CN103380085A

CN103380085A - 水处理装置及水处理方法

Info

Publication number: CN103380085A
Application number: CN2012800090609A
Authority: CN
Inventors: 深谷太郎; 山崎厚; 堤剑治; 山梨伊知郎; 汤川敦司; 野口博史
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-02-27
Also published as: WO2012121047A1; JP2012187507A; JP5426591B2; CN103380085B

Abstract

本发明提供一种水处理装置，其具有：使被处理水与吸附剂混合的反应槽（1），将被处理水供给到反应槽（1）的供给装置（10），使反应槽（1）内的混合物分离为处理水和吸附剂的固液分离装置（4）、（6），从固液分离装置排出处理水的排出机构（8），和从固液分离装置将吸附剂返回到反应槽（1）的返回机构（7）。

Description

水处理装置及水处理方法

技术领域

本发明的实施方式涉及水处理装置及水处理方法。

背景技术

近来，因工业的发展及人口的增加一直要求有效地利用水资源。因此，工业排水等废水的再利用是非常重要的。对于实现这些目的，水的净化即从水中分离其它物质是必要的。

作为从液体分离其它物质的方法，已知有各种方法，例如可列举出膜分离、离心分离、活性炭吸附、臭氧处理、凝聚以及通过规定的吸附材料除去浮游物质等。通过如此的方法，能够除去水中所含的磷或氮等对环境有较大影响的化学物质，或除去分散在水中的油类、粘土等。

其中，膜分离是最普遍使用的方法之一，但在除去分散在水中的油类的情况下，存在油容易堵塞膜的细孔，膜的寿命容易缩短的问题。因此，对于除去水中的油类，膜分离多数情况下是不适合的。除此以外，作为从含有重油等油类的水中除去油类的方法，可列举出例如利用重油的上浮性，通过设置在水上的围油栏收集漂浮在水表面的重油，从表面吸引及回收的方法，或者在水上铺设对重油具有吸附性的疏水性材料，吸附回收重油的方法等。

近年来，进行了通过将油分吸附材料浸渍在分散有油类的水中，使所述油类吸附在所述油分吸附材料上，从而从所述水中除去的尝试。例如，已知有通过监视排水的水质算出吸附剂的注入量，从水中将有价物（被吸附物）与吸附剂一同回收后，使其与吸附剂分离得到有价物的方法。

可是，在采用上述的方法时，如果水中的有价物（或除去对象物质）的浓度下降，则吸附剂的浓度也下降，因此有时因接触概率下降而使吸附需要时间，或不能充分吸附。

此外，一般在柱中装填离子交换树脂等吸附剂然后通水的方法中，虽然被处理水和吸附剂的接触良好，但在悬浮性物质（SS）等不溶物质的存在下有时发生柱堵塞等问题，或有时因压力损失而得不到良好的处理量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-268976号公报

专利文献2：日本特开2010-69395号公报

发明内容

本发明要解决的课题在于，提供一种在采用吸附剂从水中去除特定物质时，可提高吸附剂和特定物质的接触概率同时还可得到良好的处理量的水处理装置及水处理方法。

根据实施方式，提供一种水处理装置，其具有：使被处理水与吸附剂混合的反应槽，将被处理水供给到所述反应槽的供给装置，使所述反应槽内的混合物分离为处理水和吸附剂的固液分离装置，从所述固液分离装置排出处理水的排出机构，和从所述固液分离装置将吸附剂返回到反应槽的返回机构。

附图说明

图1是实施方式1及2的水处理装置的说明图。

图2是实施方式3的水处理装置的说明图。

图3是实施方式4的水处理装置的说明图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。图1是实施方式1及2的水处理装置的一个例子。

在反应槽1中收容有含有磁性体的吸附剂。作为固液分离装置的旋风分离器4及回收罐5经由中间安装有送液泵2的配管3a与该反应槽1顺次连接，回收罐5和反应槽1通过配管3b连接。作为固液分离装置的磁分离装置6与旋风分离器4连接。在该磁分离装置6的底部，分别连接有一端被连接在反应槽1上的作为返回机构的排水管7、及一端被连接在处理水槽（未图示）上的中间安装有处理水排出泵8的处理水排出管9。通过处理水排出泵8、处理水排出管9和处理水槽，构成从旋风分离器4及磁分离装置6排出处理水的排出机构。所述反应槽1和原水槽（未图示）通过中间安装有原水供给泵10的配管3c连接。通过原水供给泵10、配管3c和原水槽，构成将被处理水供给到反应槽1的供给装置。在所述配管3b的中途，连接有一端被连接在吸附剂回收容器11上的回收管12。

