CN106630101A - 一种基于微纳米气泡破氰的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于微纳米气泡破氰的装置及方法，所述基于微纳米气泡破氰的装置包括碱液加料系统、反应槽及微纳气泡产生装置；其中，所述反应槽包括含氰废水加料口、碱液加料口、排液口及回液口；所述碱液加料系统连接于所述反应槽，用于通过所述碱液加料口向所述反应槽内添加碱液以调节反应槽内溶液的pH值；所述微纳气泡产生装置连接于所述排液口与回液口之间，用于将所述反应槽排出的含氰废水与气体混合以产生微纳米气泡，再输送回所述反应槽。本发明采用对环境无毒性的微纳米气泡作为氧化剂来源进行破氰处理，具有氧化剂利用效率高、破氰效率高、工艺简单、环保、无二次污染、运行成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于环保废水处理领域，涉及一种含氰废水的处理装置及方法，特别是涉及一种基于微纳米气泡破氰的装置和方法。
背景技术
黄金工业及电镀工业由于用到氰化物体系，因而不可避免的会产生大量氰化物废水，由于氰化物是毒性很大，外排时必须满足国家规定的排放标准。因此氰化物的去除成为氰化废水的处理重点及难点。
对于高浓度氰化废水一般先采用氰化物回收，对于低浓度废水一般采用破氰的办法进行处理。传统的破氰方法以化学氧化法、生物氧化法及自然降解法。其中前两种方法应用最为广泛，如碱氯法、臭氧法、生物活性炭法等。
专利CN105776765A公开了一种含氰废水处理方法，其采用生化处理方法进行破氰。CN104261624A公开了一种黄金氰化企业含氰废水处理方法，其是由电化学处理、化学氧化处理、混凝沉淀处理和生物活性炭处理四个步骤组成处理含氰废水。专利CN104030477A公开了一种含氰废水处理方法，其采用两步法处理氰化物，第一步先将废水中剧毒的络合氰根离子氧化成低毒的氰酸根离子；然后再向第一步的溶液中加所述氧化剂，使氰酸根离子氧化成N2从废水中溢出。专利CN102718338A公开了一种含氰废水处理系统及含氰废水处理方法，其主要通过用气液混合装置将臭氧溶解到含氰废水中进行破氰处理。
然而，现有破氰方法具有能耗高、破氰不彻底、工艺流程复杂等问题，如何提供一种新的工艺流程短、操作简单、破氰效率高的破氰装置及方法，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于微纳米气泡破氰的装置和方法，用于解决现有破氰工艺能耗高、破氰不彻底、工艺流程复杂等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于微纳米气泡破氰的装置，所述基于微纳米气泡破氰的装置包括碱液加料系统、反应槽及微纳气泡产生装置；
其中，所述反应槽包括含氰废水加料口、碱液加料口、排液口及回液口；
所述碱液加料系统连接于所述反应槽，用于通过所述碱液加料口向所述反应槽内添加碱液以调节反应槽内溶液的pH值；
所述微纳气泡产生装置连接于所述排液口与回液口之间，用于将所述反应槽排出的含氰废水与气体混合以产生微纳米气泡，再输送回所述反应槽。
可选地，所述反应槽设有pH计，用于测量反应槽内溶液的pH值。
可选地，所述碱液加料系统包括碱液储料槽及加料泵；所述加料泵连接于所述碱液储料槽与所述反应槽之间，用于将所述碱液储料槽中的碱液泵入所述反应槽。
可选地，所述碱液储料槽与所述加料泵之间设有第一阀门；所述加料泵与所述碱液加料口之间设有第二阀门。
可选地，所述微纳米气泡产生装置包括气液混合泵及与所述气液混合泵相连的空气进气管，用于将含氰废水与空气混合后输送回所述反应槽。
