一種基於微納米氣泡破氰的裝置和方法與流程
2023-11-03 06:39:17 1
本發明屬於環保廢水處理領域，涉及一種含氰廢水的處理裝置及方法，特別是涉及一種基於微納米氣泡破氰的裝置和方法。
背景技術：
：黃金工業及電鍍工業由於用到氰化物體系，因而不可避免的會產生大量氰化物廢水，由於氰化物是毒性很大，外排時必須滿足國家規定的排放標準。因此氰化物的去除成為氰化廢水的處理重點及難點。對於高濃度氰化廢水一般先採用氰化物回收，對於低濃度廢水一般採用破氰的辦法進行處理。傳統的破氰方法以化學氧化法、生物氧化法及自然降解法。其中前兩種方法應用最為廣泛，如鹼氯法、臭氧法、生物活性炭法等。專利CN105776765A公開了一種含氰廢水處理方法，其採用生化處理方法進行破氰。CN104261624A公開了一種黃金氰化企業含氰廢水處理方法，其是由電化學處理、化學氧化處理、混凝沉澱處理和生物活性炭處理四個步驟組成處理含氰廢水。專利CN104030477A公開了一種含氰廢水處理方法，其採用兩步法處理氰化物，第一步先將廢水中劇毒的絡合氰根離子氧化成低毒的氰酸根離子；然後再向第一步的溶液中加所述氧化劑，使氰酸根離子氧化成N2從廢水中溢出。專利CN102718338A公開了一種含氰廢水處理系統及含氰廢水處理方法，其主要通過用氣液混合裝置將臭氧溶解到含氰廢水中進行破氰處理。然而，現有破氰方法具有能耗高、破氰不徹底、工藝流程複雜等問題，如何提供一種新的工藝流程短、操作簡單、破氰效率高的破氰裝置及方法，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。技術實現要素：鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種基於微納米氣泡破氰的裝置和方法，用於解決現有破氰工藝能耗高、破氰不徹底、工藝流程複雜等問題。為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基於微納米氣泡破氰的裝置，所述基於微納米氣泡破氰的裝置包括鹼液加料系統、反應槽及微納氣泡產生裝置；其中，所述反應槽包括含氰廢水加料口、鹼液加料口、排液口及回液口；所述鹼液加料系統連接於所述反應槽，用於通過所述鹼液加料口向所述反應槽內添加鹼液以調節反應槽內溶液的pH值；所述微納氣泡產生裝置連接於所述排液口與回液口之間，用於將所述反應槽排出的含氰廢水與氣體混合以產生微納米氣泡，再輸送回所述反應槽。可選地，所述反應槽設有pH計，用於測量反應槽內溶液的pH值。可選地，所述鹼液加料系統包括鹼液儲料槽及加料泵；所述加料泵連接於所述鹼液儲料槽與所述反應槽之間，用於將所述鹼液儲料槽中的鹼液泵入所述反應槽。可選地，所述鹼液儲料槽與所述加料泵之間設有第一閥門；所述加料泵與所述鹼液加料口之間設有第二閥門。可選地，所述微納米氣泡產生裝置包括氣液混合泵及與所述氣液混合泵相連的空氣進氣管，用於將含氰廢水與空氣混合後輸送回所述反應槽。可選地，所述排液口與所述氣液混合泵之間設有第三閥門；所述氣液混合泵與所述回液口之間設有第四閥門。可選地，所述空氣進氣管還連接有臭氧發生裝置。可選地，所述微納米氣泡產生裝置包括加壓溶氣裝置。可選地，所述微納米氣泡的直徑為10nm-100μm。本發明還提供一種基於微納米氣泡破氰的方法，包括如下步驟：S1：在反應槽內加入含氰廢水，並將含氰廢水的pH值調節至預設範圍內；S2：利用微納米氣泡產生裝置將所述反應槽排出的含氰廢水與氣體混合以產生微納米氣泡，再輸送回所述反應槽；S3：當所述反應槽內溶液pH值低於預設值時，通過鹼液加料系統往所述反應槽內加入鹼液，使溶液pH值維持在預設範圍內。可選地，還包括在反應槽內加入破氰催化劑的步驟。