如此构成的水处理装置的作用如下。

首先，采用原水供给泵10将作为被处理水的原水供给到所述反应槽1。在反应槽1中，使含有磁性体的吸附剂和原水充分混合，使原水中的特定物质吸附在吸附剂上，生成浆液。然后，采用送液泵2将浆液送到旋风分离器4。将通过该旋风分离器4分离的固体积存在回收罐5中。通过配管3b使积存在回收罐5中的吸附剂返回到反应槽1中。由于在通过旋风分离器4分离的处理水中存在不能回收的粒子，所以将含有这些粒子的处理水送到磁分离装置6，利用磁力进行吸附剂的回收。采用处理水排出泵8将该磁分离装置6的处理水排出到处理水槽。通过磁分离装置6回收的吸附剂被定期进行反冲洗，通过排水管7返回到反应槽1。使吸附剂在反应槽1、旋风分离器4和磁分离装置6之间循环，使原水通过如此的循环路内，由此特定物质被吸附在吸附剂上，处理水被排出。在将此重复到吸附剂的可吸附量后，将回收罐5的吸附剂不是移送到反应槽1、而是使用回收管12移送到吸附剂回收容器11。通过清洗等手段对由吸附剂回收容器11回收的吸附剂进行再生，再次返回到反应槽1。

以下，对所述水处理装置的个别的构成进行详细说明。

（反应槽）

反应槽1的形状、材质等没有特别的限制，但优选具有被处理液的滞留时间至少达到5分钟的容量。优选在反应槽1中设置挡板等，以预先使液体不能走捷径。优选反应槽1根据需要具备混合机等搅拌机构或水位传感器等。优选在反应槽1中预先装入吸附剂。吸附剂的浓度只要是通过固液分离装置能够与液体分离的浓度就不特别限定，但如果尽量形成浓的浓度则接触概率提高，作为装置的吸附性能提高。作为目标，为0.1～20wt%的范围。在吸附剂的浓度低于0.1wt%时得不到充分的吸附性能。另一方面，即使超过20wt%吸附性能也不太提高，因此为20wt%左右就足够。使用送液泵2将在反应槽中得到的浆液送到固液分离装置。

（固液分离装置）

将反应槽1中生成的浆液分离为处理液和吸附剂的固液分离装置没有特别的限定，例如可列举出采用重力或比重的分离（沉降槽、旋风分离器）、采用过滤器的分离（减压过滤、加压过滤、上向流过滤）、其以外的分离（磁分离等）。其中，优选采用可进行连续处理且处理量大的旋风分离器。在采用旋风分离器进行固液分离时，优选吸附剂的密度为2.0g/cm³以上。

作为另一优选的固液分离装置，可列举出采用含有磁性体的吸附剂时的磁分离装置。作为磁性体，例如能够使用铁、含铁的合金、磁铁矿、钛铁矿、磁硫铁矿、镁铁氧体、钴铁氧体、镍铁氧体、钡铁氧体等。其中铁氧体系化合物因水中的稳定性优良而优选使用。特别是，磁铁矿即四氧化三铁（Fe₃O₄）不仅廉价，而且即使在水中作为磁性体也稳定地存在，是安全的，因此容易在水处理中使用，因而优选。在磁分离装置中，采用磁铁对含有如此的磁性体的吸附剂进行分离。

另外，其它优选的固液分离装置为过滤器，特别优选上向流过滤。在上向流过滤中，处理水从下朝上流动，通过设在上侧的滤布等过滤器进行过滤。在该方法中，不仅吸附剂的粒径、比重、磁性体的有无没有限定，而且在滤布的冲洗时吸附剂因重力而落下，因此容易清洗。

通过处理水排出泵8将由这些固液分离装置得到的处理水排出到处理水槽。此外，将回收的吸附剂返回到反应槽1。例如，在图1中，使位于旋风分离器4下的回收罐5的下部预先稍微腾空，以能够使分离的吸附剂连续地落在反应槽1中。此外，假如吸附剂积存在磁分离装置6中，则可通过定期进行反冲洗，经由排水管7返回到反应槽1。通过重复此操作，能够使吸附剂在反应槽1与旋风分离器4、磁分离装置6之间循环。

（吸附剂回收容器）

通过重复上述的处理，特定物质缓慢地吸附在循环着的吸附剂上，不以某处理量进行吸附。这样一来，通过在吸附剂回收容器11中回收吸附剂，通过清洗等再生吸附剂，可进行再利用。图1中，通过从连接在旋风分离器4下的回收罐5上的配管3b分支的回收管12，能够在吸附剂回收容器11回收吸附剂。吸附剂的清洗方法可以是已知的方法，例如对于吸附有油等有机物的吸附剂，可进行利用溶剂的清洗，对于如离子交换树脂那样吸附离子的吸附剂，可进行酸清洗或碱清洗。

