CN107243327A - 用于深度水处理的纤维素微球制备及污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维素微球制备及污水处理方法，属于环保技术领域，具体涉及一种用于深度水处理的纤维素微球制备及污水处理方法。该采用了含有大量微纳米孔洞结构的纤维素小球作为滤芯，滤芯使用的微球的孔隙率高，比表面积大，耐酸碱，且使用温度范围广，使用过程中无显著形变，同时可作为各种吸附剂的良载体，过滤精度高。

Description

用于深度水处理的纤维素微球制备及污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种纤维素微球制备及污水处理方法，属于环保技术领域，具体涉及一种用于深度水处理的纤维素微球制备及污水处理方法。
背景技术
现有的普通机械过滤器比较笨重，拆卸不便。并且，由于机械过滤器使用的大部分是石英砂、无烟煤、卵石层等传统滤料，因而普遍存在过滤精度偏低的问题，基本无法满足微米级以下的过滤需求。例如，授权实施例专利CN203736915U中涉及的一种机械过滤器的主体结构与传统机械过滤器很相似，使用的滤料也是传统的石英砂、无烟煤、卵石层以及锰矿等；再例如授权实施例专利CN205307970U中涉及的一种机械过滤器的主体结构设计是在使用传统滤料的前提下进行的，尽管结构细节上有创新，但是主体结构仍然摆脱不了传统过滤器的缺点。
除了机械过滤外，反渗透也是污水处理的新方向。但是采用反渗透等膜技术成本偏高，而且工作效率偏低。
发明内容
本发明主要目的是解决现有技术所存在的机械过滤器因采用传统滤料所导致的精度偏低等技术问题，提供了一种用于深度水处理的纤维素微球制备及污水处理方法。该方法提出了一种新的纤维素球体材料，并将其作为污水处理的滤芯，能显著提高过滤精度，并且降低了成本。
本发明还有一目的是解决现有机械过滤器所存在的比较笨重，拆卸不便等技术问题，提供了一种用于深度水处理的纤维素微球制备及污水处理方法。该方法可直接用于管道式结构的设备中，没有复杂的管线及内部结构，体积小，尺寸可以随水处理现场情况随机调整，使用方便。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种用于深度水处理的纤维素微球制备方法，包括以下步骤：
溶液制作步骤，将纤维素在-15～-10℃条件下，溶解于碱性水溶液中形成纤维素质量分数为1％～10％的纤维素溶液；
微球挤出步骤，将上述溶液以液滴形式挤到任意盐水或者稀酸溶液中静置形成微球；
碱性去除步骤，用pH为中性的水浸泡洗涤微球多次，直到水的pH恢复中性。
优选的，上述的一种用于深度水处理的纤维素微球制备方法，所述纤维素微球是具有弹性，耐酸碱的微球；其直径为2mm～10mm，比表面积为 80～200m2/g，含水率为80％～99％。
优选的，上述的一种用于深度水处理的纤维素微球制备方法，所述溶液制作步骤中，向纤维素溶液中混入高分子吸附材料和/或无机吸附剂材料。
优选的，上述的一种用于深度水处理的纤维素微球制备方法，所述吸附材料包括壳聚糖、腐植酸、活性炭、金属氧化物微纳米粒子中的一种或多种。
一种深度水处理方法，在污水流经的并且在其进出水口处设置有带透水帽滤板的腔体内投放纤维素微球滤料，利用所述纤维素微球滤料过滤污水。
优选的，上述的一种深度水处理方法，包括：
按照所处置的污水的特性以及各种微球的吸附特性，根据下述公式可算出单位时间内处理废水所需各种微球的质量；
式中m微球为所需微球的质量，Q废水为每小时废水的流量，[C]0为各污染因子在废水中的初始浓度；根据计算结果调整滤芯中各种微球的所占质量百分比，混匀后直接填装于所述腔体中。
优选的，上述的一种深度水处理方法，适用于水体悬浮固体含量 SS≤50mg/L的深度水处理，过滤精度为100～1000nm，使用温度范围为1～100 ℃。
优选的，上述的一种深度水处理方法，当滤芯吸附饱和时，向腔体中注入质量分数为1％～20％的无机酸(盐)或者有机酸(盐)溶液浸泡1～60min 之后，放出过滤器内的液体。
