CN106976938B - 一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种絮凝‑磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，首先将将市售的磁粉改性，投加到环氧丙烷生产废水中；将由聚合硫酸铁和三氯化铝组成的絮凝剂、助凝剂加入到环氧丙烷生产废水中，进行反应；将反应后废水在外磁场装置的作用下，完成对磁性絮体的磁吸附分离。本发明具有操作方便、装置简单、效率高等优点，并克服传统絮凝法用时长、污泥量大、含水率高、占地面积广等缺点；且磁粉性质稳定，污泥中的磁粉回收再利用率高达98％，极大节约运行成本；除此之外，絮凝‑磁分离法在造纸、石油化工、印染等行业悬浮物多、浊度高的废水和藻类回收与去除等方面有广阔的应用前景。

Description

一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法
技术领域
本发明属于工业水处理领域，特别是涉及一种通过将絮凝法与磁分离技术组合来处理环氧丙烷生产废水的工艺方法。
背景技术
环氧丙烷(PO)是极重要的基本有机化工原料，是仅次于聚丙烯和丙烯腈的第三大丙烯类衍生物，广泛应用于石油、化工、纺织、农药和日化等多种行业。随着工业化加快，环氧丙烷的应用范围不断拓宽，市场需求量持续增大。目前，氯醇法是我国生产环氧丙烷最经典的方法，但氯醇法生产工艺也是高耗水行业，每生产1t环氧丙烷即产生50-80t废水。该废水的特点是高pH(高达10～12)、高盐(CaCl2浓度为3.5～4.0％)、高浊度(100～200NTU)，COD值范围在1000-2000mg/L之间，废水中还含有高浓度的有机氯化物如氯丙醇、环氧丙烷衍生物等有毒有害、难降解有机物质。环氧丙烷生产废水的复杂程度决定它难以处理，成为制约环氧丙烷工业发展的首要因素。国内外对氯醇法环氧丙烷生产废水的处理研究较少，多为微生物法。然而由于环氧丙烷生产废水中复杂的有害成分对微生物具有生物毒性，所以采用微生物法处理废水前需进行预处理。
常用的预处理法有化学法、物理法、膜处理法，具体包括絮凝沉淀、气浮、砂滤、调pH、酸碱中和、电渗析、纳滤和反渗透等。但考虑到处理成本、操作的复杂程度和对后续处理产生的影响等方面的因素，絮凝沉淀法具有适用性广、工艺简单、处理成本低等优点，是污水处理过程及深度净水过程中通用的一种方法。
典型的无机絮凝剂主要是铝盐和铁盐两类，均在中性或弱酸弱碱条件下经水解后生产的多核羟基络合物都具有较强的中和悬浮颗粒所带负电荷的能力，从而促进其凝聚同时吸附水中溶解性有机污染物。其中，铝盐是应用最早最广泛的絮凝剂，但用量一般较大易导致运行成本较高，且絮凝后的铝残留较严重，容易造成二次污染；相对于铝盐，铁盐对COD去除效果更好，但是铁盐絮凝剂本身具有颜色，大量投加会增大污水色度。因此，环氧丙烷生产废水絮凝处理过程中絮凝剂的选用至关重要。
除此之外，在后序固液分离过程中，由于絮凝剂均是利用生成絮体的自身重力，因此存在絮体沉降动力不足，絮凝效果不稳定、成本高、污泥含水率高生成量大等缺点。采用絮凝-磁分离技术在结合絮凝与磁分离优点的同时克服了上述问题，其原理是在传统絮凝的基础上投加磁粉，形成了以磁粉为核心的复合磁性絮体，强化絮凝效果，改善出水水质。具有磁性的絮体相互吸引，使形成的矾花变得更大更密实，在自身重力和外部磁场作用下快速沉降，生成的污泥体积量小、含水率低，同时便于后续污泥处置和磁粉回收循环使用。絮凝-磁分离技术是近年来发展起来的一种快速高效水处理方法，在废水处理领域有着广阔的应用前景。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法。
本发明的技术方案是：
一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，该方法将市售的磁粉改性，磁性絮凝法处理环氧丙烷生产废水，在外磁场作用下固液分离，分离的磁性絮体进行磁粉回收并循环使用。具体包括以下步骤：