（吸附剂）

作为吸附剂，只要是水处理中使用的固体的吸附剂就不特别限定。在使用旋风分离器或磁分离装置作为固液分离装置时，优选准备含有磁性体的吸附剂，调整吸附剂的密度。例如，能够优选使用含四氧化三铁的油分吸附剂。吸附剂例如可通过将磁性体粒子和粘合剂成分混合在溶液中，然后进行喷雾干燥来制作。此外，也可以使用离子交换树脂等填充在柱中使用的离子交换树脂等。

以下，采用具体的实施方式进行详细说明。

（实施方式1）

（装置的说明）

在实施方式1中采用图1的水处理装置。实施方式1的水处理装置具备具有搅拌机和水位传感器（均未图示）的300L的反应槽1、作为固液分离装置的处理速度30L/min的旋风分离器4及具有钕磁铁的磁分离装置6。吸附剂可从旋风分离器下的回收罐5连续地返回到反应槽1，同时可在磁分离装置6中定期地进行了反冲洗后返回到反应槽1。

（吸附剂的制作）

将聚甲基丙烯酸甲酯138重量份溶解于2400ml丙酮中形成溶液，使平均粒径2000nm的四氧化三铁粒子1500重量份分散在该溶液中。采用小型喷雾干燥仪（柴田科学株式会社制的商品名：B-290型）喷雾该分散液，制作含有凝聚成球状的二次粒子的平均粒径为60μm的磁性体的油分吸附剂。

（模拟排水的制作）

准备相对于水1000L混合了4kg齿轮油（Exxonmobil公司制造的商品名：Mobil Vactra Oil No.2）的模拟排水。

（吸附试验）

向反应槽1中预先投入10kg吸附剂，由原水供给泵10将模拟排水供给到反应槽1内。在向反应槽1投入了250L模拟排水时，开动送液泵2，以30L/min的流量供给到旋风分离器4。将送入旋风分离器4的吸附剂的9成移送到回收罐5，将剩余的吸附剂与处理液一同送到磁分离装置6。通过该磁分离装置6利用磁力回收剩余的吸附剂，通过处理水排出泵8将处理水排出到处理水槽，结果处理水中没有混入吸附剂和油。此外，将回收到回收罐5中的吸附剂从回收罐5下连续地抽出，返回到反应槽1。此外，每5分钟对磁分离装置6进行一次反冲洗，将回收的吸附剂返回到反应槽1。将此重复到模拟排水全部消失，确认在处理水槽的处理水中既没有混入吸附剂也没有混入油。

（再生试验）

在不开动处理水排出泵8的情况下，通过形成从磁分离装置6返回到反应槽1的闭环的状态，进行了循环运转。使积存在回收罐5中的吸附剂一点一点地移动到吸附剂回收容器11中，同时回收全部的吸附剂。用30L己烷将该回收的吸附剂清洗3次，回收附着在吸附剂上的3.8kg齿轮油，结束吸附剂的再生。

根据实施方式1的水处理装置，通过在反应槽1与作为固液分离装置的旋风分离器4及磁分离装置6之间使高浓度的吸附剂循环，并使处理水通过此处，可提高吸附剂和特定物质的接触概率，可得到良好的处理量。

（实施方式2）

在实施方式2中，采用图1的水处理装置。在实施方式2中，除了将模拟排水的组成规定为在松村石油株式会社制造的水溶性切削剂ネオクール（溶液型）2%水溶液1000L中混合4kg齿轮油的组成，通过由处理水排出泵8将处理水返回到原水槽进行循环运转以外，与实施方式1同样地进行吸附试验。在运转60分钟后，漂浮在原水槽上的齿轮油大部分被回收。与实施方式1同样地回收吸附剂，进行己烷清洗，回收附着在吸附剂上的3.6kg齿轮油，结束吸附剂的再生。此外，在处理的切削剂中几乎没有见到油，可作为切削剂再利用。

（实施方式3）

（装置的说明）

在实施方式3中采用图2的水处理装置。但是，对于与图1相同的部件标注同一符号并省略说明。实施方式3的水处理装置具备具有搅拌机和水位传感器（均未图示）的300L的反应槽1、作为固液分离装置的处理速度30L/min的旋风分离器4及作为固液分离装置的700mm见方的上向流过滤器21。图2中，由处理水排出管9和处理水槽构成排出机构。形成吸附剂从旋风分离器下的回收罐5连续地返回到反应槽1，同时在对上向流过滤器21定期进行了反冲洗后返回到反应槽1的结构。

