CN108101143A - 一种微纳米吸附剂改性制备与吸附-同质混凝反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水质净化和节水技术领域，一种微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置。本发明通过使用经济实用的物质，将其应用到铝基或铁基氧化物种，对齐其进行改性处理，配合铝基或铁基絮凝药剂，将原水通入本发明设计出的反应装置后，通过加入新型微纳米吸附剂材料，加入混凝剂，能够实现同质混凝，高效的去除水中污染物，并通过反应器的污泥回流装置，达到提高去除效率，节约原水的目的。本发明具有节能环保，成本低廉，指向性强，效率高等特点，可直接应用到现有自来水厂的工艺中。本发明提供的吸附混凝装置具有安装维修方便，稳定长久的优点，此外本发明具有成本低廉，水处理高效的特点。

Description

一种微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置

技术领域

本发明属于水质净化和节水技术领域，涉及到一种净水材料和净节水装置，具体涉及一种微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置。

背景技术

近年来，我国水质污染问题越来越严重，人民的生活用水正变得更加困难。因此，很多研究人员在水处理方面采取了很多措施，如沉淀物过滤法，活性炭吸附法，紫外线消毒法，蒸馏法等，这些方法对水中的重金属，有机物等有害物质都有一定去除效果。

目前大多数自来水公司采用常规混凝工艺处理饮用水，而在处理过程中靠水流的自然混合进行混凝搅拌，而且对处理后的污泥直接排除，目前存在处理效果一般，对特定污染物无效果，且水量损失较大，已不适应当前的水质指标要求。

发明内容

本发明设计了一种微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，以解决技术背景中提到的问题。本发明通过使用经济实用的物质，将其应用到铝基或铁基氧化物种，对齐其进行改性处理，配合铝基或铁基絮凝药剂，将原水通入本发明设计出的反应装置后，通过加入新型微纳米吸附剂材料，加入混凝剂，能够实现同质混凝，高效的去除水中污染物，并通过反应器的污泥回流装置，达到提高去除效率，节约原水的目的。本发明具有节能环保，成本低廉，指向性强，效率高等特点，可直接应用到现有自来水厂的工艺中。

本发明的技术方案：

一种微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，包括入水管道反应器18、排泥管道反应器19、混凝池1、沉降池4和清水池5，混凝池1、沉降池4和清水池5依次相邻；入水管道反应器18即为入水方向，通过入水阀门10控制，清水池5侧接出水管路；

所述的入水管道反应器18和排泥管道反应器19，包括反应管道a、多级孔旋窝斜板和开孔球j；所述的反应管道a为多级反应管道，在每级反应管道口处设有加料口；所述的反应管道a内设有多级孔旋窝斜板，所述的多级孔旋窝斜板由挡板e、旋窝斜板f和支撑杆i组成，所述的挡板e为多孔结构，其上均布有挡板孔h；所述的旋窝斜板f固定于与反应管道a同轴的支撑杆i上，其上设有旋窝斜板多级孔g；将挡板e和旋窝斜板f固定为一体结构；所述的多孔球j置于旋窝斜板f凹面内，由挡板e和旋窝斜板f限制多孔球j的位置；进行水质净化时，间隙性从入水口处通入溶液并同时在加料口投加反应物料，水流经过反应管道a时带动多孔球j，使多孔球j在管道内运动，配合多级孔旋窝斜板使水流在反应管道内部形成微窝旋流动状态，从而增加吸附混凝效果；

所述的混凝池1包括多列网格式的反应格和涡扇2；所述的反应格是全敞开、半封闭或封闭式的反应空间，排布多列反应格，每列反应格的宽度相同，后一列反应格的长度是前一列反应格长度的1到20倍，根据水质要求对反应格数进行调整，在反应格底板开有排泥孔和固定孔，反应格池壁开有固定孔；进水方式为折流式，入水管道反应器18连接在最外侧反应格的顶部，经过位于该反应格的底部出水口，作为第二个反应格的入水口，第二个反应格的出水口位于顶部，作为第三个反应格的入水口，每个反应格的入水口和出水口按照此规则周期性设置，实现水流动方式为折流式；所述的涡扇2是扇叶具有旋涡结构的反应器，由水流带动其旋转，增加反应液的微小涡流数，从而提高溶液反应性能；涡扇2包括固定杆11、扇叶12和滚轴13，所述的扇叶12的数目为一片以上，扇叶12连接在滚轴13上，滚轴13套装在固定杆11上，并固定；所述的固定杆11固定在反应格底板或池壁的固定孔中；每个反应格1安装一个以上数量的涡扇2，涡扇2曲面凹侧和水流方向以0～180°关系布置，具体布置方式随水流流速改变而改变，以达到混合充分的效果；

