CN105948192B - 一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺及其装置 - Google Patents

一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于包括磁过滤、反冲洗、磁粉回收、高温催化再生的步骤；具体为：1)磁过滤：使用预载法将磁粉固定到均质滤料层中，然后将废水与磁粉混合后通过预载磁粉的均质滤料层进行过滤，得到去除烃基污染物的废水和磁过滤后的均质滤料层；2)反冲洗：对步骤1)所得磁过滤后的均质滤料层进行反冲洗，得到含有磁粉的水溶液；3)磁粉回收：将步骤2)所得含有磁粉的水溶液利用磁铁对磁粉进行吸附回收；4)高温催化再生：对步骤3)所得磁粉进行高温催化再生。本发明将传统的均质滤料过滤与磁过滤相结合，既保证了过滤的可靠性，又增加了对于水中烃类物质的高效去除效果，解决了烃类物质去除难的问题。

Description

一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺及其装置
技术领域
本发明涉及一种水处理方法，具体涉及一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺及其装置。
背景技术
在水处理的工程实践中，处理高浓度烃类物质一直是废水净化处理的难题之一。采用常规的处理技术无法达到废水的相关排放标准，而传统上采用SBR、水解酸化等工艺存在难以抗冲击负荷、污泥膨胀问题。
传统的处理含有高烃类废水一般采用SBR法和水解酸化法等生物工艺技术，SBR工艺工艺简单、不需要二沉池，并且不易产生污泥膨胀，但是其抗冲击负荷能力较差。而水解酸化工艺抗冲击负荷能力较强，却很难解决污泥膨胀的问题。因此需要一种既能抗冲击负荷又能避免污泥膨胀产生的方法去除水中的烃类物质。
另外,还有投加活性炭的方法，但活性炭成本太高，并且无法做到重复利用。因此急需一种成本更低、可重复利用性更好的助滤剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，将传统的均质滤料过滤与磁过滤相结合，既保证了过滤的可靠性，又增加了对于水中烃类物质的高效去除效果，解决了烃类物质去除难的问题。
本发明解决起技术问题采用以下的技术方案。
一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，包括磁过滤、反冲洗、磁粉回收、高温催化再生的步骤；具体工艺为：
1)磁过滤：使用预载法将磁粉一固定到均质滤料层中，然后将废水与磁粉二混合后通过预载磁粉一的均质滤料层进行过滤，得到去除烃基污染物的废水和磁过滤后的均质滤料层；
2)反冲洗：对步骤1)所得磁过滤后的均质滤料层进行反冲洗，得到含有磁粉的水溶液；
3)磁粉回收：将步骤2)所得含有磁粉的水溶液利用磁铁对磁粉进行吸附回收；
4)高温催化再生：对步骤3)所得磁粉进行高温催化再生。
按上述方案，所述废水优选pH预先调节至3.0-5.5。本发明中的废水的组成就是蒸馏水中加入一定的癸烷，癸烷是一种烃类物质，作为烃类物质代表进行实验，浓度在0.1-0.5g/mL。
按上述方案，均质滤料的滤速明显高于非均质滤料的滤速，过滤周期明显高于非均粒滤料的过滤周期，这主要是由于均粒滤料下层粒径与上层滤料粒径接近，有利于截留悬浮物继续往下渗透。反冲洗中均质滤料在全部滤层中粒径接近，不会发生为满足粗粒径滤料冲洗强度要求而造成细粒径滤料冲出滤池；也不会发生为避免细粒径滤料流失而减小冲洗强度，造成粗粒滤料不能完全流态化。均粒滤料的杂质能渗入砂层深处，杂质分布趋于均匀，不象在非均粒滤料滤层那样，只堵塞在滤床表面，因而均粒滤料在整个过滤周期中截泥量加大。
按上述方案，所述预载法的具体方式为：将包含磁粉一的自来水以一定流速通过均质滤料层，从而将磁粉一固定到均质滤料层中，其中所述流速为4-6m3/h，所述磁粉一在自来水中的浓度为0.0005-0.03g/L，即每L水加入0.0005-0.03g磁粉一。
