CN114634217A - 一种竹基生物炭吸附柱及处理印染废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理领域,具体涉及一种竹基生物炭吸附柱及处理印染废水的方法。为了解决现有技术中没有一种针对印染废水的操作简单、成本低廉、性能高效的废水处理吸附柱的问题,本发明提供一种处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,包括壳体、进水口、出水口和蠕动泵;所述壳体上设置进水口和出水口,蠕动泵与进水口连接,壳体内部设有一级石英砂过滤填料和二级生物炭吸附填料;所述的二级生物炭吸附填料为竹基生物炭构成,竹基生物炭由竹质原料慢速裂解而成。既能实现对染料高效去除,又绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域,具体涉及一种竹基生物炭吸附柱及处理印染废水的方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
水污染已成为全球范围内的主要环境问题,其中重要原因之一就是印染废水的未达标排放。染料是印染废水的主要组成部分,被广泛应用于皮革、纺织、印刷和造纸等行业,每年大约有1000吨印染废水排放到水生系统中,其具有化学需氧量高、色度高、毒性高和诱变致癌性高等特点。癌症、过敏、皮肤病等都是由于人体接触或摄入印染废水而引起的健康并发症,可见其会对人类健康和生态环境带来严重的危害。因此,如何发展印染废水处理技术一直是研究者关注的重点。
针对印染废水的处理技术,目前主要有膜过滤法、离子交换法、电凝法、高级氧化法、光催化降解法、吸附法、以及植物修复法等。在众多处理方法中,吸附法由于具有操作简便、对毒素敏感性弱、可重复性高等优点受到了广泛关注。许多碳材料例如碳纳米管、石墨烯、活性炭等都展现出对于印染废水的高效吸附能力,但是高昂的材料成本也限制了它们的拓展应用。近年来,生物炭由于其成本低廉、来源广泛且具有良好的吸附能力而受到广泛的关注。优良的孔隙结构和丰富的表面性质,赋予了生物炭成为新型吸附剂的巨大潜能。
发明人发现,目前废水的吸附治理中,多采用直接往废水里投加吸附剂等静态吸附法。相较于静态吸附法,以吸附柱法为代表的动态吸附法具有可在线连续化操作、处理量大、便于吸附剂再生与分离等优点,越来越广泛地应用在废水治理领域。但吸附柱法往往受限于装置操作复杂、吸附剂成本高昂、批量处理效果不理想等不利因素。因此,开发一种操作简单、成本低廉、性能高效的废水处理吸附柱,对于实现印染废水的工业化处理具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术中的问题,本发明提出一种竹基生物炭吸附柱及处理印染废水的方法,实现了印染废水穿透时间的可控制化,具有操作简便、成本低廉和绿色环保等特点,同时保证了对于印染废水的高效吸附,具有广阔的应用前景。
具体地,本发明通过以下技术方案实现:
本发明第一方面提供一种处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,包括壳体、进水口、出水口和蠕动泵;
所述壳体上设置进水口和出水口,蠕动泵与进水口连接,壳体内部设有一级石英砂过滤填料和二级生物炭吸附填料;
所述的二级生物炭吸附填料为竹基生物炭构成,竹基生物炭由竹质原料慢速裂解而成。
本发明第二方面提供一种处理印染废水的方法,利用上述的竹基生物炭吸附柱;
印染废水通过蠕动泵的作用以一定流动速率进入吸附柱,自下而上通过一级石英砂过滤填料和二级生物炭吸附填料,处理后的废水再从出水口流出。
本发明一个或多个实施例具有以下有益效果:
(1)相较于传统吸附柱上进下出的穿透方式,本发明中吸附柱的穿透方式为下进上出,利用蠕动泵控制污染物的穿透时间,保证了污染物与吸附剂填料的充分接触,解决了传统吸附柱因穿透时间短而导致的低效率问题。
(2)废水处理大多采用直接投加吸附剂的方法,往往需要搅拌、曝气等外加条件来增加接触概率,从而产生额外的成本支出;另一方面,吸附剂的收集再生也是一大难题。相较而言,吸附柱法具有操作简单、吸附剂收集方便、废水处理量大等优势,也扩大了吸附剂从实验室到工业流程的应用范围。
(3)二级生物炭吸附填料由竹基生物炭组成,该生物炭由毛竹废料慢速热解而成,具有成本低廉、来源广泛、性能高效等优点,实现了林业废弃物的资源再生,符合可持续发展的理念。
(4)印染废水自下而上通过吸附柱,其对阳离子型印染废水中的染料去除率达93%以上,染料去除率高,且处理较短时间即可达到较佳的染料去除效果。本发明实现了印染废水穿透时间的可控制化,具有操作简便、成本低廉和绿色环保等特点,同时保证了对于印染废水的高效吸附,拥有较为广阔的应用前景。
(5)高盐印染废水具有含盐量高的特点,直接排放容易带来生态问题,本发明对高盐印染废水也具有非常好的处理效果。
(6)本发明中的竹基生物炭再生性能强,可以循环使用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本申请中实施例1竹基生物炭吸附柱的结构示意图。
图2是本申请中实施例1竹基生物炭的扫描电镜图。
图3是本申请中实施例13和14竹基生物炭吸附柱处理印染废水的效果图。