因此，本发明具有以下优点：
1.采用了含有大量微纳米孔洞结构的纤维素小球作为滤芯，孔隙率高，比表面积大，耐酸碱，且使用温度范围广，使用过程中无显著形变，可作为各种吸附剂的良载体，过滤精度高，并且可以反复使用；
2.可以采用管道式安装，没有复杂的管线及内部结构，故结构简单，使用方便，且尺寸可以随水处理现场情况随机调整；例如同等处理量 (40-50m3/h)的机械过滤器筒径约为1600mm左右，而本过滤器的筒径仅为273mm，相比之下，本过滤器重量缩减了6倍左右；
3.水头损失极低，几乎可以忽略，直接管道安装，前端或者后端不需要设置缓存罐，因此不需要提升泵输送至下一流程，可降低能耗及设备投资；
4.设备价格低廉，运行简捷，性能突出，经济耐用。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明的纤维素微球的示意图，图中纤维球的直径大约为 2～3mm。
图中，1为进水口，2为变径、3为DN250法兰、4为透水冒、5为盲板法兰、6为冲洗入口法兰、7为填料口法兰、8为布水板、9为筛管、10为冲洗管、11为筒体、12为纤维球填料。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
下面结合附图1二维结构图对本实施例的过滤器进行详细描述。该设备主要由进水口1、变径2、DN250法兰3、透水冒4、盲板法兰5、冲洗入口法兰6、填料口法兰7、布水板8、筛管9、冲洗管10、筒体11、纤维球填料12等部分组成。过滤器滤芯是通过以下方式实现的：按照所处置的污水的特性以及各种微球的吸附特性，调整滤芯中各种纤维素微球所占的质量百分比，混匀后直接填装在本实施例设计的过滤器中，用于有深度过滤需求的水处理领域。
过滤器工作前，首先需要关闭进出水口阀门，再从带有盲板法兰5的投料口往料仓中投加纤维球填料12。滤芯被填填料满并充满水即可。滤芯填满后封闭投料口盲板。当需要工作时，打开进出水阀门，污水从进水口1 进水，通过布水板8上的透水帽4进入料仓，污水中微量的悬浮物、重金属离子及其他污染物，通过纤维素微球的充分吸附去除后，通过出水口布水板上的透水帽从出水口排出。
当纤维素微球吸附污染物达到饱和状态后，需要进行冲洗，冲洗时需先排出料仓中的水，关闭进出水口阀门，通过冲洗管10通入冲洗液，经过筛管9注满过滤器腔体，浸泡一段时间后，打开出水口阀门，放出冲洗液，并用新鲜的自来水通过冲洗管10冲水，经过筛管9到腔体中冲洗数分钟即可恢复滤芯的吸附活性。
本实施例的进出水口均可作为反洗入口。冲洗液优选质量分数为 1％～20％的无机酸(盐)或者有机酸(盐)等溶液。在浸泡1～60min之后，放出过滤器内的液体，滤芯即可再次使用，滤芯内微球的循环使用次数为 1～100次。
本实施例的纤维素微球优选直径为2mm～10mm，比表面积为80～200m2/g，含水率为80％～99％，具有弹性，耐酸碱的微球。
本实施例的纤维素微球制备方法为：将一定量的纤维素，在-15～-10℃条件下，溶解于碱/尿素水溶液或者碱/硫脲水溶液中形成纤维素质量分数为1％～10％的溶液，再将上述溶液通过机械挤出等手段，以液滴形式挤到任意盐水或者稀酸溶液中，静置后，取出微球，用pH为中性的自来水浸泡洗涤多次，直到自来水的pH恢复中性。
为了赋予纤维素微球多功能化，以纤维素微球为载体，本实施例在制备微球时，预先向上述纤维素溶液中混入粉末状的各种高分子和/或无机吸附剂材料的一种或者多种，例如壳聚糖、腐植酸、活性炭、金属氧化物微纳米粒子等。
在深度水处理时，按照所处置水体中的各种污染因子含量，以及所需要使用的各种纤维素微球针对不同污染因子的饱和吸附容量Qe，按照所处置的污水的特性以及各种微球的吸附特性，调整滤芯中各种微球所占的质量百分比，混匀后直接填装在本发明设计的过滤器中即可使用，过滤精度为100～1000nm，使用温度范围为1～100℃；