按上述方案，所述磁粉一、磁粉二采用聚二甲基硅氧烷/三氧化二铁的复合材料，缩写为PDMS-Fe2O3合材料。该PDMS-Fe2O3复合材料可以通过以下的方法进行制备，具体如下：将聚二甲基硅氧烷(PDMS)和三氧化二铁(Fe2O3)按质量比(0.1-0.3)：1混合并搅拌，所得混合物在250-300℃加热40-90min，所得产物经洗涤、干燥后即为聚二甲基硅氧烷/三氧化二铁的复合材料，缩写为PDMS-Fe2O3复合材料。其中，所述洗涤采用甲苯溶液，其中甲苯含量与PDMS的质量比为15-25:1。
按上述方案，所述磁过滤步骤中废水与磁粉二的比例为每100mL废水投加0.5-5g，滤速在7-9m/h范围内。
按上述方案，所述反冲洗是对均质滤料层依次进行气冲、气－水联合反冲、水冲，经历过以上三个阶段后，均质滤料层能有效的恢复对烃类物质的吸附能力，最后将吸附了烃类物质的磁粉和反冲洗水一起排放到回收池。其中，反冲洗阶段中，水冲强度5-7L/s.m2，气冲强度13-15L/s.m2，反冲洗时间：单独气冲3-4min、气水联合反冲3-4min、单独水冲2-3min，冲洗周期20-30h；均质滤料层厚度800-1200mm，均质滤料，有效粒径1-3mm。
按上述方案，所述高温催化再生步骤中，使用高温催化燃烧对回收的磁粉进行处理，以让其可重复利用。其中，所述高温催化燃烧的温度为350-450℃，气流(即空气)为90-110ml/min，加热时间15-30min。
本发明提供一种磁过滤步骤采用的装置，该磁过滤装置包括过滤池、进水管、磁粉投加管、悬浮水槽、均质滤料层、卵石层、排水管，所述进水管和磁粉投加管分别设置在过滤池上部，排水管设置在过滤池下底部；所述悬浮水槽、均质滤料层、卵石层从上到下依次设置在过滤池中，悬浮水槽上开设有出水孔。
本发明提供一种磁粉回收步骤采用的装置，该磁粉回收装置包括：回收池、入水管、电磁铁、出水管、收集槽；所述回收池由筒体和倒锥体组成，电磁铁设置在筒体中部，出水管设置在筒体底部；所述收集槽设置在回收池下方，入水管设置在回收池上方。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一，本发明将传统的均质滤料过滤与磁过滤相结合，既保证了过滤的可靠性，又增加了对于水中烃类物质的高效去除效果，解决了烃类物质去除难的问题；
第二，本发明中投加磁粉采用预载法，通过控制流速将磁粉固定到滤层中，有效降低了总投加量；
第三，本发明中使用的PDMS-Fe2O3型磁粉能通过高温催化氧化处理使之恢复对烃类物质的吸附能力，可以高效的对磁粉进行回收利用，能大幅度降低整体工艺的成本。
附图说明
图1为磁过滤装置；其中，1-进水管、2-磁粉投加管、3-悬浮水槽、4-均质滤料层、5-卵石层、6-排水管、7-过滤池。
图2为磁粉回收装置，其中，8-入水管，9-电磁铁，10-出水管，11-收集槽，12-回收池。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
下述实施例中磁过滤步骤采用的磁过滤装置，该装置包括过滤池7、进水管1、磁粉投加管2、悬浮水槽3、均质滤料层4、卵石层5、排水管6、；所述进水管1和磁粉投加管2分别设置在过滤池8上部，排水管6设置在过滤池8下底部；所述悬浮水槽3、均质滤料层4、卵石层5从上到下依次设置在过滤池8中，悬浮水槽3上开设有出水孔。
下述实施例中磁粉回收步骤采用的磁粉回收装置，该装置包括：回收池12、入水管8、电磁铁9、出水管10、收集槽11；所述回收池12由筒体和倒锥体组成，电磁铁9设置在筒体中部，出水管10设置在筒体底部；所述收集槽11设置在回收池12下方，入水管8设置在回收池12上方。
下述实施例中磁粉采用聚二甲基硅氧烷/三氧化二铁的复合材料，缩写为PDMS-Fe2O3复合材料，通过以下的方法进行制备：将相等质量的PDMS与Fe2O3进行混合并搅拌，所得混合物在280℃下加热1小时，所得产物经洗涤以洗去多余的未附着的PDMS、真空干燥后即为PDMS-Fe2O3复合材料。其中，所述洗涤采用甲苯溶液，优选甲苯溶液甲苯的量与PDMS的质量比为15:1--25:1。
实施例中的废水以含有0.15g/mL癸烷水溶液为例，测试去除烃基污染物的性能。
实施例1