可选地，所述排液口与所述气液混合泵之间设有第三阀门；所述气液混合泵与所述回液口之间设有第四阀门。
可选地，所述空气进气管还连接有臭氧发生装置。
可选地，所述微纳米气泡产生装置包括加压溶气装置。
可选地，所述微纳米气泡的直径为10nm-100μm。
本发明还提供一种基于微纳米气泡破氰的方法，包括如下步骤：
S1：在反应槽内加入含氰废水，并将含氰废水的pH值调节至预设范围内；
S2：利用微纳米气泡产生装置将所述反应槽排出的含氰废水与气体混合以产生微纳米气泡，再输送回所述反应槽；
S3：当所述反应槽内溶液pH值低于预设值时，通过碱液加料系统往所述反应槽内加入碱液，使溶液pH值维持在预设范围内。
可选地，还包括在反应槽内加入破氰催化剂的步骤。
可选地，所述破氰催化剂包括Fenton试剂。
可选地，所述微纳米气泡产生装置包括气液混合泵或加压溶气装置。
可选地，所述气体包括空气、臭氧中的一种或多种。
可选地，所述微纳米气泡产生装置产生微纳米气泡时的气液混合比为1:10-1:50，微纳米气泡的直径为10nm-100μm。
可选地，于所述步骤S2中，所述反应槽中溶液的温度范围是25-80℃。
可选地，于所述步骤S1及S3中，所述预设范围是9-11。
可选地，所述碱液包括氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
如上所述，本发明的基于微纳米气泡破氰的装置和方法，具有以下有益效果：
本发明采用对环境无毒性的微纳米气泡作为氧化剂来源进行破氰处理。微纳米气泡是指气泡发生时产生直径在数十纳米(nm)到数十微米(μm)的微小气泡。该气泡具有超大比表面积，且上升速度慢，因此其溶解能力大大增加。微纳米气泡的溶解能力比一般气泡增加20万倍。相对于普通曝气，微纳米气泡可提高空气或者臭氧在水中的溶解性，从而提高臭氧的利用率接近100％。气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能瞬间释放出来，可激发产生大量具有强氧化能力的羟基自由基，从而大大提高破氰效率。而且由于其气泡极小，大大增加了反应的传质效率。采用本发明的破氰装置及方法可使氰化废水达到国家标准排放，即氰化物含量小于1.0mg/L。并且本发明具有工艺简单、环保、无二次污染、氧化剂利用效率高，运行成本低的优点。
附图说明
图1显示为本发明的基于微纳米气泡破氰的装置在实施例一中的结构示意图。
图2显示为本发明的基于微纳米气泡破氰的装置在实施例二中的结构示意图。
图3显示为本发明的基于微纳米气泡破氰的方法的工艺流程图。
元件标号说明
1 碱液储料槽
2 加料泵
3 反应槽
4 气液混合泵
5 空气进气管
6 pH计
7 含氰废水加料口
8 臭氧发生器
S1～S3 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本发明提供一种基于微纳米气泡破氰的装置，请参阅图1，显示为该装置的结构示意图，包括碱液加料系统、反应槽3及微纳气泡产生装置。
具体的，所述反应槽3包括含氰废水加料口7、碱液加料口、排液口及回液口。所述碱液加料系统连接于所述反应槽3，用于通过所述碱液加料口向所述反应槽3内添加碱液以调节反应槽3内溶液的pH值。所述微纳气泡产生装置连接于所述排液口与回液口之间，用于将所述反应槽3排出的含氰废水与气体混合以产生微纳米气泡，再输送回所述反应槽3。
作为示例，所述反应槽3设有pH计6，用于测量反应槽3内溶液的pH值。
作为示例，所述碱液加料系统包括碱液储料槽1及加料泵2；所述加料泵2连接于所述碱液储料槽1与所述反应槽3之间，用于将所述碱液储料槽1中的碱液泵入所述反应槽3。其中，所述碱液储料槽1与所述加料泵2之间设有第一阀门；所述加料泵2与所述碱液加料口之间设有第二阀门。
