一種有機膨潤土處理有機廢水的循環利用裝置及方法

2023-05-20 22:52:36

專利名稱：一種有機膨潤土處理有機廢水的循環利用裝置及方法
技術領域：
本發明涉及汙水處理技術領域，尤其涉及用有機膨潤土處理有機廢水的循環利用 裝置及方法。
背景技術：
膨潤土是一種以蒙脫石為主要礦物組成的粘土巖，是應用最為廣泛的非金屬礦產 之一。有機膨潤土是用有機銨鹽、季銨鹽等陽離子取代蒙脫石中的層間可交換陽離子，從而 使膨潤土由親水疏油性改為親油疏水性的有機膨潤土。有機膨潤土在廢水處理中主要作 為吸附劑，去除水中有機汙染物的效果非常好，如用十六烷基三甲基溴化銨改性的膨潤土 吸附處理水中α-、β-萘胺，α-萘酚，其去除率均大於95%。研究表明有機膨潤土吸附 有機汙染物如多環芳烴、染料、農藥等汙染物的性能與活性炭相當，但膨潤土在廢水處理時 的缺陷是原有的處理方法都是人工加料一攪拌一吸附一分離間歇操作，操作費用高、效率 低。廢水中固-液分離困難、回收利用難，導致在汙染控制中的應用基本停留在實驗室研究 階段，未見到有機膨潤土處理有機廢水的循環利用裝置，這就嚴重製約有機膨潤土處理有 機廢水的大規模推廣應用。

發明內容
本發明為克服現有有機膨潤土在處理有機廢水方面的不足，提供了一種有機膨潤 土處理有機廢水循環利用裝置及方法，可以解決有機膨潤土吸附處理有機廢水後汙染物轉 移的問題，並重複利用膨潤土。本發明裝置採用的技術方案是該裝置呈桶狀，由上面的粗桶和下面的直徑相對 小的桶相連通組成，內桶位於桶狀的下半部分且將桶狀的下半部分隔成內外兩圈，在粗桶 的桶口處設一圈溢流堰，位於桶狀的上半部和內桶的正上方設集氣口 ；在桶下端側部開孔 安裝進水管和加藥管，進水管從正下方連通到內桶內，加藥管連通到固定在桶底部的超聲 波振子箱內，導線從桶外接入超聲波振子箱。本發明方法採用的技術方案是包括如下步驟Α、將待處理的有機廢水從進水管進入桶內，使廢水在桶內形成循環，讓有機膨潤 土和廢水中的汙染物充分接觸；B、當有機廢水在桶內的液面超過內桶高度時，從粗桶頂處加入聚合氯化鐵，從加 藥管加入過氧化氫和酸，接通導線使超聲波振子箱發射超聲波；C、吸附後的有機膨潤土經絮凝沉入桶底部，處理後的廢水從溢流堰溢流排出，完 成廢水淨化；D、沉入桶底部的有機膨潤土中有機物大部分催化氧化；氧化過程中產生的二氧化 碳氣體在上浮的過程中繼續攪動廢水和有機膨潤土，二氧化碳氣體從集氣口逸出；Ε、沉在桶底部的被二氧化碳氣體攪動上浮的再生的膨潤土顆粒繼續在桶內吸附 去除汙染物。
本發明利用上下不同直徑的桶狀裝置，將桶隔成內外兩圈，促使廢水和有機膨潤 土在桶內循環，有機汙染物和有機膨潤土充分接觸而被牢固吸附於膨潤土層間；加入聚合 氯化鐵，利用鐵作為催化劑，在和過氧化氫協同作用下催化氧化膨潤土層間的有機物，加速 有機膨潤土沉澱；由於桶頂部較粗，水流速下降易於顆粒物沉降，處理後的廢水從桶頂部溢 出；沉澱後的有機膨潤土在桶底部存在過氧化氫和鐵的共同作用下氧化膨潤土層間的有機 物，並且利用超聲波加速有機物氧化，使膨潤土層間大部分有機物被氧化，使得有機膨潤土 重新獲得對有機物吸附能力，參與催化氧化的鐵也會被膨潤土吸附於其層間，在氧化過程 中由於產生二氧化碳，使得有機膨潤土隨著二氧化碳氣泡上浮，重新進入吸附一沉澱階段， 二氧化碳氣體同時攪動廢水和有機膨潤土，加強兩者的接觸，從而形成有機膨潤土對廢水 的連續處理。該裝置實現有機膨潤土的連續吸附一沉澱一分離有機廢水，連續操作，提高 了廢水處理效率，實現了有機膨潤土廢水處理工程化應用；該方法簡單易行，能解決有機膨 潤土吸附處理後帶來汙染轉移的問題，有效處理含陽離子表面活性劑或陽離子染料的有機 廢水。另外，利用超聲波的「空化效應」可以加速汙染物的氧化，使得再生時間短、再生徹 底。超聲波作用過程中，氣泡閉合可形成超過1000個大氣壓的瞬間高壓，利用超聲的空化 效應，在氣泡崩潰時產生的強烈的衝擊波和高速射流能破壞固/液、液/液及氣/液界面上 的滯離層，加速鐵催化的氧化反應和汙染物分解，得到可以循環利用的膨潤土。


