CN109502874B - 一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于除砷技术领域，公开了一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置及方法以解决现有技术蒸发结晶三氧化二砷的过程中存在的问题，该装置包括结晶槽，结晶槽上装有加热装置，结晶槽上还连接有冷凝器，冷凝器连接有收集槽，结晶槽的出口管路依次连接有过滤装置、过渡水槽、永磁体、流量计、控制阀、循环泵，且循环泵的出口与结晶槽的进口连接形成循环回路。该方法中的含砷废水在此装置中循环运行蒸发结晶，本发明无需添加化学试剂，且可提高结晶效率，缩短了反应时间，极大地降低了成本，具有显著的经济效益；本发明可以增大蒸发浓缩速率和沉降速度，所以在短时间内，具有较差的自然沉降性能的三氧化二砷结晶体可以迅速沉降。

Description

一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置及方法
技术领域
本发明涉及除砷技术领域，具体涉及一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置及方法。
背景技术
随着人们对水质的要求越来越高，各国都对水中砷等有害物质的含量加以严格规定。采用钙盐和铁盐沉淀法除砷，所得到的渣不易被利用，而深埋又会造成地下水污染。随着砷的开发利用，从溶液中回收砷得到充分重视，而处理含砷废水的关键是蒸发结晶三氧化二砷的过程。现有技术蒸发结晶三氧化二砷的过程蒸发速度和体积结晶率低，颗粒增长速度慢，溶液渗透性差，砷的沉降速度和净化程度不太理想，基于此，本发明利用磁场协同作用提高三氧化二砷的结晶效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术蒸发结晶三氧化二砷的过程中存在的问题，提供了一种可以提高砷的沉降速度和净化程度的强化三氧化二砷蒸发结晶的装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置，包括结晶槽，结晶槽上装有加热装置，结晶槽上还连接有冷凝器，冷凝器连接有收集槽，结晶槽的出口管路依次连接有过滤装置、过渡水槽、永磁体、流量计、控制阀、循环泵，且循环泵的出口与结晶槽的进口连接形成循环回路，永磁体包括安装在出口管路上的第一永磁体以及第二永磁体，且第二永磁体靠近流量计，第一永磁体的磁感线方向与液体的流向相同，第二永磁体的磁感线的方向与液体的流向垂直，且第二永磁体包括多对磁极，相邻磁极的磁感线方向上下交错。
本发明的另一个目的是提供了一种强化三氧化二砷蒸发结晶的方法，包括以下步骤：
（1）打开控制阀，将pH范围为2-7的含砷废水缓缓加入结晶槽，待含砷废水充满整个结晶槽、过渡水槽及整个循环回路时，开启循环泵并调整控制阀的开度，将循环水的水速调至在0.2m/s-0.5m/s之间，加热装置的温度控制在80℃-120℃，第一永磁体的磁场强度B为3 T -3.5T，第二永磁体的磁场强度B为1T -3T；
（2）待调试完成后整个循环系统开始循环运行蒸发结晶，蒸发结晶时间为t1，且t1＞V/Sv，其中V为水槽的体积，S为管路的截面积，v为水速；
（3）蒸发结晶完成析出结晶物，蒸发的气体经冷凝器回收至收集槽形成冷凝液。
进一步地，步骤（1）中的永磁体的第一永磁体、第二永磁体直接卡装在管壁上。
进一步地，步骤（3）中蒸发结晶时的浓缩倍数为5-10。
进一步地，加热装置为红外加热器。
进一步地，过滤装置为过滤器。
进一步地，结晶槽及过渡水槽均为密闭式结构。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明通过在结晶槽的出口管路依次连接过滤装置、过渡水槽、永磁体、流量计、控制阀、循环泵，且循环泵的出口与结晶槽的进口连接形成循环回路。含砷废水依次经过结晶槽、过渡水槽、永磁体、流量计、控制阀、循环泵进行循环，为循环磁化做好了准备。本发明的方法中第一永磁体的磁感线方向与液体的流向相同，可以有效利用砷的抗磁性性质和水的顺磁性性质，这样溶液中的三氧化二砷经过磁场时便会做减速运动，水会加速运动，达到了三氧化二砷的预浓缩，并且三氧化二砷低速流经第二永磁体的垂直磁极增加了磁处理效果；而加速运动的水分子提高了磁场的洛仑磁力效果，使得溶液表观活化能迅速降低，加之第二永磁体垂直磁场的磁极采用交替式分布，使得体系的活性得到大幅度提升。本发明不会对环境造成污染，具有显著的环境效益；本发明无需添加化学试剂，且可提高结晶效率，缩短了反应时间，极大地降低了成本，具有显著的经济效益；使析出的结晶物中含砷为24.6%-48.5%，冷凝液中砷离子浓度为6.2mg/L -18.2mg/L mg/L。本发明可以增大蒸发浓缩速率和沉降速度，所以在短时间内，具有较差的自然沉降性能的三氧化二砷结晶体可以迅速沉降。