微纳米气泡是指气泡发生时产生直径在数十纳米(nm)到数十微米(μm)的微小气泡。该气泡具有超大比表面积，且上升速度慢，因此其溶解能力大大增加。微纳米气泡的溶解能力比一般气泡增加20万倍。相对于普通曝气，微纳米气泡可提高空气或者臭氧在水中的溶解性，从而提高臭氧的利用率接近100％。气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能瞬间释放出来，可激发产生大量具有强氧化能力的羟基自由基，从而大大提高破氰效率。而且由于其气泡极小，大大增加了反应的传质效率。本发明中，优选产生直径为10nm-100μm的微纳米气泡。
作为示例，所述微纳米气泡产生装置包括气液混合泵4及与所述气液混合泵4相连的空气进气管5，用于将含氰废水与空气混合后输送回所述反应槽3。其中，所述排液口与所述气液混合泵4之间设有第三阀门；所述气液混合泵4与所述回液口之间设有第四阀门。
气液混合泵的吸入口可以利用负压作用吸入气体，所以无需采用空气压缩机和大气喷射器。高速旋转的泵叶轮将液体与气体混合搅拌，所以无需搅拌器和混合器。由于泵内的加压混合，气体与液体充分溶解，溶解效率可达80～100％。所以无需大型加压溶气罐或昂贵的反应塔即可制取高度溶解液。一台气液混合泵即可进行气液吸引、混合、溶解并直接将高度溶解液送至使用点。因此，使用气液混合泵可以提高溶气液制取效率、简化制取装置、节省场地、节省运行成本及维护费用。
在另一实施例中，所述微纳米气泡发生装置也可采用加压溶气装置，其将液体用水泵加压到3-4kg/cm2并送入溶气罐，在罐内使空气充分溶于液体中，然后在气浮池中经释放器突然减到常压，这时溶解于液体中的过饱和空气形成微纳米气泡。
本发明的基于微纳米气泡破氰的装置采用对环境无毒性的微纳米气泡作为氧化剂来源进行破氰处理，反应的传质效率高，氧化剂利用效率高，运行成本低，可以大大提高含氰废水的破氰效率，并且环保、无二次污染。
实施例二
本实施例与实施例一采用基本相同的技术方案，不同之处在于，本实施例中，所述空气进气管还连接有臭氧发生装置。
请参阅图2，显示为本实施例中所述基于微纳米气泡破氰的装置的结构示意图，其中，所述空气进气管5还连接有臭氧发生装置8，所述微纳米气泡发生装置将所述反应槽3排出的含氰废水与空气、臭氧气体中的至少一种混合以产生微纳米气泡，再输送回所述反应槽3。相对于实施例一，本申请加入臭氧发生装置更有利于提高破氰效率。
实施例三
本发明还提供一种基于微纳米气泡破氰的方法，请参阅图3，显示为该方法的工艺流程图，包括如下步骤：
首先执行步骤S1：在反应槽内加入含氰废水，并将含氰废水的pH值调节至预设范围内。
具体的，所述含氰废水可以是黄金工业及电镀工业产生的氰化物废水，例如包含氰根CN-和硫氰根SCN-的废水。
具体的，可通过碱液加料系统往所述反应槽内添加碱液，将含氰废水的pH值调节到合适范围。作为示例，将含氰废水的pH值调节到9-11，优选为9.6-10，并且将所述反应槽中溶液的温度维持在25-80℃，优选为40-70℃，以利于后续反应的进行。
然后执行步骤S2：利用微纳米气泡产生装置将所述反应槽排出的含氰废水与气体混合以产生微纳米气泡，再输送回所述反应槽。