所述的沉降池4的纵向长度是混凝池1的0.5到50倍，沉降池4底部开有排泥孔，从混凝池1进入到沉降池4的入水口位于不影响出水合格标准的位置，沉降池4的出水口为沉降池4与清水池5相邻边上的开口槽，出水口宽度为沉降池4宽度的一到二十分之一倍，槽深为1到100厘米；所述的沉降池4中安装沿长度方向安装有多块方向可调的斜板3，方向可调的斜板3的倾斜角度可调，根据水质情况对方向可调的斜板3角度进行调节，提高沉降效率；所述的方向可调的斜板3的倾斜方向为从沉降池4入水位置到出水位置斜面高度增高，方向可调的斜板3与水平面夹角为0到85度，各方向可调的斜板3之间的距离2‐10厘米；所述的方向可调的斜板3两侧水平对称放置带有支撑杆铰链7结构的支撑杆6，支撑杆6放置在不影响方向可调的斜板3使用的位置；所述的方向可调的斜板3底部通过斜板铰链17与沉降池4相连，沉降池4入水口处第一块方向可调的斜板3顶部距沉降池4顶部为0.1‐2m，最后一块方向可调的斜板3竖直高度低于沉降池4的出水口0.1米以上；

污泥箱14是收集污泥的装置，置于混凝池1与沉降池4的最底部，污泥箱14形状和尺寸根据水质情况调整，污泥箱14与排泥管道反应器19连接，混凝池1的每一列反应格底部的污泥箱14通过隔板隔离，且混凝池1与沉降池4最底部的污泥箱14也通过隔板隔离，每间污泥箱14分别与排泥管道反应器19连接。

所述的清水池5的纵向长度为混凝池1的0.1到50倍，在清水池5底部开有排泥孔，清水池5出水口放置在不影响出水合格标准的位置；

所述的混凝池1、沉降池4和清水池5均连接有排泥管道反应器19，混凝池1内的每列反应格均连接有对应的排泥管道反应器19，每个排泥管道反应器19上设有单独的排泥分阀门15；在工作过程中，根据混凝池1、沉降池4和清水池5底部的污泥箱14中污泥的累积情况开启相应的排泥分阀门15进行排泥；当污泥箱14中的污泥累积厚度达到污泥箱高度的2‐10分之一时，开启排泥分阀门15并关闭排泥总阀门16，开启排泥泵8将污泥通过污泥反应管道19排入到混凝池1中，在污泥回用过程中根据反应需求在加料口处投加药剂增加污泥回用效果；当污泥箱14中污泥累积量达到影响出水合格标准时，关闭排泥泵8和入水阀门10，开启排泥总阀门16。

所述的排泥泵8的功率和流量可调，由逻辑电路控制，以实现自动化。

所述的法兰盘9安装于入水管道反应器18和出水管道上，法兰盘9连接处安装密封圈。法兰盘9可以用螺杆连接，也可以设置自锁功能进行连接，方便拆卸。法兰盘9的材质为合金或塑料。

