CN105906133B - 一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强磁分离‑磁性生物质炭吸附的水体净化方法及装置，该方法结合强磁分离技术和磁种吸附技术，采用微米级超顺磁性生物质炭作为磁种，磁性生物质炭的表面负载的壳聚糖磁性颗粒的网状结构，增大了磁性生物质炭的比表面积，有利于污染物的吸附；且磁性生物质炭中的磁颗粒存在形式为稳定Fe3O4晶态，具备超顺磁性，具有更好的吸附效果。本发明进一步优化了传统强磁分离系统，简化回收设备，大大降低混凝剂投加量和处理能耗，降低磁种的回收成本。

Description

一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法及装置
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法及装置。
背景技术
磁分离技术用于水处理工程，是一门新兴技术。从上世纪60年代开始，苏联用磁凝聚法处理钢厂除尘废水。60年代末，美国MIT教授科姆发明高梯度磁过滤器。70年代美国应用磁絮凝法和高梯度磁分离法处理钢铁、食品、化工、造纸等废水。我国从70年代中期到80年代初，将磁聚凝法、磁盘法、高梯度磁分离法用于炼钢、轧钢废水的处理。近年来，磁分离技术在电镀水、湖泊水、市政废水、厨房污水、石油采出水等处理方面都取得了一定的研究成果，有的已经在实际废水处理中得到了很好的应用。
对水处理工程而言，由于强磁分离技术仅仅是一种物理性质的固液分离手段，在实际应用时，很多场合都必须辅以其他相关技术，才能发挥很好的效果。传统的强磁分离技术使用磁种主要是天然磁铁矿粉末和有机膜磁性粉末。天然磁铁矿虽然价格低廉，但杂质较多、磁响应性差、吸附容量小，有二次污染风险；有机膜磁性粉末是覆盖高分子有机膜的Fe3O4，回收过程中调节PH值后表面Zeta点位发生转化，磁性粉末与絮凝胶体分离，但合成过程需N2保护，部分原料有毒，合成成本高，现强磁分离技术中鲜有使用。以上两种磁种剩磁强度大，回收过程中均需脱磁，增加处理能耗和回收成本。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种简化回收设备、降低回收成本、降低混凝剂投加量和处理能耗的强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法及装置。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法，其特征在于包括步骤：
S1、初沉：将原水引流至初沉池；
S2、混合：将上述经初沉后的水引流至混合池，添加入混凝剂后搅拌混合；
S3、絮凝：将上述经混合后的水引流至絮凝池，调节PH值，添加入磁性生物质炭，随后搅拌沉淀磁絮体；
S4、分离：将上述经絮凝后的水引流至强磁分离池，经超磁分离机分离污染物、絮体和磁性生物质炭，得到净化水；
S5、磁回收：调节上述步骤分离出来磁性生物质炭、污染物、絮体的混合物的PH值，经高速搅拌将磁性生物质炭与污染物、絮体分离，回收磁性生物质炭。
上述步骤S2中的混凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝(PAC)。
进一步的，上述磁性生物质炭的粒径为10-100μm。粒径小、比表面积较大的磁种，水中的污染物能够充分吸附在磁种表面上，过小的粒径，搅拌速度和搅拌时间难以控制，磁性生物质炭易随水流流出反应器，影响吸附效果。微米级的磁性生物质炭(BFC)，对絮凝胶体有较强的亲和力，加速磁絮体聚团沉淀。BFC表面负载的壳聚糖磁性颗粒呈现网状结构，增大了BFC的比表面积，有利于污染物的吸附；BFC中磁颗粒存在形式为稳定Fe3O4晶态，具备超顺磁性，比传统磁种具有更好的吸附效果。
进一步的，上述步骤S3中PH值为4-8，磁性生物质炭在PH值在4-8时，对污染物具有较高的吸附去除效率，去除效率在80％以上；上述步骤S5中PH为9-11，在回收过程中不需使用电脱磁设备，PH值会直接影响磁性颗粒物的Zeta电位，改变其表面电性，进而影响到颗粒物的磁分离效率。PH值达到9以前，磁种的回收率随PH值得增大而增大，PH值大于11后，在增大碱度将不利于磁种的回收，因此，在磁种回收阶段，碱洗脱液的PH应控制在9-11之间。通过高速搅拌方式将污染物、絮体、和磁性生物质炭分离，碱液洗脱可使磁性生物质炭回收率达到99％。
进一步的，上述步骤S2中的混合速度梯度G＝600-800S-1，上述步骤S3中絮凝搅拌速度梯度G＝30-60S-1。合理的速度梯度可以促使水中细小颗粒发生有效碰撞逐渐成长为大颗粒，更好地实现固液分离。速度过慢，会使絮凝剂和细小颗粒不能充分接触，且絮凝剂的浓度分布也不均匀，影响絮凝效果。速度过快，会使已发生有效碰撞而絮凝的大颗粒破碎，降低絮凝效果。
优选的，上述步骤S2中PH值为6，步骤S5中PH值为11，上述步骤S2中的混合速度梯度G＝670S-1，上述步骤S3中絮凝搅拌速度梯度G＝40S-1。
一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化装置，包括池体和超磁分离机，所述池体依水流方向包括初沉池、混合池、絮凝池，所述初沉池和混合池之间设有下隔板，所述混合池和絮凝池之间设有上隔板，所述原水从初沉池的进水口流入，依次流经混合池、絮凝池，从超磁分离机的出水口流出。
上述混合池和絮凝池内设有搅拌机。
上述初沉池和混合池底部设有共用排水管。
上述超磁分离机连接磁分离鼓机，所述磁分离鼓机连接混合池和排泥脱水机。