附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图。
附图标记含义入如下：1. 结晶槽；2. 加热装置；3. 冷凝器；4. 收集槽；5. 循环泵；6. 控制阀；7. 流量计；8.永磁体；9. 过渡水槽；10. 过滤装置；11. 第一永磁体；12.第二永磁体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例本发明作进一步说明。
如图1所示，一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置，包括结晶槽1，结晶槽1上装有加热装置2，加热装置2为红外加热器。结晶槽1上还连接有冷凝器3，冷凝器3连接有收集槽4，结晶槽1的出口管路依次连接有过滤装置10、过渡水槽9、永磁体8、流量计7、控制阀6、循环泵5，过滤装置10为过滤器。且循环泵5的出口与结晶槽1的进口连接形成循环回路。结晶槽1及过渡水槽9均为密闭式结构。永磁体8包括安装在出口管路上的第一永磁体11以及第二永磁体12，且第二永磁体12靠近流量计7，第一永磁体11的磁感线方向与液体的流向相同，第二永磁体12的磁感线的方向与液体的流向垂直，且第二永磁体12包括三组或更多对磁极，相邻磁极的磁感线方向上下交错。第一永磁体11为磁场强度可调的永磁体，且第一永磁体11的磁场强度的可调范围为3 T -3.5T，第二永磁体12为磁场强度可调的永磁体，且第二永磁体12的磁场强度的可调范围为1T -3T。
一种强化三氧化二砷蒸发结晶的方法，包括以下步骤：
（1）打开控制阀6，将pH范围为2-7的含砷废水缓缓加入结晶槽1，待含砷废水充满整个结晶槽1、过渡水槽9及整个循环回路时，开启循环泵5并调整控制阀6的开度，将循环水的水速调至在0.2m/s-0.5m/s之间，加热装置2的温度控制在80℃-120℃，第一永磁体11的磁场强度B为3 T -3.5T，第二永磁体12的磁场强度B为1T -3T。第一永磁体11、第二永磁体12直接卡装在管壁上，第一永磁体11的磁感线方向与液体的流向相同；第二永磁体12的磁极为N、S交替式分布磁极，第二永磁体12磁感线的方向与液体的流向垂直，且磁感线上下交错。
（2）待调试完成后整个循环系统开始循环运行蒸发结晶，蒸发结晶时间为t1，且t1＞V/Sv，其中V为水槽1的体积，S为管路的截面积，v为水速。
（3）蒸发结晶时的浓缩倍数为5-10。蒸发结晶后析出结晶物，蒸发的气体经冷凝器3回收至收集槽4形成冷凝液。析出的结晶物中含砷24.6%-48.5%，冷凝液中砷离子浓度为6.2mg/L -18.2mg/L mg/L。
实施例1
（1）打开控制阀6，将pH为2的含砷废水缓缓加入结晶槽1，待含砷废水充满整个结晶槽1、过渡水槽9及整个循环回路时，开启循环泵5并调整控制阀6的开度，将循环水的水速调至在0.2m/s，加热装置2的温度控制在80℃，永磁体8的第一永磁体11的磁场强度 B为3T，第二永磁体12的磁场强度B为1T。第一永磁体11、第二永磁体12直接卡装在管壁上，第一永磁体11的磁感线方向与液体的流向相同；第二永磁体12的磁极为N、S交替式分布磁极，第二永磁体12磁感线的方向与液体的流向垂直，且磁感线上下交错。
（2）待调试完成后整个循环系统开始循环运行蒸发结晶，蒸发结晶时间为t1，且t1＞V/Sv，其中V为水槽1的体积，S为管路的截面积，v为水速。其中为水槽1的体积V为3L，管路的截面积S为10cm2，水速v为0.2m/s；蒸发结晶时间为t1为30分钟。
（3）蒸发结晶时的浓缩倍数为5。蒸发结晶30分钟后析出结晶物，蒸发的气体经冷凝器3回收至收集槽4形成冷凝液。析出的结晶物中含砷为24.6%，冷凝液中砷离子浓度为18.2mg/L。
实施例2
（1）打开控制阀6，将pH为7的含砷废水缓缓加入结晶槽1，待含砷废水充满整个结晶槽1、过渡水槽9及整个循环回路时，开启循环泵5并调整控制阀6的开度，将循环水的水速调至在0.3m/s，加热装置2的温度控制在100℃，第一永磁体11的磁场强度B为3.2T，第二永磁体12的磁场强度B为2T。永磁体8的第一永磁体11、第二永磁体12直接卡装在管壁上，第一永磁体11的磁感线方向与液体的流向相同；第二永磁体12的磁极为N、S交替式分布磁极，第二永磁体12磁感线的方向与液体的流向垂直，且磁感线上下交错。
（2）待调试完成后整个循环系统开始循环运行蒸发结晶，蒸发结晶时间为t1，且t1＞V/Sv，其中V为水槽1的体积，S为管路的截面积，v为水速。其中为水槽1的体积V为3L，管路的截面积S为10cm2，水速v为0.3m/s；蒸发结晶时间为t1为30分钟。
