公布日：2023.12.19
申請日：2023.10.19
分類號：C02F1/28(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)I;C02F1/461(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F9/00(2023.01)I;B01J20/24(2006.01)I;B01J20/
30(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及一種利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，所述磁分離廢水系統(tǒng)包括磁分離單元、配置于磁分離單元上游并與磁分離單元相連通的吸附反應單元，所述工藝包括如下步驟：步驟S1，采用具備COD吸附功能的磁性復合材料作為磁介質，并使磁介質與廢水在吸附反應單元內(nèi)混合，以利用磁介質吸附廢水中溶解的COD；步驟S2，將廢水繼續(xù)輸入磁分離單元中，采用磁分離工藝繼續(xù)處理廢水，至少去除廢水中的非溶解性污染物；本工藝，無需與現(xiàn)有的生化工藝聯(lián)合使用，既可以簡化現(xiàn)有工藝流程，又可以避免生化工藝所帶來的技術問題，可以有效去除非溶解性COD和溶解性COD，從而可以顯著降低出水COD含量，尤其適用于處理有機廢水。
權利要求書
1.一種利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，所述磁分離廢水系統(tǒng)包括磁分離單元，其特征在于，磁分離廢水系統(tǒng)還包括配置于磁分離單元上游并與磁分離單元相連通的吸附反應單元，所述工藝包括如下步驟：步驟S1，采用具備COD吸附功能的磁性復合材料作為磁介質，并使磁介質與廢水在吸附反應單元內(nèi)混合，以利用磁介質吸附廢水中溶解的COD；步驟S2，將廢水繼續(xù)輸入磁分離單元中，采用磁分離工藝繼續(xù)處理廢水，至少去除廢水中的非溶解性污染物。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，所述磁性復合材料采用的是Fe3O4@甲殼素N-脫乙酰基。
3.根據(jù)權利要求1所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，吸附反應單元包括吸附反應箱，所述吸附反應箱配置有若干相互串聯(lián)的吸附空腔，且位于最末尾的吸附空腔與磁分離單元相連通；所述步驟S1中，還包括使廢水和磁介質一起依次通過各吸附空腔，并在通過的過程中實現(xiàn)混合及完成對COD的吸附的步驟。
4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，所述磁分離單元包括磁混凝反應裝置及配置于磁混凝反應裝置下游并與磁混凝反應裝置相連通的磁分離設備，吸附反應單元與磁混凝反應裝置相連通，磁分離設備包括排泥端和排水端，所述步驟S2包括，S2.1，向磁混凝反應裝置內(nèi)混合磁介質后的廢水中投加適量藥劑，通過磁混凝反應在廢水中形成磁性絮體；S2.2，磁分離設備利用磁場分離廢水中的磁性絮體，以形成磁性污泥，磁性污泥經(jīng)由排泥端排出，分離磁性絮體后的水體經(jīng)由排水端排出。
5.根據(jù)權利要求4所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，所述磁分離設備采用的是超磁分離機或磁沉淀裝置；和/或，步驟S1中，磁介質與廢水在吸附反應單元內(nèi)的混合時間為15-30min；和/或，S2.1中，磁混凝反應裝置內(nèi)的磁混凝反應時間為3-5min；和/或，所述磁混凝反應裝置至少構造有相互連通的混凝腔和絮凝腔，吸附反應單元與混凝腔相連通，絮凝腔與磁分離設備相連通，所述步驟S2.1還包括向混凝腔內(nèi)投加適量混凝劑的步驟，及向絮凝腔內(nèi)投加適量絮凝劑的步驟。