图4是本申请中实施例18竹基生物炭的再生性能图。
图中,1-壳体、2-二级生物炭吸附填料、3-一级石英砂过滤填料、4-进水口、5-蠕动泵、6-出水口、7-取样阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。所述试剂、材料和设备,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
除非另行定义,文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外,任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
为了解决现有技术中缺少一种操作简单、成本低廉、性能高效的废水处理吸附柱的问题,本发明第一方面提供一种处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,包括壳体、进水口、出水口和蠕动泵;
所述壳体上设置进水口和出水口,蠕动泵与进水口连接,壳体内部设有一级石英砂过滤填料和二级生物炭吸附填料;
所述的二级生物炭吸附填料为竹基生物炭构成,竹基生物炭由竹质原料慢速裂解而成。
在一些实施例中,出水口上设置有取样阀;
优选的,蠕动泵通过软管连接进水口。取样阀的设计,可以便于及时监测水质。
在一些实施例中,壳体内部的两端设有石英砂过滤填料、两端的石英砂过滤填料之间设有生物炭吸附填料。
在一些实施例中,所述竹质原料为毛竹;
优选的,所述竹质原料为毛竹废料。
在一些实施例中,竹基生物炭制备方法为将竹质原料清洗烘干并破碎过筛,得到竹质颗粒;
将竹质颗粒置于管式炉中热解,同时通入惰性气体以保证无氧环境;
设置预定的碳化温度,管式炉的升温速率一定,到预设温度后保持恒温一段时间,再冷却后取出,得到竹基生物炭。
在一些实施例中,制备二级生物炭吸附填料时,所述的过筛为10~20目。
在一些实施例中,所述的碳化温度为400~800℃;
优选的,所述的升温速率为5~20℃/min;
优选的,保持恒温2~3h;
优选的,所述冷却为自然冷却到室温后取出。利用纳米粒度电位仪表征竹基生物炭的zeta电位,发现在大部分pH条件下,竹基生物炭的表面均带负电荷。故本申请对阳离子型印染废水的处理效果会更好。
本发明第二方面提供一种处理印染废水的方法,利用上述的竹基生物炭吸附柱;
印染废水通过蠕动泵的作用以一定流动速率进入吸附柱,自下而上通过一级石英砂过滤填料和二级生物炭吸附填料,处理后的废水再从出水口流出。
在一些实施例中,保证进入吸附柱的印染废水的pH值在5-12之间。
在一些实施例中,蠕动泵控制印染废水在吸附柱内的流动速度为10~50mL/min。
实施例1:竹基生物炭填料的制备
将竹质原料清洗、烘干、破碎并过20目筛,得到竹质颗粒。将竹质颗粒置于管式炉中热解,同时通入惰性气体以保证无氧环境。设置碳化温度为800℃,管式炉的升温速率为5℃/min,到预设温度后保持恒温2h,再自然冷却到室温后取出,致此得到竹基生物炭。
实施例2:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:过筛目数为10目;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例3:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:碳化温度为400℃;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例4:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:碳化温度为600℃;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例5:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:碳化温度为800℃;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例7:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:升温速率为5℃/min;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例8:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:升温速率为10℃/min;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例9:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:升温速率为20℃/min;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例10:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:保持恒温2h;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例11:竹基生物炭填料的制备