具体的，所述反应槽与微纳米气泡产生装置构成一个闭路循环系统。所述微纳米气泡产生装置将空气、臭氧中的一种或多种与所述反应槽排出的含氰废水混合，可以产生直径为10nm-100μm的微小气泡。该气泡具有超大比表面积，且上升速度慢，因此其溶解能力大大增加。微纳米气泡的溶解能力比一般气泡增加20万倍。相对于普通曝气，微纳米气泡可提高空气或者臭氧在水中的溶解性，从而提高臭氧的利用率接近100％。气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能瞬间释放出来，可激发产生大量具有强氧化能力的羟基自由基，从而大大提高破氰效率。而且由于其气泡极小，大大增加了反应的传质效率。
本实施例中，所述微纳米气泡产生装置包括气液混合泵或加压溶气装置，气液混合比为1:10-1:50，优选为1:10-1:20。
进一步的，还包括在反应槽内加入破氰催化剂的步骤。作为示例，所述破氰催化剂包括Fenton试剂。其中，过氧化氢与亚铁离子的结合即为Fenton试剂，其中Fe2+离子主要是作为同质催化剂，而H2O2则起氧化作用。Fenton试剂具有极强的氧化能力，可通过硫酸亚铁与双氧水配置。本实施例中，双氧水含量优选为0.1-1wt.％，Fe2+离子优选为5-10mg/L。
当所述反应槽内溶液pH值低于预设值时，执行步骤S3：通过碱液加料系统往所述反应槽内加入碱液，使溶液pH值维持在预设范围内。
本发明的基于微纳米气泡破氰的方法可使氰化废水达到国家标准排放，即氰化物含量小于1.0mg/L，并且具有工艺简单、环保、无二次污染、氧化剂利用效率高，运行成本低的优点。
实施例四
自配含氰废水A，其主要成分为氰化钠和硫氰化钠，浓度分别为100mg/L，配制8L废水于反应槽内，在碱液储料槽内配置质量浓度为20％氢氧化钠溶液，通过加料泵打入反应槽，将反应槽内含氰废水的pH调节至9.6-10，开气液混合泵(或者加压溶气装置)，臭氧发生器，保证液气比10：1，压力维持0.3MPa。1h内CN-、SCN-浓度变化见表1。
表1使用臭氧微纳米气泡破氰CN-和SCN-在pH＝10时的浓度变化
| 时间/min | 0 | 15 | 30 | 45 | 60 |
| CN-/mg/L | 47.7 | 27.5 | 2.6 | ND | ND |
| SCN-/mg/L | 70.1 | 35.7 | 3.5 | 1.2 | ND |
ND：not detected(未检出)
可见，使用臭氧微纳米气泡破氰，在60分钟内即可将含氰废水处理至达到国家排放标准。
实施例五
黄金工业生产废水B，含CN-80.2mg/L，SCN-44.5mg/L，Cu2+15mg/L，配制8L废水于反应槽内，在碱液储料槽内配置质量浓度为20％氢氧化钠溶液，通过加料泵打入反应槽，将反应槽内含氰废水的pH调节至10，开气液混合泵泵，空气进气管，保证液气比10：1，压力维持0.3MPa。CN-、SCN-浓度变化见表2。
表2使用空气微纳米气泡破氰CN-和SCN-在pH＝10时的浓度变化
| 时间/min | 0 | 15 | 30 | 45 | 60 | 75 | 90 |
| CN-/mg/L | 80.2 | 62.4 | 46.8 | 32.3 | 13.9 | 1.2 | ND |
| SCN-/mg/L | 44.5 | 30.1 | 17.4 | 13.4 | 7.8 | 3.1 | ND |
可见，使用空气微纳米气泡破氰，在90分钟内即可将含氰废水处理至达到国家排放标准。
实施例六
黄金工业生产废水B，含CN-80.2mg/L，SCN-44.5mg/L，Cu2+15mg/L，配制8L废水于反应槽内，在碱液储料槽内配置质量浓度为20％氢氧化钠溶液，通过加料泵打入反应槽，将反应槽内含氰废水的pH调节至10。开气液混合泵，空气进气管，添加30％双氧水、Fe2+，控制其终浓度分别为0.2wt.％和10mg/L，保证液气比1:1，压力维持0.3MPa。CN-、SCN-浓度变化见表3.