圖1是本發明裝置的結構示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖1中1.粗桶，2.溢流堰，3.桶，4.內桶，5.進水管，6.加藥管，7.超聲波振子 箱，8.集氣口，9.導線，a.集氣口下口最低處，b.內桶上口位置。
具體實施例方式如圖1 2所示裝置，該裝置呈圓桶狀，由上面的粗桶1和下面的直徑相對較小的 桶3組成，粗桶1和桶3的直徑比為1.2 1.6 1。內桶4位於桶狀的下半部分，將桶狀 的下半部分隔成內外兩圈，在粗桶1的桶口處設一圈溢流堰2，廢水通過這個溢流堰2排出 桶外。位於桶狀的上半部和內桶4的正上方設集氣口 8。在桶3下端側部開孔安裝進水管5 和加藥管6。進水管5從正下方連通到內桶4內，待處理的廢水從桶下端由進水管5進入。 加藥管6連通到固定在桶3底部的超聲波振子箱7內，導線9從桶外接入超聲波振子箱7。 集氣口 8向下延伸到下口的最低處a，內桶4的上口位置b，最低處a的高度低於上口位置 b的高度，其間相差4 10cm。本發明方法是先將待處理的有機廢水從進水管5進入桶內，使廢水在桶內形成循 環，讓有機膨潤土和廢水中的汙染物充分接觸；完成吸附。當有機廢水在桶內的液面超過內 桶4高度時，從粗桶1頂處添加入聚合氯化鐵，每升廢水添加的聚合氯化鐵量為2 5mg。 從加藥管6加入過氧化氫和酸，過氧化氫添加量為在每千克的乾重膨潤土中加入5 50g、 添加的酸為鹽酸、硫酸、硝酸等無機酸，酸的用量為保持底部再生部分的pH為2 6。接通 導線9使超聲波振子箱7發射超聲波；超聲波振子箱7所發射超聲波頻率為20 120kHz、 功率為200 2000W，採用連續發射或採用3-5秒間隔脈衝發射的方法。
經過上述步驟吸附後的有機膨潤土經絮凝沉入桶3底部，處理後的廢水從溢流堰 2溢流排出，完成廢水淨化。在聚合氯化鐵和過氧化氫作用下快速將沉入桶3底部的有機膨 潤土中有機物大部分催化氧化；氧化過程中產生的二氧化碳氣體在上浮的過程中繼續攪動 廢水和有機膨潤土，二氧化碳氣體從桶體上部的集氣口 8逸出。沉在桶3底部的被二氧化 碳氣體攪動上浮的再生的膨潤土顆粒繼續在桶內吸附去除汙染物。下面通過2個實施例對本發明再詳細說明。實施例1選用十六烷基三甲基溴化銨改性膨潤土得到的有機膨潤土，裝置的粗桶1和桶3 的直徑比為1.2 1，集氣口下口最低處a低於內桶上口位置b為4cm。開啟進水閥從進水 管5中進水，從裝置上端加入有機膨潤土。廢水是含亞甲基蘭的染料廢水濃度為20mg/L， 流量為lL/h，廢水經和有機膨潤土接觸後從裝置上端溢流堰2溢出。在進水的同時通過導 線9接通超聲波電源，在裝置內液面超過內桶4高度時加入混凝劑聚合氯化鐵，用量為2mg/ L廢水，同時通過加藥管6加入過氧化氫和鹽酸，過氧化氫用量為5g/g膨潤土，鹽酸用量為 0. 05g/g膨潤土。超聲波頻率為20kHz，功率為200W，間隔3秒脈衝發射，持續分析出水中亞 甲基蘭濃度基本保持在2-3mg/L，廢水中汙染物去除率達90%，有機膨潤土在其中循環使 用，有機物被氧化為二氧化碳逸出。實施例2選用十二烷基三甲基溴化銨改性膨潤土得到的有機膨潤土，裝置的粗桶1和桶3 的直徑比為1.6 1，集氣口下口最低處a低於內桶上口位置b為10cm。開啟進水閥從進 水管5中進水，從裝置上端加入有機膨潤土。