（3）蒸发结晶时的浓缩倍数为8。蒸发结晶30分钟后析出结晶物，蒸发的气体经冷凝器3回收至收集槽4形成冷凝液。析出的结晶物中含砷为41.3%，冷凝液中砷离子浓度为11.2mg/L。
实施例3
（1）打开控制阀6，将pH为5的含砷废水缓缓加入结晶槽1，待含砷废水充满整个结晶槽1、过渡水槽9及整个循环回路时，开启循环泵5并调整控制阀6的开度，将循环水的水速调至在0.5m/s，加热装置2的温度控制在120℃，永磁体8水平取向的第一永磁体11的磁场强度B为3.5T，垂直取向的第二永磁体12的磁场强度B为3T。第一永磁体11、第二永磁体12直接卡装在管壁上，第一永磁体11的磁感线方向与液体的流向相同；第二永磁体12的磁极为N、S交替式分布磁极，第二永磁体12磁感线的方向与液体的流向垂直，且磁感线上下交错。
（2）待调试完成后整个循环系统开始循环运行蒸发结晶，蒸发结晶时间为t1，且t1＞V/Sv，其中V为水槽1的体积，S为管路的截面积，v为水速。其中为水槽1的体积V为3L，管路的截面积S为10cm2，水速v为0.5m/s；蒸发结晶时间为t1为30分钟。
（3）蒸发结晶时的浓缩倍数为8。蒸发结晶30分钟后析出结晶物，蒸发的气体经冷凝器3回收至收集槽4形成冷凝液。析出的结晶物中含砷为48.5%，冷凝液中砷离子浓度为6.2mg/L。
实施例4
（1）打开控制阀6，将pH为5的含砷废水缓缓加入结晶槽1，待含砷废水充满整个结晶槽1、过渡水槽9及整个循环回路时，开启循环泵5并调整控制阀6的开度，将循环水的水速调至在0.5m/s，加热装置2的温度控制在120℃，永磁体8水平取向的磁场强度B为0T，垂直取向的磁场强度B为0T。
（2）待调试完成后整个循环系统开始循环运行蒸发结晶，蒸发结晶时间为t1，且t1＞V/Sv，其中V为水槽1的体积，S为管路的截面积，v为水速。其中为水槽1的体积V为3L，管路的截面积S为10cm2，水速v为0.5m/s；蒸发结晶时间为t1为30分钟。
（3）蒸发结晶时的浓缩倍数为8。蒸发结晶30分钟后析出结晶物，蒸发的气体经冷凝器3回收至收集槽4形成冷凝液。析出的结晶物中含砷为18%，冷凝液中砷离子浓度为22.5mg/L。

Claims (7)

1.一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置，包括结晶槽（1），结晶槽（1）上装有加热装置（2），结晶槽（1）上还连接有冷凝器（3），冷凝器（3）连接有收集槽（4），其特征是：结晶槽（1）的出口管路依次连接有过滤装置（10）、过渡水槽（9）、永磁体（8）、流量计（7）、控制阀（6）、循环泵（5），循环泵（5）的出口与结晶槽（1）的进口连接形成循环回路，永磁体（8）包括安装在出口管路上的第一永磁体（11）以及第二永磁体（12），且第二永磁体（12）靠近流量计（7），第一永磁体（11）的磁感线方向与液体的流向相同，第二永磁体（12）的磁感线的方向与液体的流向垂直，且第二永磁体（12）包括多对磁极，相邻磁极的磁感线方向上下交错。
2.一种利用权利要求1所述的装置强化三氧化二砷蒸发结晶的方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）打开控制阀（6），将pH范围为2-7的含砷废水缓缓加入结晶槽（1），待含砷废水充满整个结晶槽（1）、过渡水槽（9）及整个循环回路时，开启循环泵（5）并调整控制阀（6）的开度，将循环水的水速调至在0.2m/s-0.5m/s之间，加热装置（2）的温度控制在80℃-120℃，第一永磁体（11）的磁场强度B为3 T -3.5T，第二永磁体（12）的磁场强度B为1T -3T；
（2）待调试完成后整个循环系统开始循环蒸发结晶，蒸发结晶时间为t1，且t1＞V/Sv，其中V为水槽（1）的体积，S为管路的截面积，v为水速；
（3）蒸发结晶完成析出结晶物，蒸发的气体经冷凝器（3）回收至收集槽（4）形成冷凝液。
3.根据权利要求2所述的一种强化三氧化二砷蒸发结晶的方法，其特征是：所述步骤（1）中的第一永磁体（11）、第二永磁体（12）均直接卡装在管壁上。
4.根据权利要求2所述的一种强化三氧化二砷蒸发结晶的方法，其特征是：所述步骤（3）中蒸发结晶时的浓缩倍数为5-10。
5.根据权利要求1所述的一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置，其特征是：所述加热装置（2）为红外加热器。
6.根据权利要求1所述的一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置，其特征是：所述过滤装置（10）为过滤器。
7.根据权利要求1所述的一种强化三氧化二砷蒸发结晶的装置，其特征是：所述结晶槽（1）及过渡水槽（9）均为密闭式结构。
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