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      一種利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置制造方法

      文檔序號(hào):4858752閱讀:410來源:國知局
      一種利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置制造方法
      【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,包括主體、進(jìn)水單元、復(fù)合除砷單元、初步分離單元、出水單元、再生和回流單元;所述進(jìn)水單元設(shè)于主體上部,所述進(jìn)水單元包括進(jìn)水管以及與進(jìn)水管連通的磁性殼聚糖和鐵粉投加口;所述復(fù)合除砷單元設(shè)于主體中部,并設(shè)置有非金屬攪拌裝置;所述初步分離單元設(shè)于主體下部,包括分離裝置以及設(shè)于分離裝置上的濾膜和濾膜下方的脈沖氣洗裝置;所述出水單元與分離單元直接連接。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、使用方便、運(yùn)行靈活、適用范圍廣,可較好地保障地下水中砷的去除效果及整體出水水質(zhì),具有較好的推廣應(yīng)用前景。
      【專利說明】一種利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域,特別涉及一種利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝 置。

      【背景技術(shù)】
      [0002] 通過飲用水途徑攝入過量的砷后而導(dǎo)致的砷中毒,是世界范圍內(nèi)普遍存在的嚴(yán)重 問題。而中國的地下水砷污染問題更加突出,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前涉及人口 2000余萬。
      [0003] 殼聚糖作為由天然材料所衍生的一種水處理材料近期廣受關(guān)注,除砷是其一個(gè)重 要的應(yīng)用研宄領(lǐng)域。殼聚糖對(duì)砷化物的去除效果與其表面的氨基含量具有直接的比例關(guān) 系,而可利用氨基的數(shù)量與殼聚糖顆粒的表面積成正比例關(guān)系。因此為強(qiáng)化其對(duì)水中砷的 去除效能,常常采用降低殼聚糖粒徑增加其比表面積的方式,很多情況下需要采用納米的 殼聚糖顆粒來強(qiáng)化砷的去除。然而納米級(jí)殼聚糖在實(shí)際應(yīng)用中存在的最大問題是后續(xù)分離 的問題。
      [0004] 磁性殼聚糖作為近期發(fā)展起來的一種新型殼聚糖應(yīng)用形式受到廣泛關(guān)注,為提升 其去除效果也常采用納米級(jí)顆粒,其同樣存在分離困難的問題,需要一種新型的分離方法。 此外,在處理效能上尚需進(jìn)一步強(qiáng)化。
      [0005] 針對(duì)目前殼聚糖去除地下水中砷的基本現(xiàn)狀,需要研發(fā)一種新型基于磁性殼聚糖 除砷材料的強(qiáng)化除砷裝置,同時(shí)有利于納米磁性殼聚糖的有效分離。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006] 發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供一種除砷效果好、易于分離納米磁性殼聚糖的 復(fù)合除砷的裝置。
      [0007] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,包括 主體、進(jìn)水單元、復(fù)合除砷單元、初步分離單元、出水單元、再生和回流單元;所述進(jìn)水單元 設(shè)于主體上部,所述進(jìn)水單元包括進(jìn)水管以及與進(jìn)水管連通的磁性殼聚糖和鐵粉投加口; 所述復(fù)合除砷單元設(shè)于主體中部,并設(shè)置有非金屬攪拌裝置;所述初步分離單元設(shè)于主體 下部,包括分離裝置以及設(shè)于分離裝置上的濾膜和濾膜下方的脈沖氣洗裝置;所述出水單 元與分離單元直接連接。
      [0008] 作為改進(jìn),所述復(fù)合除砷單元中,水力停留時(shí)間控制在30min?2h ;投加的磁性殼 聚糖和鐵粉的質(zhì)量比為1 :1?5:1,且磁性殼聚糖和鐵粉的總濃度為l-10g/L。
