CN108002512A - 一种以包覆型压电材料cpm为主要填料的除氨装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置及方法,该装置内部填充CPM球状填料的圆柱形壳体,螺纹连接在圆柱形壳体两端的盖体,上端的盖体上设置有进口,进口固定有进水管或进气管,下端的盖体上设置有出口,进水口连接计量泵,处理后的水或自出口流出;该装置与大气压连通时对氨的去除率达32%,通过计量泵加压后可达49%。该装置将除氨过程控制在单一的反应装置中完成,易于控制,装置整体结构简单、装卸简易且制作成本低。
Description
技术领域
本发明属于水中氨处理技术领域,具体地是涉及一种以包覆型压电材料(CPM,Coated Piezoelectric Material)为主要填料的除氨装置、除氨方法及材料的制备方法。
背景技术
近年来,随着人类生活的丰富与社会的发展,环境污染问题日渐凸显。氨作为最常见的非点源污染物之一和自然界氮循环的核心,对环境的危害更具广泛性和持久性。根据我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006),饮用水中氨氮浓度的限值为0.5mg/L。我国东北地区深层地下水氨氮超标严重,南方地区的浅层地下水氨氮超标严重,北京、内蒙古自治区、辽宁省、宁夏回族自治区、湖南省、广东省、广西壮族自治区、云南省、重庆市和西藏自治区均有氨氮超标。氨氮是引起水体富营养化和环境破坏的重要污染物之一,氨氮导致的水体富营养化对水生生物有害,且对供水消毒造成了阻碍,并且氨氮转化过程中会产生的具有“三致”作用的亚硝胺,诱发各种肿瘤疾病,对人体健康及生态环境都有较大危害。
对于氨的去除,目前可用的方法主要有物理法、化学法和生物法,其中物理法只能浓缩污染物或将其转移到其它介质,生物法处理周期长、不稳定。化学法则普遍成本高,且易造成二次污染。包覆型压电材料与被污染介质接触即可直接生效,除氨过程无需能量消耗,且在大气压下就对氨有较好的去除效果;此外,CPM具有制作简易、成本低,且不产生二次污染等优点。
发明内容
为实现零能耗氧化环境介质中的氨污染的目的,本发明的目的在于提供一种以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置及方法,该装置与大气压连通时对氨的去除率达32%,通过计量泵加压后可达49%;该装置将除氨过程控制在在单一的反应装置中完成,易于控制,装置整体结构简单、装卸简易且制作成本低。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置,包括内部填充CPM球状填料4的圆柱形壳体3,螺纹连接在圆柱形壳体3两端的盖体2,上端的盖体2上设置有进口1,进口1固定有进水管或进气管,下端的盖体2上设置有出口5。
所述的进水管与计量泵连接,计量泵流量3L/h,量程7Bar,额定功率30W。
所述圆柱形壳体3为直径为4cm,高度为22cm的有机玻璃柱体;所述盖体2为塑料螺旋盖。
所述CPM球状填料4的制作方法如下:
步骤1:外覆压电性壳层材料的制备步骤如下:
步骤1.1:取电气石粉和粘土原材料,提纯并去除大块杂质;
步骤1.2:以质量比(3-5):1量取提纯并去除大块杂质后的电气石粉和粘土原材料;
步骤1.3:将原材料加入烧杯,加去离子水,搅拌混匀,备用。
步骤2:除氨CPM的制作具体包括如下步骤:
步骤2.1:向粘土中缓慢加入去离子水,塑成直径为2-3mm的球型粘土内芯;
步骤2.2:迅速将外覆压电性壳层材料包覆在粘土内芯表面,包覆厚度为1-2mm,形成球体;
步骤2.3:立即使用直径0.5mm的针将球体自中心贯穿;
步骤2.4:将制好的球体自然风干1-2h,脱水成型;
步骤2.5:将成型的球体置于锡箔中,上部开口,送入马弗炉在560℃下烧结4h,得到成品CPM球状填料4。
所述的以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置的除氨方法,包括如下步骤:
步骤1:令CPM球状填料4充满圆柱形壳体3,进口1连接计量泵以实现不同压力的供应;
步骤2:人工配置浓度为10.0mg/L NH4 +-N的氨污染水,倾倒入除氨装置中,使污染水没过装置中所有CPM球状填料4;
步骤3:将装置两端盖上连接橡胶导管的盖体2;
步骤4:进口1一端与计量泵连接,设定在压力0-7Bar下运行1-3h,氧化去除氨;氨在CPM球状填料4的氧化作用下被氧化成氮气、硝酸盐或亚硝酸盐,随水或气自出口5流出,其中的污染物氨主要通过装置中CPM填料的化学氧化作用和物理吸附作用得以去除,达到除氨的目的。
与现有技术相比,本发明有如下优点:
(1)除氨过程均在单一的反应装置中完成,易于控制。
(2)比起均匀混合材料,CPM的包覆型结构使压电性电气石粉更多集中在外层,从而使除氨反应能更高效进行。
(3)CPM与被污染介质接触即可直接生效,在大气压下就对污染物有一定的去除效果,加压后可得到较好的除氨效果。
(4)CPM材料绿色环保,不会带来二次污染。
(5)该装置整体结构简单、装卸简易且制作成本低。
附图说明
图1为本发明以CPM为填料的除氨装置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示,本发明一种以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置,包括内部填充CPM球状填料4的圆柱形壳体3,螺纹连接在圆柱形壳体3两端的盖体2,上端的盖体2上设置有进口1,进口1固定有进水管或进气管,下端的盖体2上设置有出口5。