第一步，制备改性磁粉
将市售的磁粉采用无水乙醇、超纯水洗涤，烘干后，将磁粉置于体积分数为50％的乙醇溶液中超声处理；在55-75℃水浴条件下，加入油酸钠反应60min，其中磁粉与油酸钠的质量比为1-2:0.01；磁粉水洗至中性，真空干燥后得到改性磁粉。所述的真空干燥温度为50-60℃。
第二步，絮凝-磁分离法处理环氧丙烷生产废水
将改性磁粉投加到环氧丙烷生产废水中，在600-800rpm/min搅拌速度下搅拌0.5-1.5min；再将絮凝剂投加到环氧丙烷生产废水中，600-800rpm/min搅拌速度下搅拌0.5-1.5min；最后将助凝剂投加到环氧丙烷生产废水中，250-350rpm/min搅拌速度下搅拌1-3min后，再在40-120rpm/min的搅拌速度下慢速搅拌5-15min，得到磁性絮体悬浊液。
所述的改性磁粉在环氧丙烷生产废水中的投加量为100g/m3-200g/m3，絮凝剂的投加量为600g/m3-800g/m3，助凝剂的投加量为4g/m3-8g/m3。
所述的环氧丙烷生产废水的pH为6-8，采用硫酸或盐酸调pH值，水温为20-30℃。
所述的絮凝剂为铁盐与铝盐的混合物，铁盐与铝盐的质量比为1:1；所述的铁盐为聚合硫酸铁或氯化铁；所述的铝盐为硫酸铝、聚合硫酸铝或聚合氯化铝。
所述的助凝剂为阳离子聚丙烯酰胺与水的混合溶液，阳离子聚丙烯酰胺的质量百分比为0.2％。
第三步，外磁场进行固液分离
将絮凝后的废水置于磁场中，进行磁吸附沉降分离后，将上清液排出，实现固液分离，回收磁粉。
本发明的有益效果为：本发明将铁盐和铝盐絮凝剂复配使用，协同强化絮凝作用，能够减小絮凝剂单独使用的缺点。同时，絮凝与磁分离技术组合使用，可进一步强化絮凝效果，并有效克服传统絮凝法沉降周期长、絮凝沉淀渣量大、絮体含水率高且脱水难，絮体分离不彻底等严重影响处理环氧丙烷生产废水效率和效果的问题
附图说明
图1为絮凝-磁分离处理环氧丙烷生产废水工艺流程图。
图2(a)为磁性絮体电镜扫描图。
图2(b)为非磁性絮体电镜扫描图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。
实施例1
(1)改性絮凝剂制备：取10g磁粉依次用无水乙醇、超纯水洗涤，105℃烘干；将磁粉转移到100ml烧杯中，加入40ml 50％的乙醇溶液，超声20min；在60℃水浴条件下加入100mg油酸钠粉末反应60min；最后，超纯水洗涤至中性，60℃真空干燥，得改性磁粉。
(2)取若干份100ml某化工厂排出环氧丙烷生产废水(COD为1650mg/L，浊度为125.8NTU，pH为8.76)用硫酸调pH为6.1，首先加入改性磁粉，磁粉用量为100g/m3环氧丙烷生产废水，600rpm/min搅拌速度下搅拌0.5min；然后加聚合硫酸铁PFS和氯化铝AlCl3的絮凝剂，絮凝剂用量800g/m3环氧丙烷生产废水，600rpm/min搅拌速度下搅拌0.5min；最后加助凝剂，用量8mg/m3环氧丙烷生产废水，300rpm/min搅拌速度下搅拌2min后，再80rpm/min慢速搅拌5min，得到磁性絮体悬浊液。
絮凝剂中聚合硫酸铁PFS和氯化铝AlCl3质量配比为1:1。
助凝剂为将阳离子聚丙烯酰胺配与水混匀，制得质量百分比为0.2％的助凝剂溶液。
(3)磁性絮体悬浊液超声处理20min后，加入超纯水并调节pH≧10，在外磁场作用下磁吸附沉降30min，倾去上清液，重复直至固液分离完全，将磁粉在105℃条件下烘干，即得回收磁粉。采用微波消解法测定上清液COD值，并计算COD去除率为52.4％；用散射光浊度仪测其浊度，并计算浊度去除率为94.1％。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：投加的絮凝剂为聚合硫酸铁(PFS)和聚合氯化铝(PAC)的混合物，投加量为800g/m3，搅拌条件：首先加入改性磁粉，700rpm/min搅拌速度下搅拌1.0min；然后加絮凝剂，700rpm/min搅拌速度下搅拌1.0min；最后加助凝剂，250rpm/min搅拌速度下搅拌1min后，再40rpm/min慢速搅拌10min。