6.根據(jù)權利要求4所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，所述磁分離廢水系統(tǒng)還包括配置于磁分離單元下游并與磁分離單元相連通的再生循環(huán)單元，所述工藝還包括，S3，利用再生循環(huán)單元承接磁分離單元分離出來的磁性污泥，并在堿性條件下使磁性污泥中吸附于磁性復合材料中的COD脫附，以還原和回收磁性復合材料，并將所回收的磁性復合材料投加到吸附反應單元中，實現(xiàn)循環(huán)。
7.根據(jù)權利要求6所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，所述再生循環(huán)單元包括一級磁回收裝置、第一投加裝置以及第一反應器，磁分離設備的排泥端與一級磁回收裝置相連通，一級磁回收裝置與第一反應器相連通，第一投加裝置與第一反應器相連通；所述步驟S3包括，S3.2，一級磁回收裝置承接磁分離單元分離出來的磁性污泥，并通過磁力從磁性污泥中分離磁性物質，將所分離出來的磁性物質輸入第一反應器；S3.3，利用第一投加裝置向第一反應器內(nèi)投加適量再生劑，再生劑包括至少一種堿性溶液，再生劑與磁性物質在第一反應器內(nèi)混合并反應，以使吸附于磁性復合材料中的COD脫附，還原磁性復合材料。
8.根據(jù)權利要求7所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，所述再生循環(huán)單元還包括二級磁回收裝置、第二投加裝置、第二反應器以及回流泵，二級磁回收裝置分別與第一反應器和第二反應器相連通，第二投加裝置與第二反應器相連通，第二反應器通過回流管道與吸附反應單元相連通，回流泵與回流管道相連通；所述S3還包括，S3.4，將第一反應器內(nèi)反應后的混合物輸入二級磁回收裝置，利用二級磁回收裝置內(nèi)的磁場分離混合物中的磁介質，并將分離出來的磁介質輸入第二反應器，S3.5，利用第二投加裝置向第二反應器內(nèi)投加適量中和劑，以中和S3.3中過量的再生劑，所述中和劑包括至少一種酸性溶液，S3.6，利用回流泵將第二反應器內(nèi)的磁介質投加到吸附反應單元中。
9.根據(jù)權利要求8所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，所述再生循環(huán)單元還包括第一解絮機，第一解絮機分別與磁分離設備的排泥端及一級磁回收裝置相連通；所述步驟S3還包括S3.1，利用第一解絮機對從排泥端輸送出來的磁性污泥進行物理破碎，物理破碎后的磁性污泥輸入一級磁回收裝置；和/或，所述再生循環(huán)單元還包括第二解絮機，第二解絮機分別與第一反應器及二級磁回收裝置相連通；所述步驟S3.4還包括將第一反應器內(nèi)反應后的混合物輸入第二解絮機，利用第二解絮機對混合物進行物理破碎，物理破碎后的混合物輸入二級磁回收裝置的步驟。
10.根據(jù)權利要求8所述的利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，其特征在于，所述磁分離廢水系統(tǒng)還包括后處理單元，所述后處理單元包括再生液池、電催化氧化裝置以及尾氣凈化裝置，所述再生液池與所述二級磁回收裝置相連通，用于承接分離磁介質后的廢液，再生液池通過管道與電催化氧化裝置相連通，且該管道連接有輸送泵，電催化氧化裝置與尾氣凈化裝置相連通，電催化氧化裝置用于將廢液中的COD降解為CO2和H2O，尾氣凈化裝置用于凈化電催化氧化裝置產(chǎn)生的尾氣；所述工藝還包括步驟S4，利用后處理單元對步驟3中所產(chǎn)生的廢液進行處理，以去除廢液中的COD，并凈化去除COD過程中所產(chǎn)生的尾氣。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一方面要解決現(xiàn)有磁分離工藝只能去除水體中的非溶解性污染物，無法去除水體中的溶解性COD等溶解性指標，導致利用磁分離工藝處理有機廢水后，出水COD含量較高的問題，提供了一種既可以去除水體中的懸浮物、TP非溶解性COD以及重金屬等污染物，又可以去除水體中溶解性COD的工藝，主要構思為：