      [0009] 作為另一種改進(jìn),所述非金屬攪拌裝置由PVC或非鐵質(zhì)材料制成。
      [0010] 作為另一種改進(jìn),分離裝置為平行設(shè)置的2組以上孔徑為2-50 μ m的平面網(wǎng)狀截 留裝置,且每組截留裝置呈傾斜設(shè)置,傾斜角為100?150°。
      [0011] 作為另一種改進(jìn),脈沖氣洗裝置的氣洗強(qiáng)度為l〇-30L/m2.s、脈沖周期設(shè)置為 IOs ?IOmin0
      [0012] 作為另一種改進(jìn),初步分離單元的頂部設(shè)有電磁閥。
      [0013] 作為另一種改進(jìn),所述出水單元為L形彎管,其底部分別設(shè)置出水口和進(jìn)氣口,其 內(nèi)部填充粒徑10-30目的鐵粉作為濾層,濾層厚度為0. 2-0. 5m,濾速為3-8m/h。
      [0014] 作為另一種改進(jìn),還包括再生和回流單元,包括依次鏈接的儲(chǔ)存罐和再生罐,與主 體相對(duì)獨(dú)立設(shè)置;主體中部自上而下依次設(shè)有進(jìn)料管和廢料管,分別與再生和回流單元的 儲(chǔ)存罐和再生罐連接。
      [0015] 本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置除砷的方法,包括以下步驟:將磁性殼聚糖、鐵 粉和待處理水通入進(jìn)水單元中,在進(jìn)水單元中混合后進(jìn)入復(fù)合除砷單元,在復(fù)合除砷單元 內(nèi)混合后,鐵粉、納米磁性殼聚糖等物質(zhì)充分粘附在一起,形成較大的、易截留的顆粒,經(jīng) 初步分離單元分離后,再經(jīng)出水單元中的濾層過濾,待處理水經(jīng)出水單元的濾層過濾后流 出。
      [0016] 有益效果:本發(fā)明提供的組合除砷裝置結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、使用方便、運(yùn)行靈 活、適用范圍廣,可較好地保障地下水中砷的去除效果及整體出水水質(zhì),具有較好的推廣應(yīng) 用前景。
      [0017] 具體而言,本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下突出的優(yōu)勢(shì):
      [0018] (1)本發(fā)明裝置除砷效果好、易于分離納米磁性殼聚糖。一方面,本發(fā)明通過采用 具磁性的納米級(jí)殼聚糖顆粒作為基本的除砷材料,從而較好地保障了砷的去除效果;另一 方面,本發(fā)明又創(chuàng)新性地將鐵粉引入到系統(tǒng)中,使鐵粉、納米磁性殼聚糖等物質(zhì)充分粘附在 一起,形成較大的、易截留的顆粒,便于本發(fā)明裝置初步分離單元的高效分離并可確保其截 留效能;同時(shí),鐵粉的加入在改善殼聚糖分離效果的同時(shí),可以有效利用磁性殼聚糖的磁性 來改善零價(jià)鐵對(duì)砷的去除效果,進(jìn)一步強(qiáng)化裝置的整體處理效能,改善裝置出水。
      [0019] (2)該裝置的納米磁性殼聚糖除砷單元中采用攪拌單元來進(jìn)行系統(tǒng)的攪拌,從而 在保證攪拌效果的同時(shí),并可通過周期性的改變轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)水流對(duì)零價(jià)鐵表面的沖擊作 用,及時(shí)將表面形成的物質(zhì)剝離,從而保持零價(jià)鐵的高效除砷能力,可在一定程度上強(qiáng)化水 中砷的去除效果。
      [0020] (3)該裝置的初步分離單元根據(jù)顆粒粒徑所優(yōu)選的截留孔徑范圍設(shè)定,可有效保 障其對(duì)納米殼聚糖、鐵粉所形成的粘結(jié)體的截留效能,同時(shí)可保證其基本的過水能力;初步 分離單元所設(shè)置的濾布或?yàn)V膜可設(shè)置成裝卸型以利于及時(shí)的更換;分離單元下方設(shè)置的脈 沖氣沖洗裝置可及時(shí)地將粘附于初步過濾單元濾膜上的顆粒沖洗掉并重新回到砷去除單 元中,并可顯著降低氣沖所帶來的能耗。