所述的入水阀门10、排泥分阀门15和排泥总阀门16可以是手动控制型，也可以是继电控制型，可以使用逻辑电路控制，且流量能够自由设定。

所述的涡扇2、滚轴13、固定杆11、支撑杆6、支撑杆铰链7和斜板铰链17材质可以是耐腐蚀合金，也可以是塑料。

所述的扇叶12与滚轴13、滚轴13与固定杆11可以通过螺钉相连，也可以通过焊接方式相连，也可以通过胶连接。

所述的混凝池1池壁上部出入水口面积是下部出入水口面积的1到10倍。

所述的整个装置出入水口，底部排泥孔以及涡扇2的固定孔形状为方形或者圆形，孔尺寸根据水质反应情况调整。

所述的固定杆11可以是空心也可以是实心的柱状结构，材质为耐腐蚀合金或者塑料。

根据污泥箱14内的污泥含水量，选择在略高于排泥孔0.1～1m处设置回流污泥孔，通过污泥泵8回排到混凝池1内。

吸附剂制备：以氧化铝和氧化铁为基质，加入具有特定吸附活性的化学物质或生物质，通过酸和碱液浸泡，再经过机械力改性或低温水热、高温煅烧等方法，可以制得新型的微纳米吸附剂材料，配合后续的同质混凝反应器使用。

在上所述的用于吸附混凝的管道反应器中，反应管道可以根据水质情况设置级数，每级反应管道入水口处设置加料口，以使投加的物料与溶液充分反应。

所述的支撑杆6形状可以是圆柱形也可以是方形，材质可以是合金或者塑料

所述的支撑杆铰链7可以是球状，也可以是柱状或者片状，可以固定在方向可调的斜板3上也可以固定在支撑杆6上，也可以同时固定在方向可调的斜板3和支撑杆6上；

斜板铰链17可以固定在沉降池4底部或者池壁，也可以固定在斜板3上，也可以同时固定在斜板3和沉降池4底部或侧壁，斜板铰链17可以是球状，可以是柱状或者片状，支撑杆铰链7与斜板铰链17材质可以是合金也可以是塑料。

本发明的有益效果：本发明提供的一种微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，本发明提供的吸附混凝装置具有安装维修方便，稳定长久的优点，此外本发明具有成本低廉，水处理高效的特点。

附图说明

图1是吸附混凝反应装置示意图。

图2是涡扇示意图。

图3是管道反应器示意图。

图4是多级孔旋窝斜板示意图。

图5是多孔球示意图。

图6是吸附剂的红外表征图。

图7是吸附剂的TEM图和各个元素的mapping图。

图8是吸附剂的透射EDS表征图。

图中：1混凝池；2涡扇；3方向可调的斜板；4沉降池；5清水池；6支撑杆；7支撑杆铰链；8排泥泵；9法兰盘；10入水阀门；11固定杆；12涡扇扇叶；13滚轴；14污泥箱；15排泥分阀门；16排泥总阀门；17斜板铰链；18入水管道反应器；19排泥管道反应器；20排泥管；a反应管；b一级反应管加料口；c二级反应管加料口；d三级反应管加料口；e挡板；f旋窝斜板；g旋窝斜板多级孔；h挡板孔；i支撑杆；j多孔球。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

(1)将氧化铝粉末与腐殖质以质量比10:1混合，通过机械搅拌混合均匀，经过酸碱淋洗后干燥，电镜扫描图和红外表征图见附图。

(2)在吸附混凝装置中通入原水，通过入水管道反应器18的吸附剂加料口将微纳米吸附剂按一定的速率加入到原水管道中，并选用聚合氯化铝作为混凝剂投加到反应器中。

(3)水流进入混凝池1后，此时在水流冲击扇叶12凹一侧，使扇叶12受力旋转，并在扇叶12曲面形成旋涡，从而增加吸附混凝效果。待反应稳定后在出水口处收集水样进行测定。

(4)当混凝池1或沉降池4或清水池5中污泥累积厚度达到污泥箱14内壁高度的1‐20分之一时，将相应混凝池1或沉降池4或清水池5排泥分阀15打开，关闭排泥总阀16，开启排泥泵8，将部分污泥通过污泥管道反应器19导入混凝池1的入水口中，可以在加料口b或c或d投入(2)中药剂增加污泥回用效果。调节入水和泥浆入水流量，使设备稳定运行，继续投加(3)中的药剂，待反应稳定后从出水口收集水样。

(5)待污泥积累量达到到影响出水的质量后，关闭入水阀门10、排泥泵8，开启排泥分阀15和排泥总阀16将污泥排除。

最终处理效果见下表：

Claims (8)

