是具有冲洗系统的磁力分离器的一个实施例的示意性剖面正视图。

图6a、图6b、图6c是获专利授权的磁赤铁矿纳米颗粒(详见美国专利No.7,622,423B1)、市售纳米零价铁（nZVI）和实验室合成的磁性微米颗粒的浓度和样品浊度之间的关系曲线图。

具体实施方式

图1示出了水处理系统10的一个实施例的工艺流程，在该处理系统中应用了磁力分离器102和104。水处理系统10包括两个搅拌槽反应器101和103以及两个磁力分离器102和104。

水处理系统10使用磁性纳米或微米颗粒（例如，零价铁纳米颗粒、磁赤铁矿纳米颗粒、含锰铁矿纳米颗粒、磁性聚合物颗粒）（下文称为磁性颗粒）处理含有重金属或有机污染物的水，例如原水或废水。含有重金属或有机污染物的原水或废水被送入到第一搅拌槽反应器101中，并且与磁性颗粒混合进行处理。磁性颗粒与原水或废水中的重金属或有机污染物发生反应，从而处理原水或废水。将含有反应后的磁性颗粒的悬浮液201转移到第一磁力分离器102。

第一磁力分离器102接收来自第一搅拌槽反应器101的反应后的水，并将反应后的磁性颗粒与经处理的水分离。在经处理的水排出第一磁力分离器102期间，所吸引的磁性纳米或微米颗粒被磁力分离器102的永磁铁或电磁铁202提供的磁场保持。所吸引的磁性纳米或微米颗粒在移除磁场后利用磁力分离器102中的冲洗系统得以回收。回收的磁性纳米或微米颗粒可以通过再生和再循环以在另一个处理循环中应用。

图2示出了磁力分离器102（以及104）的一个实施例的俯视图。参照该图，磁力分离器的主体是一个槽20，槽20中设有多块挡板200。可以理解，仅设置一块挡板也是可行的。图示实施例为多块挡板的情况，其中各挡板200在水平方向互相交错地设置于槽20的两个侧壁上，以便与侧壁一起形成水平方向的之字形流体通道。该之字形流体通道能够提供更长停留时间和更大磁性表面面积，便于高效地吸引水中的磁性颗粒。磁力分离器102（以及104）中的磁场由永久磁铁或电磁铁202提供。永久磁铁或电磁铁202可以结合到形成磁力分离器之字形通道的挡板200中，或结合到图3所示磁力分离器的底部中。使用时，磁力分离器内的水位不能高于挡板200，以便为磁性颗粒悬浮液和磁性表面提供更好的接触。通过磁场将磁性颗粒吸引并保持在挡板200的磁性表面上。经处理的水经由排水口206从磁力分离器102排出。在将磁场移除后，通过从冲洗系统喷射冲洗溶液将被所吸引的磁性颗粒冲刷掉。

图3示出了具有另一结构的磁力分离器102（以及104）的截面图。图示的磁力分离器中，与地面垂直的方向互相交错的挡板200与槽20的壁一起构成垂直之字形通道。含有磁性颗粒的悬浮液201沿之字形通道上下迂回流动。永久磁铁或电磁铁202结合在槽20的底部210中，通过磁场将磁性颗粒吸引并保持在磁力分离器底部的磁性表面上。经处理的水经由排水口206排出。在将磁场移除后，通过从冲洗系统喷射冲洗溶液将被吸引的磁性颗粒冲刷掉。

图4示出了磁力分离器102（以及104）的冲洗系统的一个实施例。该冲洗系统包括冲洗溶液供给管203和冲洗溶液喷射管204。冲洗溶液喷射管204上有多个开孔以喷射冲洗溶液。

图5从主视图的角度示出了磁力分离器中的冲洗系统。箭头标示了引入的悬浮液的流动方向。冲洗系统的冲洗溶液喷射管204位于磁力分离器挡板200的上部。磁力分离器的槽20的底部从两侧到中间向下倾斜。在磁性颗粒被冲洗溶液冲刷掉后，磁性颗粒可以由沿槽20的如上倾斜的底部的收集管205收集。收集管205连接到磁力分离器各通道的最低点上，该最低点也是各通道的中点以缩短收集路径和便于磁性颗粒的收集。

如图1的实施例所示，可将所收集的磁性颗粒悬浮液105转移到另一搅拌槽反应器103，即第二搅拌槽反应器103，与再生溶液混合以进行再生，然后将含有再生后的磁性颗粒的再生溶液转移到另一磁力分离器104，即第二磁力分离器104。第二磁力分离器104执行第一磁力分离器102中的相同分离工艺，将所述再生后的磁性颗粒与所述再生溶液分离。然后可以通过冲洗溶液107的冲洗，将再生后的磁性颗粒经由返回路径106返回到第一搅拌槽反应器101，以用于水处理的下一个循环。