      [0021] (4)該裝置的出水單元中根據(jù)磁性殼聚糖顆粒的基本特性,設(shè)置了鐵粉過濾單元, 從而可以進(jìn)一步降低出水中納米級(jí)二氧化鈦出現(xiàn)的幾率,有效規(guī)避了納米材料應(yīng)用中所帶 來的健康風(fēng)險(xiǎn);出水單元中針對(duì)鐵粉過濾層的反沖洗裝置的設(shè)置巧妙地利用所設(shè)置電磁閥 的開閉來實(shí)現(xiàn)濾層內(nèi)截留納米殼聚糖的重新回流至砷去除主體單元中,又可利用反沖洗后 段較清潔的水、氣來實(shí)現(xiàn)分離單元中濾膜的沖洗。
      [0022] (5)該裝置可通過調(diào)節(jié)再生和回流的比例來調(diào)整裝置對(duì)砷的處理效果,對(duì)于水質(zhì) 變化較大的原水具有較好的適應(yīng)性。
      [0023] (6)該裝置的再生單元通過連續(xù)的將使用后的磁性殼聚糖和鐵粉同步進(jìn)行再生過 程,達(dá)到對(duì)磁性殼聚糖和鐵粉的同步再生,從而確保系統(tǒng)整體的去除效果。
      [0024] (7)該裝置的初步分離單元中創(chuàng)新性地將濾膜傾斜設(shè)置,從而即避免了水平設(shè)置 時(shí)水流方向與截留物質(zhì)滑落方向截然相反,容易出現(xiàn)濾膜堵塞,過膜壓力急劇增加的缺陷, 又可充分濾膜下部的脈沖曝氣裝置將截留物質(zhì)沖洗回主體溶液,還可以對(duì)除砷單元中的水 流方向起到引導(dǎo)的作用,從而確保了整個(gè)裝置的順利運(yùn)行。

      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0025] 圖1為本發(fā)明利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0026] 具體實(shí)施方
      [0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置做出進(jìn)一步 說明。
      [0028] 利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,見圖1,包括主體1、進(jìn)水單元2、復(fù) 合除砷單元3、初步分離單元4、出水單元5、再生和回流單元6。
      [0029] 進(jìn)水單元2設(shè)于主體1上部,進(jìn)水單元包括進(jìn)水管21以及與進(jìn)水管21連通的磁 性殼聚糖和鐵粉投加口 22。
      [0030] 復(fù)合除砷單元3設(shè)于主體1中部,并設(shè)置有非金屬攪拌裝置31 ;非金屬攪拌裝置 31由PVC或非鐵質(zhì)材料制成。
      [0031] 初步分離單元4設(shè)于主體1下部,包括分離裝置41以及設(shè)于分離裝置41上的濾 膜42和濾膜下方的脈沖氣洗裝置43 ;初步分離單元4的頂部設(shè)有電磁閥44。
      [0032] 出水單元5與分離單元4直接連接;出水單元5為L形彎管,其底部分別設(shè)置出水 口和進(jìn)氣口,其內(nèi)部填充粒徑10-30目的鐵粉作為濾層。
      [0033] 還包括再生和回流單元6,包括依次鏈接的儲(chǔ)存罐和再生罐,與主體1相對(duì)獨(dú)立設(shè) 置;主體1中部自上而下依次設(shè)有進(jìn)料管13和廢料管14,分別與再生和回流單元6的儲(chǔ)存 罐和再生罐連接。
      [0034] 該裝置在使用時(shí),主要包括以下步驟:
      [0035] (1)將磁性殼聚糖、鐵粉和待處理水通入進(jìn)水單元2中,在進(jìn)水單元2中混合后進(jìn) 入復(fù)合除砷單元3,在復(fù)合除砷單元3內(nèi)混合后,鐵粉、納米磁性殼聚糖等物質(zhì)充分粘附在 一起,形成較大的、易截留的顆粒,經(jīng)初步分離單元4分離后,再經(jīng)出水單元5中的濾層過 濾,待處理水經(jīng)出水單元5的濾層過濾后流出。;
      [0036] (2)復(fù)合除砷單元3內(nèi)的磁性殼聚糖、鐵粉混合顆粒經(jīng)廢料管流到再生單元內(nèi),經(jīng) 過5-10%氫氧化鈉溶液再生、清洗干凈后,轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)存罐,并通過泵將再生后混合顆粒回流 至復(fù)合除砷單元3內(nèi)。經(jīng)過連續(xù)的再生、回流保持系統(tǒng)對(duì)砷的高效去除。
      [0037] 為驗(yàn)證該裝置的效能,在內(nèi)蒙古利用某水廠實(shí)際原水進(jìn)行了相關(guān)的效能驗(yàn)證。試 驗(yàn)期間的水質(zhì)情況如表1所示。