一種利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，所述磁分離廢水系統(tǒng)包括磁分離單元，用于去除水體中的非溶解性污染物；
磁分離廢水系統(tǒng)還包括配置于磁分離單元上游并與磁分離單元相連通的吸附反應單元，所述工藝包括如下步驟：
S1，采用具備COD吸附功能的磁性復合材料作為磁介質，并使磁介質與廢水在吸附反應單元內(nèi)混合，以利用磁介質吸附廢水中溶解的COD；
S2，將廢水繼續(xù)輸入磁分離單元中，采用磁分離工藝繼續(xù)處理廢水，至少去除廢水中的非溶解性污染物。本方案中，通過采用具備COD吸附功能的磁性復合材料作為磁介質，使得磁介質不僅可以在磁分離單元中利用磁分離工藝除去廢水中的懸浮物、TP非溶解性COD以及重金屬等非溶解性污染物，而且可以在吸附反應單元中與廢水進行吸附反應，以便有效去除廢水中溶解的COD，從而使得本工藝可以通過一次處理過程，同時去除廢水中的溶解性COD污染物和非溶解性污染物，這樣一方面，無需與現(xiàn)有的生化工藝聯(lián)合使用，既可以簡化現(xiàn)有工藝流程，又可以避免生化工藝所帶來的技術問題，另一方面，可以顯著降低出水COD含量，尤其適用于處理有機廢水。此外，整個工藝過程中，吸附、分離的時間短，有利于提高污水處理效率。
為解決吸附容量高且易于再生的問題，優(yōu)選的，所述磁性復合材料采用的是Fe3O4@甲殼素N-脫乙�；�。Fe3O4@甲殼素N-脫乙酰基是利用Fe3O4和殼聚糖通過高溫水熱一步法合成的磁性殼聚糖復合材料，該磁性復合材料在實際吸附過程中發(fā)生的是非交聯(lián)反應，不會消耗自身的胺基，確保其活性，從而使得本磁性復合材料的吸附容量更高、吸附時間短、吸附效率高，而且易于再生，以便循環(huán)、重復利用，可以顯著提高經(jīng)濟性。
為提高COD的吸附效果，一些實施方式中，吸附反應單元包括吸附反應箱，所述吸附反應箱配置有若干相互串聯(lián)的吸附空腔，且位于最末尾的吸附空腔與磁分離單元相連通；所述S1中，使廢水和磁介質一起依次通過各吸附空腔，并在通過的過程中實現(xiàn)混合及完成對COD的吸附。
為進一步提高吸附效率和吸附效果，進一步的，所述吸附反應單元還包括配置于各吸附空腔內(nèi)的攪拌器。攪拌器不僅可以加速磁介質與廢水的混合，而且可以使磁介質與廢水充分、均勻的混合在一起，從而有利于磁介質與廢水中溶解的COD充分接觸，更利于吸附廢水中的COD。
為解決提高吸附效率的問題，優(yōu)選的，步驟S1中，磁介質與廢水在吸附反應單元內(nèi)的混合時間為15-30min。
優(yōu)選的，所述磁分離單元包括磁混凝反應裝置及配置于磁混凝反應裝置下游并與磁混凝反應裝置相連通的磁分離設備，吸附反應單元與磁混凝反應裝置相連通，磁分離設備包括排泥端和排水端，所述S2包括，
S2.1，向磁混凝反應裝置內(nèi)混合磁介質后的廢水中投加適量藥劑，通過磁混凝反應在廢水中形成磁性絮體；
S2.2，磁分離設備利用磁場分離廢水中的磁性絮體，以形成磁性污泥，磁性污泥經(jīng)由排泥端排出，分離磁性絮體后的水體經(jīng)由排水端排出。
優(yōu)選的，所述磁分離設備采用的是超磁分離機或磁沉淀裝置。
優(yōu)選的，步驟S2.1中，所投加的藥劑為混凝劑和/或絮凝劑。
為解決提高混凝效果和效率的問題，優(yōu)選的，步驟S2.1中，磁混凝反應裝置內(nèi)的磁混凝反應時間為3-5min。
優(yōu)選的，所述磁混凝反應裝置至少構造有相互連通的混凝腔和絮凝腔，吸附反應單元與混凝腔相連通，絮凝腔與磁分離設備相連通，所述S2.1還包括向混凝腔內(nèi)投加適量混凝劑的步驟，及向絮凝腔內(nèi)投加適量絮凝劑的步驟。
為解決提高本工藝經(jīng)濟性的問題，一些實施方式中，所述磁分離廢水系統(tǒng)還包括配置于磁分離單元下游并與磁分離單元相連通的再生循環(huán)單元，所述工藝還包括，
