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动态吸附净化水中重金属离子的方法专利

专利号:201510086079.9

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专利名称:动态吸附净化水中重金属离子的方法

技术领域:水/废水/污泥的处理

IPC主分类号:C02F1/28

申请号:CN201510086079.9

公开日:2015-05-13

说明书

一种动态吸附净化水中重金属离子的方法

技术领域

[0001] 本发明属于废物资源化利用和水处理技术领域,特别涉及一种动态吸附净化水中重金属离子的方法。

背景技术

[0002] 水是人类赖以生存资源之一,它与社会的可持续发展息息相关。如今,人类对环境的肆意破坏严重影响地球自然的生态系统,以砷、铬和锑为代表的重金属/类重金属水污染情况尤为突出。目前水中重金属的去除方法主要有化学沉淀法、电浮选法、离子交换法、膜分离法和吸附法,其中吸附法由于其具有见效快、可再生回收、二次污染几率低等优点而备受重视。
[0003] 常见水体重金属吸附净化法为静态吸附,静态吸附法处理重金属存在吸附后固液分离困难的缺点,且难以对吸附材料进行收集以及解吸回收再利用。
[0004] 动态吸附净化法可以利用优秀且吸附速度较快的吸附剂进行快速动态吸附净化水体污染物,不仅能截留水中的各种悬浮物,而且表面的氧化物通过非离子交换吸附和离子交换吸附,能有效地去除水中的重金属离子,吸附剂可以再生循环使用。
[0005] 目前,最常用的吸附剂有活性碳和改性纤维素等,但是大多吸附剂因成本高、生产工艺复杂或吸附效果受吸附剂颗粒的细化程度较大,动态吸附技术的关键在于吸附剂的选择与使用。国内外的研究者们已在尝试以不同的吸附材料作为吸附剂开展动态吸附研究。以桉树遗态结构Fe/C复合吸附剂为代表的植物遗态结构多孔重金属吸附剂由于其特殊的内部结构的三维网络连通性,块状吸附剂也具有优秀的比表面积性能。以此为基础,科学确定流动相的流量控制,开发出一种固定相高效动态吸附净化水体中重金属离子方法,对提升水体重金属污染应急处置,河流湖泊水体的重金属微量污染治理有及其重要的意义。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种动态吸附净化水中重金属离子的方法。
[0007] 本发明的思路:采用吸附剂为固定相的水体流动控制技术,通过巧妙的固定相过滤柱设计,方便有效控制获取高效的动态吸附条件,集成一种动态吸附净化水中重金属离子的技术方法,为重金属污染应急处置、河流湖泊重金属微污染有效高效治理提供一种新方法、新途径。
[0008] 具体步骤为:(1)设置一种净化水中重金属离子的装置,包括待处理液pH值自动调节系统、待处理液定量定速提升系统、反应温度控制系统、固定相动态吸附反应系统和处理出水收集系统,上述系统依次设置,且均安装在固定支架台上。