表3使用空气微纳米气泡和Fenton试剂破氰CN-和SCN-在pH＝10时的浓度变化
| 时间/min | 0 | 15 | 30 | 45 |
| CN-/mg/L | 80.2 | 38.7 | 1.4 | ND |
| SCN-/mg/L | 44.5 | 19.8 | 0.9 | ND |
可见，使用空气微纳米气泡和Fenton试剂破氰，在45分钟内即可将含氰废水处理至达到国家排放标准。
综上所述，本发明的基于微纳米气泡破氰的装置和方法采用对环境无毒性的微纳米气泡作为氧化剂来源进行破氰处理。微纳米气泡是指气泡发生时产生直径在数十纳米(nm)到数十微米(μm)的微小气泡。该气泡具有超大比表面积，且上升速度慢，因此其溶解能力大大增加。微纳米气泡的溶解能力比一般气泡增加20万倍。相对于普通曝气，微纳米气泡可提高空气或者臭氧在水中的溶解性，从而提高臭氧的利用率接近100％。气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能瞬间释放出来，可激发产生大量具有强氧化能力的羟基自由基，从而大大提高破氰效率。而且由于其气泡极小，大大增加了反应的传质效率。采用本发明的破氰装置及方法可使氰化废水达到国家标准排放，即氰化物含量小于1.0mg/L。并且本发明具有工艺简单、环保、无二次污染、氧化剂利用效率高，运行成本低的优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (18)
1.一种基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述基于微纳米气泡破氰的装置包括碱液加料系统、反应槽及微纳气泡产生装置；
其中，所述反应槽包括含氰废水加料口、碱液加料口、排液口及回液口；
所述碱液加料系统连接于所述反应槽，用于通过所述碱液加料口向所述反应槽内添加碱液以调节反应槽内溶液的pH值；
所述微纳气泡产生装置连接于所述排液口与回液口之间，用于将所述反应槽排出的含氰废水与气体混合以产生微纳米气泡，再输送回所述反应槽。
2.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述反应槽设有pH计，用于测量反应槽内溶液的pH值。
3.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述碱液加料系统包括碱液储料槽及加料泵；所述加料泵连接于所述碱液储料槽与所述反应槽之间，用于将所述碱液储料槽中的碱液泵入所述反应槽。
4.根据权利要求3所述的基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述碱液储料槽与所述加料泵之间设有第一阀门；所述加料泵与所述碱液加料口之间设有第二阀门。
5.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述微纳米气泡产生装置包括气液混合泵及与所述气液混合泵相连的空气进气管，用于将含氰废水与空气混合后输送回所述反应槽。
6.根据权利要求5所述的基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述排液口与所述气液混合泵之间设有第三阀门；所述气液混合泵与所述回液口之间设有第四阀门。
7.根据权利要求5所述的基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述空气进气管还连接有臭氧发生装置。
8.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述微纳米气泡产生装置包括加压溶气装置。
9.根据权利要求1所述的基于微纳米气泡破氰的装置，其特征在于：所述微纳米气泡的直径为10nm-100μm。
10.一种基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在反应槽内加入含氰废水，并将含氰废水的pH值调节至预设范围内；
S2：利用微纳米气泡产生装置将所述反应槽排出的含氰废水与气体混合以产生微纳米气泡，再输送回所述反应槽；
S3：当所述反应槽内溶液pH值低于预设值时，通过碱液加料系统往所述反应槽内加入碱液，使溶液pH值维持在预设范围内。
11.根据权利要求10所述的基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于：还包括在反应槽内加入破氰催化剂的步骤。
12.根据权利要求11所述的基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于：所述破氰催化剂包括Fenton试剂。
13.根据权利要求10所述的基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于：所述微纳米气泡产生装置包括气液混合泵或加压溶气装置。
14.根据权利要求10所述的基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于：所述气体包括空气、臭氧中的一种或多种。
15.根据权利要求10所述的基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于：所述微纳米气泡产生装置产生微纳米气泡时的气液混合比为1:10-1:50，微纳米气泡的直径为10nm-100μm。
16.根据权利要求10所述的基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于：于所述步骤S2中，所述反应槽中溶液的温度范围是25-80℃。
17.根据权利要求10所述的基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于：于所述步骤S1及S3中，所述预设范围是9-11。
18.根据权利要求10所述的基于微纳米气泡破氰的方法，其特征在于：所述碱液包括氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
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