优选地，第二搅拌槽反应器和第二磁力分离器小于第一搅拌槽反应器和第一磁力分离器102。如果应用的磁性颗粒不能再生和再利用，那么可以除去或忽略水处理系统10中的第二搅拌槽反应器103和第二磁力分离器104。

图6a、图6b、图6c示出了获专利的磁赤铁矿纳米颗粒(详见美国专利No.7,622,423B1)、市售纳米零价铁（nZVI）和实验室合成的磁性微米颗粒（浓度范围为0至1g/L）的浓度和样品浊度之间的线性关系，其中R²大于0.99，这表明磁性颗粒的浓度可由浊度表示。

示例

具有5L容量的水平和垂直流动结构原型已被开发出来并测试。进行测试是为了确定本发明对磁性纳米或微米颗粒的分离效率。应用了如下三种磁性颗粒进行这些测试，（ⅰ）获专利的磁赤铁矿纳米颗粒(详见美国专利No.7,622,423B1)，（ⅱ）市售nZVI，以及（ⅲ）实验室合成的磁性微米颗粒。去离子水中含有磁性颗粒的悬浮液（1g/L的磁赤铁矿纳米颗粒或磁性微米颗粒，或150mg/L的nZVI）被引入到磁力分离器中。磁性颗粒通过由本发明中永久磁铁或电磁铁提供的磁场吸引。在一定的停留时间（参考表1）后，收集磁力分离器的流出物，并测定样品的浊度。通过将流出物的浊度与悬浮液初始浊度进行比较来计算分离效率。还收集并称重磁性颗粒。结果如表一所示。

表1

Claims

1.一种磁力分离器（102;104），其包括：

槽（20），其中设有挡板（200），以便形成流体通道；

永久磁铁或电磁铁（202），其被结合到所述挡板（200）中或槽（20）的底部中；

冲洗系统（203,204），其用于喷射冲洗溶液冲刷所述挡板（200）或所述槽的底部从流体中所吸引的磁性颗粒。

2.根据权利要求1所述的磁力分离器，其中，所述挡板（200）设置为在水平方向互相交错，以便与槽壁一起形成水平方向的之字形流体通道。

3.根据权利要求2所述的磁力分离器，其中，所述永久磁铁或电磁铁（202）结合在挡板（200）中。

4.根据权利要求3所述的磁力分离器，其中，所述槽的底部设置为从两侧到中间向下倾斜，使得所述流体通道的最低点是其中点。

5.根据权利要求4所述的磁力分离器，还包括底部收集管（205），其连接到所述流体通道的最低点，用于收集冲刷掉的磁性颗粒。

6.根据权利要求1所述的磁力分离器，其中，所述挡板（200）设置为在垂直方向互相交错，以形成垂直方向的之字形流体通道，并且永久磁铁或电磁铁（202）结合在槽（20）的底部中。

7.根据权利要求1所述的磁力分离器，其中，所述冲洗系统（203,204）包括洗溶液供给管（203）和冲洗溶液喷射管（204）。

8.根据权利要求1所述的磁力分离器，其中，所述磁性颗粒是任何种类带有磁性的纳米或微米颗粒。

9.一种水处理系统（10），其包括：

第一搅拌槽反应器（101），在第一搅拌槽反应器中，磁性颗粒与水中的重金属或有机污染物发生反应；

如权利要求1-7所述的第一磁力分离器（102），其接收来自第一搅拌槽反应器（101）的反应后的水，并将反应后的磁性颗粒与经处理的水分离。

10.根据权利要求9所述的水处理系统，还包括：

第二搅拌槽反应器（103），其接收来自第一磁力分离器（102）的磁性颗粒悬浮液，所述反应后的磁性颗粒在第二搅拌槽反应器（103）中被再生溶液再生；以及

第二磁力分离器（104），其接收来自第二搅拌槽反应器（103）的含有再生后的磁性颗粒的所述再生溶液，并将所述再生后的磁性颗粒与所述再生溶液分离；

返回路径（106），所述再生的磁性颗粒与所述再生溶液分离后通过所述返回路径（106）返回到第一搅拌槽反应器（101）。

11.根据权利要求10所述的水处理系统，其中，所述第二搅拌槽反应器（103）和第二磁力分离器（104）小于第一搅拌槽反应器（101）和第一磁力分离器（102）。