      [0038] 表1原水水質(zhì)參數(shù)檢測(cè)結(jié)果
      [0039]

      【權(quán)利要求】
      1. 一種利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,其特征在于:包括主體(1)、進(jìn)水 單元(2)、復(fù)合除砷單元(3)、初步分離單元(4)、出水單元(5)、再生和回流單元(6);所述 進(jìn)水單元(2)設(shè)于主體(1)上部,所述進(jìn)水單元包括進(jìn)水管(21)以及與進(jìn)水管(21)連通 的磁性殼聚糖和鐵粉投加口(22);所述復(fù)合除砷單元(3)設(shè)于主體(1)中部,并設(shè)置有非 金屬攪拌裝置(31);所述初步分離單元(4)設(shè)于主體(1)下部,包括分離裝置(41)以及設(shè) 于分離裝置(41)上的濾膜(42)和濾膜下方的脈沖氣洗裝置(43);所述出水單元(5)與分 離單元(4)直接連接。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,其特征在于: 所述復(fù)合除砷單元(3)中,水力停留時(shí)間控制在30min?2h;投加的磁性殼聚糖和鐵粉的 質(zhì)量比為1 :1?5:1,且磁性殼聚糖和鐵粉的總濃度為l-10g/L。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,其特征在于: 所述非金屬攪拌裝置(31)由PVC或非鐵質(zhì)材料制成。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,其特征在于: 分離裝置(41)為平行設(shè)置的2組以上孔徑為2-50 ym的平面網(wǎng)狀截留裝置,且每組截留裝 置呈傾斜設(shè)置,傾斜角為100?150°。
      5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,其特征在于: 脈沖氣洗裝置(43)的氣洗強(qiáng)度為10-30L/m2. s、脈沖周期設(shè)置為10s?lOmin。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,其特征在于: 初步分尚單兀⑷的頂部設(shè)有電磁閥(44)。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,其特征在于: 所述出水單元(5)為L形彎管,其底部分別設(shè)置出水口和進(jìn)氣口,其內(nèi)部填充粒徑10-30目 的鐵粉作為濾層,濾層厚度為〇. 2-0. 5m,濾速為3-8m/h。
      8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用納米磁性殼聚糖和鐵粉復(fù)合除砷的裝置,其特征在于: 還包括再生和回流單元(6),包括依次鏈接的儲(chǔ)存罐和再生罐,與主體(1)相對(duì)獨(dú)立設(shè)置; 主體(1)中部自上而下依次設(shè)有進(jìn)料管(11)和廢料管(11),分別與再生和回流單元(6)的 儲(chǔ)存罐和再生罐連接。
      9. 一種利用權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)裝置除砷的方法,其特征在于:包括以下步驟:將磁 性殼聚糖、鐵粉和待處理水通入進(jìn)水單元(2)中,在進(jìn)水單元(2)中混合后進(jìn)入復(fù)合除砷單 元(3),在復(fù)合除砷單元(3)內(nèi)混合后,鐵粉、納米磁性殼聚糖等物質(zhì)充分粘附在一起,形成 較大的、易截留的顆粒,經(jīng)初步分離單元(4)分離后,再經(jīng)出水單元(5)中的濾層過濾,待 處理水經(jīng)出水單元(5)的濾層過濾后流出。
      【文檔編號(hào)】C02F9/12GK104478155SQ201410723047
      【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
      【發(fā)明者】劉成, 何思源, 陳衛(wèi), 崔彪 申請(qǐng)人:河海大學(xué)
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