[0009] 所述待处理液pH值自动调节系统由酸液缸、碱液缸、pH值调节控制器和pH值探头组成;设定所需pH值,pH值探头实时测量值与其对比,若pH值探头实测pH值低于设定值,则酸液缸的蠕动泵头启动,加入弱酸调节待处理液的pH值,同理,若pH值探头实测pH值低于设定值,则碱液缸的蠕动泵头启动,加入弱碱调节待处理液的pH值。
[0010] 所述待处理液定量定速提升系统由待处理液集水池和进水蠕动泵组成,进水蠕动泵能够根据处理要求设定进水的水速水量,并能够实现定时启动、定时关闭和定时变速,以最终实现对处理速度的精确控制。
[0011] 所述反应温度控制系统由温度探头、温度控制器、水下加热器和温度控制水热提升系统组成,温度控制水热提升系统采用上流式温水浸没的方式实现多功能过滤柱中固定相过滤管的吸附反应环境温度控制,当温度达到需要水平时,水下加热器自动关闭,自然冷却降温,通过反复升温和降温达到有效控制温度的目的,该系统能够通过温水回流保证热能的回收利用,减少温度控制的加热能耗,降低运行成本。
[0012] 所述固定相动态吸附反应系统为动态吸附净化水中重金属离子的主体反应器,由固定支架、多功能过滤柱、固定相过滤管和吸附剂固定系统组成,固定支架由一根铁杆以及多个固定夹子组成,其功能为固定多功能过滤柱、固定相过滤管、吸附剂固定系统及附属线管;吸附剂固定系统由两组与固定相过滤管内管口径一致的纤维网、生胶垫圈和已开孔的旋钮阀门组成,将固定相过滤管上下封堵,实现对粉末状、颗粒状、块状吸附剂的固定作用,有效封堵动态吸附过程中吸附剂的流失;多功能过滤柱由直径20mm和直径10mm的同心圆柱组成,长度均为150mm,两个同心圆柱间的空隙通过3mm的进出口分别与温度控制储水箱和温度控制水热提升系统相连,并通过两个同心圆柱间的空隙里的上流温水对安装在固定支架上的多功能过滤柱中的反应温度进行调节。
[0013] 所述处理出水收集系统包括处理出水集水池,其为定量收集出水液的混合池,同时能够定时收集并混合出水样品,以便供测试取样。
[0014] (2)步骤(1)设置的净化水中重金属离子的装置在动态吸附净化过程中,进水方式采用上流式,以保证吸附剂在动态吸附过程中悬浮于多功能过滤柱的内柱中,且能充分利用固相接触时间,有效提高动态吸附的效果,吸附剂固定系统固定在多功能过滤柱的两端,两头均布置纤维网以及垫圈,两头均可以方便取出,利于吸附剂、滤膜的更换和清洗。
[0015] (3)步骤(1)设置的净化水中重金属离子的装置的主体反应区在多功能过滤柱的内柱,其动态吸附效果由吸附剂的快速吸附能力决定,吸附剂为植物遗态结构的改性重金属吸附剂,充分利用植物遗态的多孔结构,吸附剂为粉状或块状,当为块状吸附剂开展动态吸附时,能提高动态吸附装置的吸附剂回收利用以及清洗更新。
[0016] (4)待处理液中的重金属离子在流经步骤(3)设置的装置的过程中通过与吸附剂发生接触吸附,从而截留污染物在吸附剂上,处理后液体继续上流出多功能过滤柱至处理出水集水池,即实现动态吸附净化水中重金属离子。
[0017] 采用本发明对主要污染物为重金属离子的河流水、湖泊水等进行微污染处理,在取得高效重金属离子去除效果外,同时具有一定的污染事故应急功能,另外,该发明方法具有装置运行过程稳定、低能耗和运行成本低廉等优点。