本发明的有益之处在于：本发明的一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法及其装置，相比现有技术，采用的磁性生物质炭作为磁种，具有高吸附容量，较常规磁种具有更高的比表面积和磁响应性，降低了混凝剂的用量，通过对水体的PH值的改变，增强了磁性生物质炭磁种对污染物的吸附，磁回收步骤通过改变分离混合物的PH值，经过简易工艺即可回收再利用磁种，操作方便，提高了磁种的回收率，降低了回收成本；应用于二级出水深度处理和景观水处理，具有方便高效，节能减排，装备占地面积小且调度灵活等优点。
附图说明
图1为本发明的一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法的示意图；
图2为本发明的一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化装置的示意图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
本实施例以江苏某生化污水处理厂的二级出水作为深度处理目标，对比强化混凝工艺，测定了CODCr、总磷TP和悬浮物SS三个指标。该生化污水处理厂原水具有高COD、高磷、水质波动大等特点，二级出水难以达到标准。
实施例中所使用的原料及设备说明：
1、聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化铝为(PAC)：市购(PAM：广东光华科技有限公司、CAS号9003-05-8；PAC：天津市鼎盛鑫化工有限公司、CAS号1327-41-9)；
2、磁性生物质炭(BFC)：制备过程参见：“陈卫等.一种负载壳聚糖磁性纳米颗粒生物质炭吸附剂的制备方法.申请号：201510153323.9申请日：2015-04-01”；
3、超磁分离机：厂家：三佳精密机械，型号：CF-01，规格：15w，500L/h；
4、CODCr检测方法为：国标法测定；
5、总磷TP检测方法为：钼酸铵分光光度法；
6、悬浮物SS检测方法为：滤纸过滤法。
强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法的步骤包括：
S1、初沉：将污水处理厂的二级出水通过水泵抽至初沉池；
S2、混合：将上述经初沉后的水引流至混合池，加入聚丙烯酰胺和聚合氯化铝为，搅拌混合，混合速度梯度G＝670S-1；
S3、絮凝：将上述经混合后的水引流至絮凝池，调节溶液PH值为6，加入粒径为10-100μm的磁性生物质炭(BFC)，搅拌沉淀磁絮体，搅拌速度梯度G＝40S-1，S4、分离：将上述经絮凝后的水引流至强磁分离池，经超磁分离机分离污染物、絮体和磁性生物质炭，得到净化水；
S5、磁回收：调节上述步骤分离出来磁性生物质炭、污染物、絮体的混合物的PH值为11，通过高速搅拌将磁种与污染物、絮体分离，回收磁性生物质炭。
净化水进入原有消毒工艺继续处理后排放进入清江，分离出来的污泥采用污泥渣浆泵打入原有污泥调节池，和厂区原有污泥混合一起送入污泥脱水系统脱水后外运。
CODCr、TP和SS的检测结果见表1、表2、表3：
表1
表2
表3
由表1、表2、表3可见，强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法能够有效去除二级出水中的CODCr、总磷TP和悬浮物SS，去除率分别为75％、85％和70％。出水的CODCr和TP能够达到地表水IV类水的标准(GB3838-2002)，悬浮物SS能够达到国家一级污水排放标准。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法，其特征在于，包括步骤：
S1、初沉：将原水引流至初沉池；
S2、混合：将上述经初沉后的水引流至混合池，添加入混凝剂后搅拌混合；
S3、絮凝：将上述经混合后的水引流至絮凝池，调节pH值为4-8，添加入粒径为10-100μm的磁性生物质炭，随后搅拌沉淀磁絮体；
S4、分离：将上述经絮凝后的水引流至强磁分离池，经超磁分离机分离混合物和净化水，所述混合物包括磁性生物质炭、污染物和絮体；
S5、磁回收：调节上述混合物的pH值为9-11，经高速搅拌，将磁性生物质炭从中分离。
2.根据权利要求1所述的一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法，其特征在于所述步骤S2中的混凝剂为聚丙烯酰胺和聚合氯化铝。
3.根据权利要求1所述的一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法，其特征在于所述步骤S2中的混合速度梯度G＝600-800S-1，所述步骤S3中絮凝搅拌速度梯度G＝30-60S-1。
4.根据权利要求1所述的一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法，其特征在于所述步骤S5中pH为6，步骤S5中pH为11，所述步骤S2中的混合速度梯度G＝670S-1，所述步骤S3中絮凝搅拌速度梯度G＝40S-1。
5.适用于权利要求1-4任一所述的一种强磁分离-磁性生物质炭吸附的水体净化方法的净化装置，包括池体、超磁分离机，所述池体依水流方向包括初沉池、混合池、絮凝池，其特征在于，所述初沉池和混合池之间设有下隔板，所述混合池和絮凝池之间设有上隔板，原水从初沉池的进水口流入，依次流经混合池、絮凝池，从超磁分离机的出水口流出。
6.根据权利要求5所述的净化装置，其特征在于，所述混合池和絮凝池内设有搅拌机。
7.根据权利要求5所述的净化装置，其特征在于，所述初沉池和混合池底部设有共用排水管。
8.根据权利要求5所述的净化装置，其特征在于，所述超磁分离机连接磁分离鼓机，所述磁分离鼓机连接初沉池和排泥脱水机。
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