除此之外，本实施例的其余内容均与实施例1相同。处理效果为：COD去除率为48.1％，浊度去除率为92.6％。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：投加的絮凝剂为聚合硫酸铁(PFS)和聚合硫酸铝(PAS)混合物，投加量为800g/m3，搅拌条件：首先加入改性磁粉，700rpm/min搅拌速度下搅拌1.0min；然后加絮凝剂，700rpm/min搅拌速度下搅拌1.0min；最后加助凝剂，350rpm/min搅拌速度下搅拌3min后，再120rpm/min慢速搅拌15min。除此之外，本实施例的其余内容均与实施例1相同。处理效果为：COD去除率为46.8，浊度去除率为90.6％。
实施例4
与实施例1的不同之处在于：投加的絮凝剂为氯化铁(FeCl3)和氯化铝(AlCl3)混合物，投加量为800g/m3，搅拌条件：首先加入改性磁粉，800rpm/min搅拌速度下搅拌1.5min；然后加絮凝剂，800rpm/min搅拌速度下搅拌1.5min；最后加助凝剂，250rpm/min搅拌速度下搅拌1min后，再120rpm/min慢速搅拌10min。。除此之外，本实施例的其余内容均与实施例1相同。处理效果为：COD去除率为51.1，浊度去除率为93.2％。
实施例5
与实施例1的不同之处在于：投加的絮凝剂为氯化铁(FeCl3)和聚合氯化铝(PAC)混合物，投加量为800g/m3，搅拌条件：首先加入改性磁粉，800rpm/min搅拌速度下搅拌1.5min；然后加絮凝剂，800rpm/min搅拌速度下搅拌3.0min；最后加助凝剂，350rpm/min搅拌速度下搅拌3min后，再40rpm/min慢速搅拌15min。。除此之外，本实施例的其余内容均与实施例1相同。处理效果为：COD去除率为49.8，浊度去除率为91.6％。
实施例6
与实施例1的不同之处在于：投加的絮凝剂为氯化铁(FeCl3)和聚合硫酸铝(PAS)混合物，投加量为800g/m3，搅拌条件：首先加入改性磁粉，600rpm/min搅拌速度下搅拌1.0min；然后加絮凝剂，600rpm/min搅拌速度下搅拌1.0min；最后加助凝剂，300rpm/min搅拌速度下搅拌3min后，再80rpm/min慢速搅拌15min。。除此之外，本实施例的其余内容均与实施例1相同。处理效果为：COD去除率为47.1，浊度去除率为91.0％。
实施例7
本实验采用对比的方法，一种是采用单独投加铝盐或铁盐絮凝剂进行絮凝-磁分离处理环氧丙烷生产废水，一种是采用实施例1至6中的复配絮凝剂来进行絮凝-磁分离处理环氧丙烷生产废水。操作方法与实施例1相同，结果如表1所示：
表1不同絮凝剂处理环氧丙烷生产废水絮凝效果
实验结果表明：投加相同剂量的絮凝剂时，铝盐与铁盐絮凝剂复配投加后处理效果均优于铝盐或铁盐絮凝剂单独投加。其中，当以质量配比为1:1的聚合硫酸铁与氯化铝混合物作絮凝剂时，采用絮凝-磁分离方法处理环氧丙烷生产废水的效果最好：COD和浊度去除率分别为52.4％、94.1％。
将絮凝-磁分离处理环氧丙烷生产废水生成的磁性絮体悬浊液转移到250ml烧杯中，用3％的NaOH溶液调节悬浊液pH＝10.1，快速搅拌(400rpm/min)，30min，将磁铁吸附在烧杯底部，倾去液体。重复上述操作2-3次，直至上清液澄清。将收集到的磁粉烘干，称重，计算回收率；重复使用。
实验结果如表2所示。
表2磁粉回收率及回收次数对废水处理效果的影响
实验结果表明：磁粉的回收率高达99％左右；且当磁分离时间保持不变时，随着磁粉回收再利用次数的增加，对COD和浊度的去除效果无影响。这充分证明，磁粉性质稳定，重复利用率高，实验过程中极大的节约成本。
实施例8