S3，利用再生循環(huán)單元承接磁分離單元分離出來的磁性污泥，并在堿性條件下使磁性污泥中吸附于磁性復合材料中的COD脫附，以還原和回收磁性復合材料，并將所回收的磁性復合材料投加到吸附反應單元中，實現(xiàn)循環(huán)。利用再生循環(huán)單元從磁性污泥中分離、還原和回收磁性復合材料，并將所回收的磁性復合材料投加到吸附反應單元中循環(huán)利用，可以顯著減低運行成本，具有更好的經(jīng)濟性。
本發(fā)明第二方面要解決低成本、高效還原和再生磁介質的問題，進一步的，所述再生循環(huán)單元包括一級磁回收裝置、第一投加裝置以及第一反應器，磁分離設備的排泥端與一級磁回收裝置相連通，一級磁回收裝置與第一反應器相連通，第一投加裝置與第一反應器相連通；所述S3包括，
S3.2，一級磁回收裝置承接磁分離單元分離出來的磁性污泥，并通過磁力從磁性污泥中分離磁性物質，將所分離出來的磁性物質輸入第一反應器；
S3.3，利用第一投加裝置向第一反應器內(nèi)投加適量再生劑，再生劑包括至少一種堿性溶液，再生劑與磁性物質在第一反應器內(nèi)混合并反應，以使吸附于磁性復合材料中的COD脫附，還原磁性復合材料。在本方案中，通過在再生循環(huán)單元內(nèi)配置一級磁回收裝置，可以利用一級磁回收裝置達到分離磁性污泥中磁性物質和污泥的目的，以便后續(xù)單獨對所分離出來的磁性物質進行處理，避免了污泥的干擾，一方面有利于降低再生劑的投加量，從而有利于降低成本，另一方面使得再生劑與磁性物質可以更充分的接觸和反應，從而有利于高效還原和再生磁介質。此外，通過將再生劑配置堿性，使得COD可以在堿性條件下與磁性復合材料脫附，達到還原磁介質的目的，使得磁介質重新具備吸附COD的功能，以便磁介質重復、循環(huán)使用。
為解決提高磁性污泥中磁介質回收率的問題，進一步的，所述再生循環(huán)單元還包括第一解絮機，第一解絮機分別與磁分離設備的排泥端及一級磁回收裝置相連通；所述S3還包括S3.1，利用第一解絮機對從排泥端輸送出來的磁性污泥進行物理破碎，物理破碎后的磁性污泥輸入一級磁回收裝置。在本方案中，先將磁性污泥進行物理破碎，可以打散磁性污泥中的磁性絮體，以便在一級磁回收裝置中更好的分離磁性污泥內(nèi)的磁介質及污泥，可以顯著提高磁性污泥中磁介質的回收率，并可以降低污泥中所殘留磁性物質的含量，既有利于降低運行成本，又有利于節(jié)能環(huán)保。
優(yōu)選的，所述再生劑包括NaOH溶液。
為便于定量投加再生劑，優(yōu)選的，所述第一投加裝置包括用于配置和/或儲存再生劑的容器、以及投加泵，所述容器通過管道與第一反應器相連通，投加泵與該管道相連通。以便利用投加泵向第一反應器內(nèi)輸送定量的再生劑。
優(yōu)選的，所述第一反應器與一級磁回收裝置為一體結構。
優(yōu)選的，所述第一解絮機與一級磁回收裝置為一體結構。
為便于再生磁介質，優(yōu)選的，所述第一反應器構造有用于提供反應場所的反應腔，第一投加裝置和一級磁回收裝置分別與該反應腔相連通，反應腔內(nèi)配置有攪拌器。以便利用攪拌器使再生劑與磁性物質充分接觸并反應。
本發(fā)明第三方面要解決獲得純凈磁介質的問題，進一步的，所述再生循環(huán)單元還包括二級磁回收裝置、第二投加裝置、第二反應器以及回流泵，二級磁回收裝置分別與第一反應器和第二反應器相連通，第二投加裝置與第二反應器相連通，第二反應器通過回流管道與吸附反應單元相連通，回流泵與回流管道相連通；所述S3還包括，
S3.4，將第一反應器內(nèi)反應后的混合物輸入二級磁回收裝置，利用二級磁回收裝置內(nèi)的磁場分離混合物中的磁介質，并將分離出來的磁介質輸入第二反應器，
S3.5，利用第二投加裝置向第二反應器內(nèi)投加適量中和劑，以中和S3.3中過量的再生劑，所述中和劑包括至少一種酸性溶液，
S3.6，利用回流泵將第二反應器內(nèi)的磁介質投加到吸附反應單元中。本方案中，通過配置二級磁回收裝置，可以與一級磁回收裝置形成配合，以便對再生后的磁介質進行清洗和回收，并通過投加中和劑來中和S3.3中過量的再生劑，獲得純凈的磁介質，最后利用回流泵實現(xiàn)磁介質的循環(huán)利用，采用這樣的設計，不僅不會向廢水中引入新的污染物，而且由于回流的僅僅是磁介質，從而有利于精確控制向吸附反應單元內(nèi)所投加的磁介質的量，有利于提高出水效果。