本专利中使用的纤维素微球都是含有大量微纳米孔洞结构的棉花小球，如果SS过高，就会容易堵塞孔洞；而后面冲洗步骤目的是为了活化已经饱和的材料，不仅限于冲洗掉污泥，希望SS这一项能够在前面权利要求书中体现出来，这样也能突出“深度水处理”这个观念。例如，当用于水体悬浮固体含量SS≤50mg/L的深度水处理。
下面给出本实施例涉及的过滤器的具体实施例。本实施例公开的一种低成本深度水处理的高精度管道过滤器长1102mm，主体直径273mm，处理水量为40-50m3/h，主要由进水口(DN100)1、变径(4〞×10〞)2、DN250 法兰3、透水冒4、盲板法兰(DN250)5、冲洗入口法兰(DN50)6、填料口法兰(DN250)7、布水板8、筛管9、冲洗管10、筒体11、纤维球填料 12等部分组成。
本实施例针对含Cu2+(10mg/L)及COD(10mg/L)废水深度处理问题示范过滤器滤芯的调配过程。滤芯材料通过选用两种纤维素微球(壳聚糖/纤维素微球和活性炭/纤维素微球)调配质量百分比得到。壳聚糖/纤维素微球对Cu2+的Qe约为100mg/g，对COD的效果几乎为零；而活性炭/纤维素微球对COD的Qe约为100mg/g，而对Cu2+的去除效果几乎为零。则通过以下公式计算可得每小时处理废水所需微球的质量：
式中m微球为所需微球的质量，Q废水为每小时废水的流量，[C]0为Cu2+或COD 在废水中的初始浓度，通过计算可得处理水量为40m3/h时，每小时需要消耗壳聚糖/纤维素微球和活性炭/纤维素微球各4Kg，填料体积约8L，占约30％过滤器容积。上述过滤器精度为100～1000nm，使用温度范围为5～100℃，微球直径为2～3mm，耐酸碱，有弹性，平均含水率为81％，比表面积约为90 m2/g，造成的压降小，易清洗，能循环使用10次以上。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种用于深度水处理的纤维素微球制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
溶液制作步骤，将纤维素在-15～-10℃条件下，溶解于碱性水溶液中形成纤维素质量分数为1％～10％的纤维素溶液；
微球挤出步骤，将上述溶液以液滴形式挤到任意盐水或者稀酸溶液中静置形成微球；
碱性去除步骤，用pH为中性的水浸泡洗涤微球多次，直到水的pH恢复中性。
2.根据权利要求1所述的一种用于深度水处理的纤维素微球制备方法，其特征在于，所述纤维素微球是具有弹性，耐酸碱的微球；其直径为2mm～10mm，比表面积为80～200m2/g，含水率为80％～99％。
3.根据权利要求1所述的一种用于深度水处理的纤维素微球制备方法，其特征在于，所述溶液制作步骤中，向纤维素溶液中混入高分子吸附材料和/或无机吸附剂材料。
4.根据权利要求3所述的一种用于深度水处理的纤维素微球制备方法，其特征在于，所述吸附材料包括壳聚糖、腐植酸、活性炭、金属氧化物微纳米粒子中的一种或多种。
5.一种深度水处理方法，其特征在于，在污水流经的并且在其进出水口处设置有带透水帽滤板的腔体内投放纤维素微球滤料，利用所述纤维素微球滤料过滤污水。
6.根据权利要求5所述的一种深度水处理方法，其特征在于，包括：
按照所处置的污水的特性以及各种微球的吸附特性，根据下述公式可算出单位时间内处理废水所需各种微球的质量；
式中m微球为所需微球的质量，Q废水为每小时废水的流量，[C]0为各污染因子在废水中的初始浓度；根据计算结果调整滤芯中各种微球的所占质量百分比，混匀后直接填装于所述腔体中。
7.根据权利要求5所述的一种深度水处理方法，其特征在于，适用于水体悬浮固体含量SS≤50mg/L的深度水处理，过滤精度为100～1000nm，使用温度范围为1～100℃。
8.根据权利要求5所述的一种深度水处理方法，其特征在于，当滤芯吸附饱和时，向腔体中注入质量分数为1％～20％的无机酸(盐)或者有机酸(盐)溶液浸泡1～60min之后，放出过滤器内的液体。
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