廢水是含β-萘酚的染料廢水濃度為IOmg/ L，流量為lL/h，廢水經和有機膨潤土接觸後從裝置上端溢流堰2溢出。在進水的同時接通 超聲波電源，在裝置內液面超過內桶4高度時加入混凝劑聚合氯化鐵，用量為2mg/L廢水， 同時通過加藥管6加入過氧化氫和鹽酸，過氧化氫用量為5g/g膨潤土，鹽酸用量為0. 05g/ g膨潤土。超聲波頻率為20kHz，功率為200W，間隔5秒脈衝發射，持續分析出水中β-萘酚 濃度基本保持在0. 4-0. 7mg/L，廢水中汙染物去除率達96%，有機膨潤土在其中循環使用， 有機物被氧化為二氧化碳逸出。
權利要求
一種有機膨潤土處理有機廢水的循環利用裝置，其特徵是該裝置呈桶狀，由上面的粗桶(1)和下面的直徑相對小的桶(3)相連通組成，內桶(4)位於桶狀的下半部分且將桶狀的下半部分隔成內外兩圈，在粗桶(1)的桶口處設一圈溢流堰(2)，位於桶狀的上半部和內桶(4)的正上方設集氣口(8)；在桶(3)下端側部開孔安裝進水管(5)和加藥管(6)，進水管(5)從正下方連通到內桶(4)內，加藥管(6)連通到固定在桶(3)底部的超聲波振子箱(7)內，導線(9)從桶外接入超聲波振子箱(7)。
2.根據權利要求1所述的一種有機膨潤土處理有機廢水的循環利用裝置，其特徵是 粗桶⑴和桶⑶的直徑比為1. 2 1. 6 1 ；集氣口⑶向下延伸到最低處(a)的高度 低於內桶(4)的上口位置(b)4 10cm。
3.一種有機膨潤土處理有機廢水的循環利用方法，其特徵是依次包括如下步驟A、將待處理的有機廢水從進水管(5)進入桶內，使廢水在桶內形成循環，讓有機膨潤 土和廢水中的汙染物充分接觸；B、當有機廢水在桶內的液面超過內桶(4)高度時，從粗桶(1)頂處加入聚合氯化鐵，從 加藥管(6)加入過氧化氫和酸，接通導線(9)使超聲波振子箱(7)發射超聲波；C、吸附後的有機膨潤土經絮凝沉入桶(3)底部，處理後的廢水從溢流堰(2)溢流排出， 完成廢水淨化；D、沉入桶(3)底部的有機膨潤土中有機物大部分催化氧化；氧化過程中產生的二氧化 碳氣體在上浮的過程中繼續攪動廢水和有機膨潤土，二氧化碳氣體從集氣口(8)逸出；E、沉在桶(3)底部的被二氧化碳氣體攪動上浮的再生的膨潤土顆粒繼續在桶內吸附 去除汙染物。
4.根據權利要求3所述的一種有機膨潤土處理有機廢水的循環利用方法，其特徵是 所述步驟B中，聚合氯化鐵添加量為在每升廢水中加入2 5mg、過氧化氫添加量為在每千 克的乾重膨潤土中加入5 50g、添加的酸為鹽酸、硫酸、硝酸等無機酸，酸的用量為保持底 部再生部分的pH = 2 6 ；所述超聲波振子箱(7)所發射超聲波頻率為20 120kHz、功率 為200 2000W，採用連續發射或採用3-5秒間隔脈衝發射。
全文摘要
本發明公開了一種有機膨潤土處理有機廢水的循環利用裝置及方法，該裝置呈桶狀，由上面的粗桶和下面的直徑相對小的桶相連通組成，內桶將下半部分隔成內外兩圈，廢水進入桶內後在桶內形成循環，有機膨潤土和汙染物充分接觸，完成吸附，在粗桶的桶口處設一圈溢流堰，位於桶狀的上半部和內桶的正上方設集氣口；進水管從正下方連通到內桶內，加藥管連通到固定在桶底部的超聲波振子箱內，在桶頂處加入聚合氯化鐵，吸附後的有機膨潤土經絮凝沉入桶底，廢水從溢流堰排出，完成廢水淨化；簡單有效地解決了有機膨潤土在廢水處理中固液分離困難、再生難的問題，避免了有機膨潤土吸附有機汙染物後帶來汙染轉移的問題，實現了有機膨潤土吸附再生連續操作。
文檔編號C02F1/28GK101913723SQ201010256579
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月18日 優先權日2010年8月18日
發明者李定龍, 馬建鋒, 黃文豔 申請人:常州大學