本实验采用对比的方法，一种是采用只投加聚合硫酸铁与氯化铝复配絮凝剂处理环氧丙烷生产废水其余与实施例1相同，一种是完全与实施例1相同，分别取生成的絮体，真空冷冻干燥后，进行扫描电镜分析，如附图2所示。实验结果表明，投加磁粉后生成的磁性絮体体积块大、结构紧密，而未投加磁粉生成的絮体结构松散、体积大小不一。表明，絮凝-磁分离处理环氧丙烷生成废水过程中，磁粉的加入一方面强化絮凝效果，另一方面便于后续固液分离及生成污泥絮体的处理处置。

Claims (10)

1.一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
第一步，制备改性磁粉
将市售的磁粉采用无水乙醇、超纯水洗涤，烘干后，置于乙醇溶液中超声处理；在55-75℃水浴条件下，加入油酸钠反应60min，其中磁粉与油酸钠的质量比为1-2:0.01；磁粉水洗至中性、真空干燥后得到改性磁粉；
第二步，絮凝-磁分离法处理环氧丙烷生产废水
将改性磁粉投加到环氧丙烷生产废水中，快速搅拌0.5-1.5min；再将絮凝剂投加到环氧丙烷生产废水中，快速搅拌0.5-1.5min；最后将助凝剂投加到环氧丙烷生产废水中，中速搅拌1-3min后，再慢速搅拌5-15min，得到磁性絮体悬浊液；
所述的改性磁粉在环氧丙烷生产废水中的投加量为100g/m3-200g/m3，絮凝剂的投加量为600g/m3-800g/m3，助凝剂的投加量为4g/m3-8g/m3；
所述的环氧丙烷生产废水的pH为6-8，水温为20-30℃；
所述的絮凝剂为铁盐与铝盐的混合物，铁盐与铝盐的质量比为1:1；所述的铁盐为聚合硫酸铁或氯化铁；所述的铝盐为硫酸铝、聚合硫酸铝或聚合氯化铝；
所述的助凝剂为阳离子聚丙烯酰胺与水的混合溶液；
第三步，外磁场进行固液分离
将第二步处理后的废水置于磁场中，进行磁吸附沉降分离后，将上清液排出，实现固液分离，回收磁粉。
2.根据权利要求1所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第二步所述的快速搅拌的搅拌速度为600-800rpm/min；所述的中速搅拌的搅拌速度为250-350rpm/min；所述的慢速搅拌的搅拌速度为40-120rpm/min。
3.根据权利要求1或2所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第二步所述的阳离子聚丙烯酰胺的质量百分比为0.2％。
4.根据权利要求1或2所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第二步所述的环氧丙烷生产废水采用硫酸或盐酸调pH值。
5.根据权利要求3所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第二步所述的环氧丙烷生产废水采用硫酸或盐酸调pH值。
6.根据权利要求1或2或5所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第一步中所述的乙醇溶液的体积分数为50％。
7.根据权利要求3所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第一步中所述的乙醇溶液的体积分数为50％。
8.根据权利要求1或2或5或7所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第一步中所述的真空干燥温度为50-60℃。
9.根据权利要求4所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第一步中所述的真空干燥温度为50-60℃。
10.根据权利要求6所述的一种絮凝-磁分离技术处理环氧丙烷生产废水的方法，其特征在于，第一步中所述的真空干燥温度为50-60℃。
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