一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，包括磁过滤、反冲洗、磁粉回收、高温催化再生的步骤；具体工艺为：
1)磁过滤：a、将30g的癸烷加入200ml蒸馏水中并进行搅拌，用盐酸调节pH至3.5，然后将得到的水样100ml置于烧杯A中，另一半放入烧杯B中，分别作为废水样A和废水样B；
b、使用预载法将磁粉固定到磁过滤装置的均质滤料层(均质滤料的粒径为3mm)中，具体方法为：在进水前往池中投加混合了磁粉的自来水，每1L自来水投加磁粉量为0.01g进行预固定，然后控制投加速度为5m3/h，将磁粉固定到均质滤料层中；
c、将废水样A通入上述磁过滤装置中，废水样A首先由进水管进入悬浮水槽中，利用磁粉投加管加入磁粉1g与100mL废水进行在悬浮槽中进行混合，再从悬浮水槽中流入预载磁粉的均质滤料层进行过滤，滤速为10m/h，磁粉在均质滤料层中吸附癸烷(即烃类污染物质)，并且磁粉也被截流在均质滤料层中，从而得到去除烃基污染物的水，其通过卵石层由排水管排出；而磁过滤后的均质滤料层含有磁粉和癸烷则进入反冲洗阶段；
2)反冲洗：对步骤1)所得磁过滤后的均质滤料层进行反冲洗，先进行气冲，再进行气水联合反冲，最后进行水冲，反冲洗强度为20m/h，得到含有磁粉的反冲洗后水溶液，进入回收池中；其中，水冲强度5L/s.m2，气冲强度13L/s.m2，反冲洗时间：单独气冲3min、气水联合反冲3min、单独水冲2min；冲洗周期20h；均质滤料层厚度800mm。
3)磁粉回收：将步骤2)所得含有磁粉的水溶液在回收池中对电磁板通电，对磁粉进行吸附，然后排出吸附剩余的水，水排尽后关闭电磁铁的通电，磁粉则收集于回收槽中；
4)高温催化再生：使用热降解法对回收槽中收集的PDMS–Fe2O3进行再生处理，先在100℃下进行干燥，然后放入隔焰炉中于400℃、100ml/min的空气流下加热20分，然后使用NaOH溶液(pH＝9)进行清洗，即得到再生后的磁粉。
重复上述工艺，采用再生后的磁粉对废水样B进行处理，根据废水样A和废水样B处理前后癸烷的含量，计算癸烷的去除率，如表1所示。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：
1)磁过滤：
a、废水pH预先调节至3.0；
b、均质滤料的粒径为2mm；在进水前往池中投加混合了磁粉的自来水，每1L自来水投加磁粉量为0.012g进行预固定，然后控制投加速度为4m3/h，将磁粉固定到均质滤料层中；
c、利用磁粉投加管加入磁粉2g与100mL废水进行在悬浮槽中进行混合，再从悬浮水槽中流入预载磁粉的均质滤料层进行过滤，滤速为9m/h；
2)反冲洗：水冲强度6L/s.m2，气冲强度14L/s.m2，反冲洗时间：单独气冲3min、气水联合反冲3min、单独水冲3min；冲洗周期25h；均质滤料层厚度1000mm。
4)高温催化再生：使用热降解法对回收槽中收集的PDMS–Fe2O3进行再生处理，先在100℃下进行干燥，然后放入隔焰炉中于380℃、80ml/min的空气流下加热10分，然后使用NaOH溶液(pH＝9)进行清洗，即得到再生后的磁粉。
重复上述工艺，采用再生后的磁粉对废水样B进行处理，根据废水样A和废水样B处理前后癸烷的含量，计算癸烷的去除率，如表1所示。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：
1)磁过滤：
a、废水pH预先调节至4.0；
b、均质滤料的粒径为3mm；在进水前往池中投加混合了磁粉的自来水，每1L自来水投加磁粉量为0.015g进行预固定，然后控制投加速度为6m3/h，将磁粉固定到均质滤料层中；
c、利用磁粉投加管加入磁粉3g与100mL废水进行在悬浮槽中进行混合，再从悬浮水槽中流入预载磁粉的均质滤料层进行过滤，滤速为12m/h；
2)反冲洗：水冲强度7L/s.m2，气冲强度15L/s.m2，反冲洗时间：单独气冲4min、气水联合反冲4min、单独水冲3min；冲洗周期30h；均质滤料层厚度10200mm。