為解決提高混合物中磁介質回收率的問題，進一步的，所述再生循環(huán)單元還包括第二解絮機，第二解絮機分別與第一反應器及二級磁回收裝置相連通；所述S3.4還包括將第一反應器內(nèi)反應后的混合物輸入第二解絮機，利用第二解絮機對混合物進行物理破碎，物理破碎后的混合物輸入二級磁回收裝置的步驟。在本方案中，先將混合物進行物理破碎，可以打散混合物中的磁介質，以便在二級磁回收裝置中更好的分離混合物內(nèi)的磁介質，可以顯著提高混合物中磁介質的回收率，并可以降低污泥中所殘留磁性物質的含量，既有利于降低運行成本，又有利于節(jié)能環(huán)保。
優(yōu)選的，所述中和劑包括H2SO4溶液或HCl溶液。
為便于定量投加中和劑，優(yōu)選的，所述第二投加裝置包括用于配置和/或儲存中和劑的容器、以及投加泵，所述容器通過管道與第二反應器相連通，投加泵與該管道相連通。以便利用投加泵向第二反應器內(nèi)輸送定量的中和劑。
優(yōu)選的，所述第二反應器與二級磁回收裝置為一體結構，和/或，所述第二解絮機與二級磁回收裝置為一體結構。
為便于再生磁介質，優(yōu)選的，所述第二反應器構造有用于提供反應場所的反應腔，第二投加裝置、二級磁回收裝置以及回流泵分別與該反應腔相連通，反應腔內(nèi)配置有攪拌器。以便利用攪拌器使中和劑與磁性物質充分接觸并反應。
本發(fā)明第四方面要解決提高本工藝環(huán)保和安全性的問題，一些實施方式中，所述磁分離廢水系統(tǒng)還包括后處理單元，所述后處理單元包括再生液池、電催化氧化裝置以及尾氣凈化裝置，所述再生液池與所述二級磁回收裝置相連通，用于承接分離磁介質后的廢液，再生液池通過管道與電催化氧化裝置相連通，且該管道連接有輸送泵，電催化氧化裝置與尾氣凈化裝置相連通，電催化氧化裝置用于將廢液中的COD降解為CO2和H2O，尾氣凈化裝置用于凈化電催化氧化裝置產(chǎn)生的尾氣；所述工藝還包括步驟S4，利用后處理單元對步驟3中所產(chǎn)生的廢液進行處理，以去除廢液中的COD，并凈化去除COD過程中所產(chǎn)生的尾氣。廢液中含有高濃度的COD，通過設置電催化氧化裝置，可以利用電催化氧化裝置將高濃度COD降解為沒有環(huán)境污染的CO2和H2O，由于廢液中通常存在少量的氯離子，在電催化氧化的過程中會產(chǎn)生Cl2，因此，通過設置尾氣凈化裝置可以有效去除Cl2，達到凈化尾氣的目的。
優(yōu)選的，所述步驟S4包括S4.1，將二級磁回收裝置中分離磁介質后的廢液輸入再生液池，并利用輸送泵將再生液池內(nèi)的廢液輸入電催化氧化裝置；
S4.2，電催化氧化裝置通過電催化氧化的方式將廢液中的COD降解為CO2和H2O，并將該過程所產(chǎn)生的尾氣輸入尾氣凈化裝置，剩余液體另行排放，
S4.3，尾氣凈化裝置內(nèi)有凈化水，將尾氣穿過凈化水，使得尾氣中的Cl2溶于水并形成含氯液，含氯液排放至出水端。既可以去除廢液中的COD，又可以去除尾氣中的Cl2。
為便于處理污泥，進一步的，所述磁分離廢水系統(tǒng)還包括污泥脫水單元，所述污泥脫水單元包括污泥池和污泥脫水裝置，污泥池通過管道與污泥脫水裝置相連通，且該管道連接有輸送泵，污泥脫水裝置用于對污泥脫水，一級磁回收裝置與污泥池相連通，用于將一級磁回收裝置中分離磁性物質后的污泥輸入污泥池，電催化氧化裝置與污泥池相連通，用于將電催化氧化裝置中分離尾氣后的剩余液體輸入污泥池。通過設置污泥脫水單元，可以對整個工藝過程所產(chǎn)生的污泥統(tǒng)一進行脫水處理，便于污泥的后續(xù)處理，且有利于提高經(jīng)濟性。
與現(xiàn)有技術相比，使用本發(fā)明提供的一種利用磁分離廢水系統(tǒng)處理有機廢水工藝，無需與現(xiàn)有的生化工藝聯(lián)合使用，既可以簡化現(xiàn)有工藝流程，又可以避免生化工藝所帶來的技術問題，可以有效去除非溶解性COD和溶解性COD，從而可以顯著降低出水COD含量，尤其適用于處理有機廢水。
（發(fā)明人：肖波;吉青青;楊濤;易洋;王哲曉;黃光華）