附图说明

[0018] 图1为本发明中所用净化水中重金属离子装置的结构示意图。
[0019] 图中标记:1-待处理液pH值自动调节系统;2-待处理液定量定速提升系统;3-反应温度控制系统;4-固定相动态吸附反应系统;5-处理出水收集系统;6-固定支架台;7-酸液缸;8-碱液缸;9-pH值调节控制器;10-pH值探头;11-待处理液集水池;12-进水蠕动泵;13-多功能过滤柱;14-固定相过滤管;15-吸附剂固定系统;16-处理出水集水池;
17-温度控制器;18-温度探头;19-水下加热器;20-放空阀;21-温度控制储水箱;22-温度控制水热提升系统;23-固定支架。
[0020] 图2为本发明实施例中不同温度下对砷吸附的动态吸附穿透曲线。

具体实施方式

[0021] 实施例:(1)设置一种净化水中重金属离子的装置,如图1所示,包括待处理液pH值自动调节系统1、待处理液定量定速提升系统2、反应温度控制系统3、固定相动态吸附反应系统4和处理出水收集系统5,上述系统依次设置,且均安装在固定支架台6上。
[0022] 所述待处理液pH值自动调节系统1由酸液缸7、碱液缸8、pH值调节控制器9和pH值探头10组成;设定所需pH值,pH值探头10实时测量值与其对比,若pH值探头10实测pH值低于设定值,则酸液缸7的蠕动泵头启动,加入弱酸调节待处理液的pH值,同理,若pH值探头10实测pH值低于设定值,则碱液缸8的蠕动泵头启动,加入弱碱调节待处理液的pH值。
[0023] 所述待处理液定量定速提升系统2由待处理液集水池11和进水蠕动泵12组成,进水蠕动泵12能够根据处理要求设定进水的水速水量,并能够实现定时启动、定时关闭和定时变速,以最终实现对处理速度的精确控制。
[0024] 所述反应温度控制系统3由温度探头18、温度控制器17、水下加热器19和温度控制水热提升系统22组成,将所需温度的水存储于设置了放空阀20的温度控制储水箱21中,以供温度控制水热提升系统22使用,温度控制水热提升系统22采用上流式温水浸没的方法实现多功能过滤柱13中固定相过滤管14的吸附反应环境温度控制,当温度达到需要水平时,水下加热器19自动关闭,自然冷却降温,通过反复升温和降温达到有效控制温度的目的,该系统能够通过温水回流保证热能的回收利用,减少温度控制的加热能耗,降低运行成本。
[0025] 所述固定相动态吸附反应系统4为动态吸附净化水体重金属离子的主体反应器,由固定支架23、多功能过滤柱13、固定相过滤管14和吸附剂固定系统15组成,固定支架23由一根铁杆以及多个固定夹子组成,其功能为固定多功能过滤柱13、固定相过滤管14、吸附剂固定系统15及附属线管;吸附剂固定系统15由两组与固定相过滤管14内管口径一致的纤维网、生胶垫圈和已开孔的旋钮阀门组成,将固定相过滤管14上下封堵,实现对粉末状、颗粒状、块状吸附剂的固定作用,有效封堵动态吸附过程中吸附剂的流失;多功能过滤柱13由直径20mm和直径10mm的同心圆柱组成,长度均为150mm,两个同心圆柱间的空隙通过3mm的进出口分别与温度控制储水箱21和温度控制水热提升系统22相连,并通过两个同心圆柱间的空隙里的上流温水对安装在固定支架23上的多功能过滤柱13中的反应温度进行调节。
[0026] 所述处理出水收集系统5包括处理出水集水池16,其为定量收集出水液的混合池,同时能够定时收集并混合出水样品,以便供测试取样。
[0027] (2)步骤(1)设置的净化水中重金属离子的装置在动态吸附净化过程中,进水方式采用上流式,以保证吸附剂在动态吸附过程中悬浮于多功能过滤柱13的内柱中,且能充分利用固相接触时间,有效提高动态吸附的效果,吸附剂固定系统15固定在多功能过滤柱13的两端,两头均布置纤维网以及垫圈,两头均方便取出,利于吸附剂、滤膜的更换和清洗。
[0028] (3)步骤(1)设置的净化水中重金属离子的装置的主体反应区在多功能过滤柱13的内柱,其动态吸附效果由吸附剂的快速吸附能力决定,吸附剂为植物遗态结构的改性重金属吸附剂,充分利用植物遗态的多孔结构。
[0029] (4)待处理液中的重金属离子在流经步骤(3)设置的装置的过程中通过与吸附剂发生接触吸附,从而截留污染物在吸附剂上,处理后液体继续上流出多功能过滤柱13至处理出水集水池16,即实现动态吸附净化水中重金属离子。
[0030] 本实施例中使用0.01mol/L的稀盐酸和0.01mol/L的氢氧化钠稀溶液作为pH值的调节剂,设定待处理液的pH值为3,待处理液为初始浓度20mg/L的砷溶液,待处理溶液集水池11的长×宽×高=100mm×100mm×200mm,溶液能够随时添加;设定进水蠕动泵12提升待处理液的流速为5.14mL/min,吸附剂选择桉树遗态Fe/C复合材料,粒径<100目装填于多功能过滤柱13内,多功能过滤柱13的高度为150mm,直径为30mm。
[0031] 设定温度T分别为25℃、35℃和45℃开展3个平行试验,经过300分钟左右的实验,获取了完整的动态吸附穿透曲线,如图2所示。在25℃时桉树遗态Fe/C复合材料对水中As(V)的吸附能力相对35℃和45℃时低。在三个温度下,吸附柱达到穿透点的时间分别为98min、113min和135min,达到衰竭点的时间分别为245min、271min和280min,平衡吸附量分别为10.52mg/g、12.13mg/g和12.72mg/g。
[0032] 以上所述,仅是本发明方法的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属本发明技术方案的保护范围。

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