1.一种微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，其特征在于，所述的微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置包括入水管道反应器(18)、排泥管道反应器(19)、混凝池(1)、沉降池(4)和清水池(5)，混凝池(1)、沉降池(4)和清水池(5)依次相邻；入水管道反应器(18)即为入水方向，通过入水阀门(10)控制，清水池(5)侧接出水管路；

所述的入水管道反应器(18)和排泥管道反应器(19)，包括反应管道(a)、多级孔旋窝斜板和开孔球(j)；所述的反应管道(a)为多级反应管道，在每级反应管道口处设有加料口；所述的反应管道(a)内设有多级孔旋窝斜板，所述的多级孔旋窝斜板由挡板(e)、旋窝斜板(f)和支撑杆(i)组成，所述的挡板(e)为多孔结构，其上均布有挡板孔(h)；所述的旋窝斜板(f)固定于与反应管道(a)同轴的支撑杆(i)上，其上设有旋窝斜板多级孔(g)；将挡板(e)和旋窝斜板(f)固定为一体结构；所述的多孔球(j)置于旋窝斜板(f)凹面内，由挡板(e)和旋窝斜板(f)限制多孔球(j)的位置；进行水质净化时，间隙性从入水口处通入溶液并同时在加料口投加反应物料，水流经过反应管道(a)时带动多孔球(j)，使多孔球(j)在管道内运动，配合多级孔旋窝斜板使水流在反应管道内部形成微窝旋流动状态，从而增加吸附混凝效果；

所述的混凝池(1)包括多列网格式的反应格和涡扇(2)；所述的反应格是全敞开、半封闭或封闭式的反应空间，排布多列反应格，每列反应格的宽度相同，后一列反应格的长度是前一列反应格长度的1到20倍，根据水质要求对反应格数进行调整，在反应格底板开有排泥孔和固定孔，反应格池壁开有固定孔；进水方式为折流式，入水管道反应器(18)连接在最外侧反应格的顶部，经过位于该反应格的底部出水口，作为第二个反应格的入水口，第二个反应格的出水口位于顶部，作为第三个反应格的入水口，每个反应格的入水口和出水口按照此规则周期性设置，实现水流动方式为折流式；所述的涡扇(2)是扇叶具有旋涡结构的反应器，由水流带动其旋转，增加反应液的微小涡流数，从而提高溶液反应性能；涡扇(2)包括固定杆(11)、扇叶(12)和滚轴(13)，所述的扇叶(12)的数目为一片以上，扇叶(12)连接在滚轴(13)上，滚轴(13)套装在固定杆(11)上，并固定；所述的固定杆(11)固定在反应格底板或池壁的固定孔中；每个反应格安装一个以上数量的涡扇(2)，涡扇(2)曲面凹侧和水流方向以0～180°关系布置，具体布置方式随水流流速改变而改变，以达到混合充分的效果；

所述的沉降池(4)的纵向长度是混凝池(1)的0.5到50倍，沉降池(4)底部开有排泥孔，从混凝池(1)进入到沉降池(4)的入水口位于不影响出水合格标准的位置，沉降池(4)的出水口为沉降池(4)与清水池(5)相邻边上的开口槽，出水口宽度为沉降池(4)宽度的一到二十分之一倍，槽深为1到100厘米；所述的沉降池(4)中安装沿长度方向安装有多块方向可调的斜板(3)，方向可调的斜板(3)的倾斜角度可调，根据水质情况对方向可调的斜板(3)角度进行调节，提高沉降效率；所述的方向可调的斜板(3)的倾斜方向为从沉降池(4)入水位置到出水位置斜面高度增高，方向可调的斜板(3)与水平面夹角为0到85度，各方向可调的斜板(3)之间的距离2‐10厘米；所述的方向可调的斜板(3)两侧水平对称放置带有支撑杆铰链(7)结构的支撑杆(6)，支撑杆(6)放置在不影响方向可调的斜板(3)使用的位置；所述的方向可调的斜板(3)底部通过斜板铰链(17)与沉降池(4)相连，沉降池(4)入水口处第一块方向可调的斜板(3)顶部距沉降池(4)顶部为0.1‐2m，最后一块方向可调的斜板(3)竖直高度低于沉降池(4)的出水口0.1米以上；