作为本发明的优选实施方式,所述的进水管与计量泵连接,计量泵流量3L/h,量程7Bar,额定功率30W。
作为本发明的优选实施方式,所述圆柱形壳体3为直径为4cm,高度为22cm的有机玻璃柱体;所述盖体2为塑料螺旋盖。
所述CPM球状填料4的制作方法如下:
步骤1:外覆压电性壳层材料的制备步骤如下:
步骤1.1:取电气石粉和粘土原材料,提纯并去除大块杂质;
步骤1.2:以质量比(3-5):1量取提纯并去除大块杂质后的电气石粉和粘土原材料;
步骤1.3:将原材料加入烧杯,加去离子水,搅拌混匀,备用。
步骤2:除氨CPM的制作具体包括如下步骤:
步骤2.1:向粘土中缓慢加入去离子水,塑成直径为2-3mm的球型粘土内芯;
步骤2.2:迅速将外覆压电性壳层材料包覆在粘土内芯表面,包覆厚度为1-2mm,形成球体;
步骤2.3:立即使用直径0.5mm的针将球体自中心贯穿;
步骤2.4:将制好的球体自然风干1-2h,脱水成型;
步骤2.5:将成型的球体置于锡箔中,上部开口,送入马弗炉在560℃下烧结4h,得到成品CPM球状填料4。
实施例1
令CPM球状填料4充满有圆柱形壳体3,将人工合成的模拟污染水(10mg/L NH4 +-N)缓慢倒入圆柱形壳体3,使污染水没过装置中所有CPM球状填料4,装置两端盖上连接橡胶导管的盖体2,进口1与大气连通,整个装置在大气压力下静置2h,从出口5取样过0.22μm滤膜,通过紫外光分光光度法测得氨氮浓度从10.0mg/L降到6.8mg/L,去除率达到32%。
实施例2
实验所用CPM填料和使用装置除氨的方法如例1,所不同的是进口1不与大气而与NEWDOSE公司DFD-03-07-M型计量泵(流量3L/h,量程7Bar,额定功率30W)相连;令CPM球状填料4充满圆柱形壳体3,将人工合成的模拟污染水(10mg/L NH4 +-N)缓慢倒入柱体,使污染水没过装置中所有CPM球状填料4,装置两端盖上连接橡胶导管的盖体2,进口1与计量泵连通,设定在计量泵压力0-7Bar下运行2h,氧化去除氨,2h后从出口5取样过0.22μm滤膜,通过紫外光分光光度法测得氨氮浓度从10.0mg/L降到5.1mg/L,去除率达到49%。
Claims (5)
1.一种以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置,其特征在于:包括内部填充CPM球状填料(4)的圆柱形壳体(3),螺纹连接在圆柱形壳体(3)两端的盖体(2),上端的盖体(2)上设置有进口(1),进口(1)固定有进水管或进气管,下端的盖体(2)上设置有出口(5)。
2.根据权利要求1所述的一种以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置,其特征在于:所述的进水管与计量泵连接,计量泵流量3L/h,量程7Bar,额定功率30W。
3.根据权利要求1所述的一种以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置,其特征在于:所述圆柱形壳体(3)为直径为4cm,高度为22cm的有机玻璃柱体;所述盖体(2)为塑料螺旋盖。
4.根据权利要求1所述的一种以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置,其特征在于:所述CPM球状填料(4)的制作方法如下:
步骤1:外覆压电性壳层材料的制备步骤如下:
步骤1.1:取电气石粉和粘土原材料,提纯并去除大块杂质;
步骤1.2:以质量比(3-5):1量取提纯并去除大块杂质后的电气石粉和粘土原材料;
步骤1.3:将原材料加入烧杯,加去离子水,搅拌混匀,备用。
步骤2:除氨CPM的制作具体包括如下步骤:
步骤2.1:向粘土中缓慢加入去离子水,塑成直径为2-3mm的球型粘土内芯;
步骤2.2:迅速将外覆压电性壳层材料包覆在粘土内芯表面,包覆厚度为1-2mm,形成球体;
步骤2.3:立即使用直径0.5mm的针将球体自中心贯穿;
步骤2.4:将制好的球体自然风干1-2h,脱水成型;
步骤2.5:将成型的球体置于锡箔中,上部开口,送入马弗炉在560℃下烧结4h,得到成品CPM球状填料(4)。
5.权利要求1至4任一项所述的以包覆型压电材料CPM为主要填料的除氨装置的除氨方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1:令CPM球状填料(4)充满圆柱形壳体(3),进口(1)连接计量泵以实现不同压力的供应;
步骤2:人工配置浓度为10.0mg/L NH4 +-N的氨污染水,倾倒入除氨装置中,使污染水没过装置中所有CPM球状填料(4);
步骤3:将装置两端盖上连接橡胶导管的盖体(2);
步骤4:进口(1)一端与计量泵连接,设定在压力0-7Bar下运行1-3h,氧化去除氨;氨在CPM球状填料(4)的氧化作用下被氧化成氮气、硝酸盐或亚硝酸盐,随水或气自出口(5)流出,其中的污染物氨主要通过装置中CPM填料的化学氧化作用和物理吸附作用得以去除,达到除氨的目的。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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