制备方法同实施例1所述,所不同的是:保持恒温3h;其它条件和步骤与实施例1一致。
实施例12:吸附柱装置准备
吸附柱包括壳体1、进水口4、出水口6、取样阀7和蠕动泵5。所述的壳体1上设置进水口4和出水口6,壳体1内径5cm,蠕动泵5通过软管连接进水口,出水口上设置取样阀7。壳体1内部设有一级石英砂过滤填料3和二级生物炭吸附填料2,生物炭填料填充高度为15cm。
实施例13:吸附方法
利用实施例1中的助剂生物炭填料与实施例12所述的吸附柱装置。
浓度为50mg/L的亚甲基蓝(methylene blue)印染废水,调节其初始pH值,形成一系列不同pH的印染废水。通过蠕动泵的作用以20mL/min的速率进入吸附柱,自下而上通过一级石英砂过滤填料和二级生物炭吸附填料,处理时间为240min,处理后的废水再从出水口流出。通过取样阀取水样,采用紫外分光光度计进行浓度测定,从而监测出水口的水质。
当处理时间为240min往上时,吸附柱的吸附容量也趋于平衡,故本发明中的处理时间为240min。
结果如图3所示。
实施例14:吸附方法
利用实施例1中的助剂生物炭填料与实施例12所述的吸附柱装置。
吸附方法同实施例13所述,所不同的是:污染物为处于高盐环境下的亚甲基蓝印染废水,含盐质量分数为1%;其它条件和步骤与实施例13一致。
结果如图3所示。
实施例15:吸附方法
吸附方法同实施例13所述,所不同的是:速率为10mL/min;其它条件和步骤与实施例13一致。
实施例16:吸附方法
吸附方法同实施例13所述,所不同的是:速率为40mL/min;其它条件和步骤与实施例13一致。
实施例17:吸附方法
吸附方法同实施例13所述,所不同的是:速率为50mL/min;其它条件和步骤与实施例13一致。
实施例18:再生方法
本发明采用高温法对竹基生物炭进行再生,具体步骤如下:
(1)待吸附柱运行结束后,取出吸附柱内竹基生物炭填料,并用超纯水反复清洗,烘干后保存备用。
(2)将吸附印染废水后的竹基生物炭平摊于瓷舟中,随后置于管式炉中准备高温再生。通入氮气半小时以确保无氧环境,设置加热温度为800℃,升温速率为20℃/min,停留时间为90min。待结束后自然冷却至室温,收集再生后的竹基生物炭用于下一次吸附-脱附实验中,重复该循环三次。将每次实验对亚甲基蓝印染废水的去除率作为评价再生能力的指标。
结果如图4所示。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,包括壳体、进水口、出水口和蠕动泵;
所述壳体上设置进水口和出水口,蠕动泵与进水口连接,壳体内部设有一级石英砂过滤填料和二级生物炭吸附填料;
所述的二级生物炭吸附填料为竹基生物炭构成,竹基生物炭由竹质原料慢速裂解而成。
2.如权利要求1所述处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,出水口上设置有取样阀;
优选的,蠕动泵通过软管连接进水口。
3.如权利要求1所述处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,壳体内部的两端设有石英砂过滤填料、两端的石英砂过滤填料之间设有生物炭吸附填料。
4.如权利要求1所述处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,所述竹质原料为毛竹;
优选的,所述竹质原料为毛竹废料。
5.如权利要求1所述处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,竹基生物炭制备方法为将竹质原料清洗烘干并破碎过筛,得到竹质颗粒;
将竹质颗粒置于管式炉中热解,同时通入惰性气体以保证无氧环境;
设置预定的碳化温度,管式炉的升温速率一定,到预设温度后保持恒温一段时间,再冷却后取出,得到竹基生物炭。
6.如权利要求5所述处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,制备二级生物炭吸附填料时,所述的过筛为10~20目。
7.如权利要求5所述处理印染废水的竹基生物炭吸附柱,其特征在于,所述的碳化温度为400~800℃;
优选的,所述的升温速率为5~20℃/min;
优选的,保持恒温2~3h;
优选的,所述冷却为自然冷却到室温后取出。
8.一种处理印染废水的方法,其特征在于,利用权利要求1-7任一项所述的竹基生物炭吸附柱;
印染废水通过蠕动泵的作用以一定流动速率进入吸附柱,自下而上通过一级石英砂过滤填料和二级生物炭吸附填料,处理后的废水再从出水口流出。
9.如权利要求8所述处理印染废水的方法,其特征在于,保证进入吸附柱的印染废水的pH值在5-12之间。
10.如权利要求8所述处理印染废水的方法,其特征在于,蠕动泵控制印染废水在吸附柱内的流动速度为10~50mL/min。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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