污泥箱(14)是收集污泥的装置，置于混凝池(1)与沉降池(4)的最底部，污泥箱(14)形状和尺寸根据水质情况调整，污泥箱(14)与排泥管道反应器(19)连接，混凝池(1)的每一列反应格底部的污泥箱(14)通过隔板隔离，且混凝池(1)与沉降池(4)最底部的污泥箱(14)也通过隔板隔离，每间污泥箱(14)分别与排泥管道反应器(19)连接；

所述的清水池(5)的纵向长度为混凝池(1)的0.1到50倍，在清水池(5)底部开有排泥孔，清水池(5)出水口放置在不影响出水合格标准的位置；

所述的混凝池(1)、沉降池(4)和清水池(5)均连接有排泥管道反应器(19)，混凝池(1)内的每列反应格均连接有对应的排泥管道反应器(19)，每个排泥管道反应器(19)上设有单独的排泥分阀门(15)；在工作过程中，根据混凝池(1)、沉降池(4)和清水池(5)底部的污泥箱(14)中污泥的累积情况开启相应的排泥分阀门(15)进行排泥；当污泥箱(14)中的污泥累积厚度达到污泥箱高度的2‐10分之一时，开启排泥分阀门(15)并关闭排泥总阀门(16)，开启排泥泵(8)将污泥通过污泥反应管道(19)排入到混凝池(1)中，在污泥回用过程中根据反应需求在加料口处投加药剂增加污泥回用效果；当污泥箱(14)中污泥累积量达到影响出水合格标准时，关闭排泥泵(8)和入水阀门(10)，开启排泥总阀门(16)。

2.根据权利要求1所述的微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，其特征在于，所述的法兰盘(9)安装于入水管道反应器(18)和出水管道上，法兰盘(9)连接处安装密封圈；法兰盘(9)用螺杆连接，或设置自锁功能进行连接，方便拆卸；所述的扇叶(12)与滚轴(13)、滚轴(13)与固定杆(11)通过螺钉相连，或通过焊接方式相连，或通过胶连接；所述的入水阀门(10)、排泥分阀门(15)和排泥总阀门(16)是手动控制型，或是继电控制型，使用逻辑电路控制，且流量自由设定；所述的固定杆(11)是空心或实心的柱状结构；所述的斜板铰链(17)固定在沉降池(4)底部或池壁，或固定在方向可调的斜板(3)上，或同时固定在方向可调的斜板(3)和沉降池(4)底部或侧壁，斜板铰链(17)是球状、柱状或片状。

3.根据权利要求1或2所述的微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，其特征在于，所述的排泥泵(8)的功率和流量可调，由逻辑电路控制，以实现自动化。

4.根据权利要求3所述的微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，其特征在于，所述的涡扇(2)、支撑杆(6)、支撑杆铰链(7)、法兰盘(9)、固定杆(11)、滚轴(13)和斜板铰链(17)的材质是耐腐蚀合金或塑料。

5.根据权利要求4所述的微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，其特征在于，所述的混凝池(1)池壁上部出入水口面积是下部出入水口面积的1到10倍；根据污泥箱(14)内的污泥含水量，选择在高于排泥孔0.1～1m处设置回流污泥孔，通过污泥泵(8)回排到混凝池(1)内。

6.根据权利要求5所述的微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，其特征在于，所述的支撑杆铰链(7)固定在方向可调的斜板(3)上，或固定在支撑杆(6)上，或同时固定在方向可调的斜板(3)和支撑杆(6)上。

7.根据权利要求6所述的微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，其特征在于，所述的整个装置出入水口，底部排泥孔以及涡扇(2)的固定孔形状为方形或者圆形，孔尺寸根据水质反应情况调整。

8.根据权利要求7所述的微纳米吸附剂改性制备与吸附‐同质混凝反应装置，其特征在于，吸附剂的制备：以氧化铝和氧化铁为基质，加入具有特定吸附活性的化学物质或生物质，通过酸和碱液浸泡，再经过机械力改性、低温水热或高温煅烧方法，制得新型的微纳米吸附剂材料，配合后续的同质混凝反应器使用。