（吸附剂的制作）

与实施方式1同样地制作吸附剂。

（模拟排水的制作）

准备相对于水1000L混合了4kg齿轮油的模拟排水。

（吸附试验）

向反应槽1中预先投入10kg吸附剂，由原水供给泵10将模拟排水供给到反应槽1内。在向反应槽1投入了250L模拟排水时，开动送液泵2，以30L/min的流量供给到旋风分离器4。将送到旋风分离器4的吸附剂的9成移送到回收罐5，将剩余的吸附剂与处理液一同送到上向流过滤装置21。通过该上向流过滤装置21回收剩余的吸附剂。在将处理水排出到处理水槽时，在处理水中没有混入吸附剂和油。此外，将回收到回收罐5中的吸附剂从回收罐5下连续地抽出，返回到反应槽1。此外，每5分钟对上向流过滤器21进行一次反冲洗，将回收的吸附剂返回到反应槽1。将此重复到模拟排水全部消失，确认在处理水槽的处理水中既没有混入吸附剂也没有混入油。

（再生试验）

与实施方式1同样地用己烷清洗吸附剂，回收3.9kg齿轮油，完成吸附剂的再生。

（实施方式4）

（装置的说明）

在实施方式4中采用图3的水处理装置。其中，对于与图1、图2相同的部件标注同一符号并省略说明。实施方式4的水处理装置具备具有搅拌机和水位传感器（均未图示）的300L的反应槽1和作为固液分离装置的700mm见方的3台上向流过滤器21a、21b、21c。吸附剂当在上向流过滤器21a、21b、21c中定期进行了反冲洗后返回到反应槽1中。在图3中，从排水管7分支的回收管22与吸附剂回收容器11连接。

（吸附剂的制作）

作为吸附剂，使用硼吸附树脂（三菱化学制的商品名：CRB05）。

（模拟排水的制作）

将四硼酸钠溶解于1000L水中，准备硼浓度为500mg/L的模拟排水。

（吸附试验）

在反应槽1中预先投入10kg的吸附剂，由原水供给泵10将模拟排水供给到反应槽1内。在向反应槽1中投入了250L模拟排水时，开动送液泵2，送到上向流过滤器21a、21b、21c。通过这些上向流过滤器21a、21b、21c回收吸附剂，在向处理水槽排出处理水时，处理水中没有混入吸附剂。此外，上向流过滤器21a、21b、21c每隔5分钟进行反冲洗，将吸附剂返回到反应槽1。在用大约35分钟结束全部的处理后，分析处理水槽的处理液的硼浓度，结果为420mg/L，确认硼的吸附。合计回收80g硼。

（再生试验）

与实施方式1同样地回收吸附剂，用1当量的硫酸和1当量的氢氧化钠水溶液进行清洗，完成吸附剂的再生。

（比较例1）

将与实施方式4相同量的吸附剂填充到20L的柱中，流通模拟排水，结果35分钟只能处理50L。此时通水的水中所含的硼被全量回收，但合计为25g。

由以上得知，实施方式的水处理装置通过向具有高浓度吸附剂的处理水槽中通水，能够高效率地进行水处理。

以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，并不有意限定发明的范围。这些新颖的实施方式还能以其它多种方式实施，在不脱离发明要旨的范围内，能够进行多种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形都包含在发明的范围或要旨内，同时包含在权利要求所记载的发明和其均等的范围内。

Claims

1.一种水处理装置，其具有：

使被处理水与吸附剂混合的反应槽，

将被处理水供给到所述反应槽的供给装置，

使所述反应槽内的混合物分离为处理水和吸附剂的固液分离装置，

从所述固液分离装置排出处理水的排出机构，和

从所述固液分离装置将吸附剂返回到反应槽的返回机构。

2.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述吸附剂的密度为2g/cm³以上。

3.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述吸附剂含有磁性体。

4.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述固液分离装置为旋风分离器。

5.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述固液分离装置为磁分离装置。

6.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述固液分离装置为过滤器。

7.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述吸附剂为油分吸附剂。

8.根据权利要求1所述的水处理装置，其中，所述吸附剂为离子吸附粒子。

9.一种水处理方法，其包括以下工序：

将被处理水供给到收容有吸附剂的反应槽，使被处理水与吸附剂混合；

通过固液分离装置使所述反应槽内的混合物分离为吸附剂和处理水；

从所述固液分离装置排出所述处理水；

从所述固液分离装置将所述吸附剂返回到所述反应槽；

其中，使吸附剂在所述反应槽与所述固液分离装置之间循环。