4)高温催化再生：使用热降解法对回收槽中收集的PDMS–Fe2O3进行再生处理，先在100℃下进行干燥，然后放入隔焰炉中于420℃、120ml/min的空气流下加热22分，然后使用NaOH溶液(pH＝9)进行清洗，即得到再生后的磁粉。
重复上述工艺，采用再生后的磁粉对废水样B进行处理，根据废水样A和废水样B处理前后癸烷的含量，计算癸烷的去除率，如表1所示。
表1
实施例 废水样A中癸烷的去除率 废水样B中癸烷的去除率
1 96.8％ 93.3％
2 97.5％ 93.9％
3 97.4％ 92.2％
由表1可知：本发明将传统的均质滤料过滤与磁过滤相结合，在磁粉投加量较低的情况下，对于水中烃类物质的高效去除效果(去除率96％以上)，并且在高温催化回收后仍旧具有良好的去除效果(去除率92％以上)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于包括磁过滤、反冲洗、磁粉回收、高温催化再生的步骤；具体为：
1）磁过滤：使用预载法将磁粉一固定到均质滤料层中，然后将废水与磁粉二混合后，通过预载磁粉一的均质滤料层进行过滤，得到去除烃基污染物的废水和磁过滤后的均质滤料层；
所述磁粉一、磁粉二采用聚二甲基硅氧烷/三氧化二铁的复合材料，制备方法如下：将聚二甲基硅氧烷和三氧化二铁按质量比（0.1-0.3）：1混合并搅拌，所得混合物在250-300℃加热40-90min，所得产物经洗涤、干燥后即为聚二甲基硅氧烷/三氧化二铁的复合材料；
2）反冲洗：对步骤1）所得磁过滤后的均质滤料层进行反冲洗，得到含有磁粉的水溶液；
所述反冲洗是对滤料层进行依次进行气冲、气－水联合反冲、水冲；其中气冲强度5-7L/s.m2，水冲强度13-15L/s.m2；反冲洗时间：单独气冲3-4min，气水联合反冲3-4min，水冲2-3min；冲洗周期20-30h；
3）磁粉回收：将步骤2）所得含有磁粉的水溶液利用磁铁对磁粉进行吸附回收；
4）高温催化再生：对步骤3）所得磁粉进行高温催化再生。
2.根据权利要求1所述的一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于所述废水pH预先调节至3.0-5.5。
3.根据权利要求1所述的一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于所述预载法的具体方式为：将包含磁粉的自来水以一定流速通过均质滤料层，从而将磁粉固定到均质滤料层中，其中所述流速为4-6m3/h，所述磁粉和自来水的比例为（0.0005-0.03）g：1L。
4.根据权利要求1所述的一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于所述洗涤采用甲苯溶液。
5.根据权利要求1所述的一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于所述磁过滤步骤中废水与磁粉二的比例为100mL：（0.5-5g），滤速为7-9m/h。
6.根据权利要求1所述的一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于所述高温催化再生步骤中，使用高温催化燃烧对回收的磁粉进行处理；其中，所述高温催化燃烧的温度为350-450℃，气流为90-110ml／min，加热时间15-30min。
7.根据权利要求1所述的一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于磁过滤步骤采用的装置包括过滤池、进水管、磁粉投加管、悬浮水槽、均质滤料层、卵石层、排水管，所述进水管和磁粉投加管分别设置在过滤池上部，排水管设置在过滤池下底部；所述悬浮水槽、均质滤料层、卵石层从上到下依次设置在过滤池中，悬浮水槽上开设有出水孔。
8.根据权利要求1所述的一种去除废水中烃基污染物的磁过滤工艺，其特征在于磁粉回收步骤采用的装置包括：回收池、入水管、电磁铁、出水管、收集槽；所述回收池由筒体和倒锥体组成，电磁铁设置在筒体中部，出水管设置在筒体底部；所述收集槽设置在回收池下方，入水管设置在回收池上方。
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