可選地，所述破氰催化劑包括Fenton試劑。可選地，所述微納米氣泡產生裝置包括氣液混合泵或加壓溶氣裝置。可選地，所述氣體包括空氣、臭氧中的一種或多種。可選地，所述微納米氣泡產生裝置產生微納米氣泡時的氣液混合比為1:10-1:50，微納米氣泡的直徑為10nm-100μm。可選地，於所述步驟S2中，所述反應槽中溶液的溫度範圍是25-80℃。可選地，於所述步驟S1及S3中，所述預設範圍是9-11。可選地，所述鹼液包括氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。如上所述，本發明的基於微納米氣泡破氰的裝置和方法，具有以下有益效果：本發明採用對環境無毒性的微納米氣泡作為氧化劑來源進行破氰處理。微納米氣泡是指氣泡發生時產生直徑在數十納米(nm)到數十微米(μm)的微小氣泡。該氣泡具有超大比表面積，且上升速度慢，因此其溶解能力大大增加。微納米氣泡的溶解能力比一般氣泡增加20萬倍。相對於普通曝氣，微納米氣泡可提高空氣或者臭氧在水中的溶解性，從而提高臭氧的利用率接近100％。氣泡破裂瞬間，由於氣液界面消失的劇烈變化，界面上集聚的高濃度離子將積蓄的化學能瞬間釋放出來，可激發產生大量具有強氧化能力的羥基自由基，從而大大提高破氰效率。而且由於其氣泡極小，大大增加了反應的傳質效率。採用本發明的破氰裝置及方法可使氰化廢水達到國家標準排放，即氰化物含量小於1.0mg/L。並且本發明具有工藝簡單、環保、無二次汙染、氧化劑利用效率高，運行成本低的優點。附圖說明圖1顯示為本發明的基於微納米氣泡破氰的裝置在實施例一中的結構示意圖。圖2顯示為本發明的基於微納米氣泡破氰的裝置在實施例二中的結構示意圖。圖3顯示為本發明的基於微納米氣泡破氰的方法的工藝流程圖。元件標號說明1鹼液儲料槽2加料泵3反應槽4氣液混合泵5空氣進氣管6pH計7含氰廢水加料口8臭氧發生器S1～S3步驟具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1至圖3。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。實施例一本發明提供一種基於微納米氣泡破氰的裝置，請參閱圖1，顯示為該裝置的結構示意圖，包括鹼液加料系統、反應槽3及微納氣泡產生裝置。具體的，所述反應槽3包括含氰廢水加料口7、鹼液加料口、排液口及回液口。所述鹼液加料系統連接於所述反應槽3，用於通過所述鹼液加料口向所述反應槽3內添加鹼液以調節反應槽3內溶液的pH值。所述微納氣泡產生裝置連接於所述排液口與回液口之間，用於將所述反應槽3排出的含氰廢水與氣體混合以產生微納米氣泡，再輸送回所述反應槽3。作為示例，所述反應槽3設有pH計6，用於測量反應槽3內溶液的pH值。作為示例，所述鹼液加料系統包括鹼液儲料槽1及加料泵2；所述加料泵2連接於所述鹼液儲料槽1與所述反應槽3之間，用於將所述鹼液儲料槽1中的鹼液泵入所述反應槽3。其中，所述鹼液儲料槽1與所述加料泵2之間設有第一閥門；所述加料泵2與所述鹼液加料口之間設有第二閥門。微納米氣泡是指氣泡發生時產生直徑在數十納米(nm)到數十微米(μm)的微小氣泡。該氣泡具有超大比表面積，且上升速度慢，因此其溶解能力大大增加。微納米氣泡的溶解能力比一般氣泡增加20萬倍。相對於普通曝氣，微納米氣泡可提高空氣或者臭氧在水中的溶解性，從而提高臭氧的利用率接近100％。氣泡破裂瞬間，由於氣液界面消失的劇烈變化，界面上集聚的高濃度離子將積蓄的化學能瞬間釋放出來，可激發產生大量具有強氧化能力的羥基自由基，從而大大提高破氰效率。而且由於其氣泡極小，大大增加了反應的傳質效率。本發明中，優選產生直徑為10nm-100μm的微納米氣泡。作為示例，所述微納米氣泡產生裝置包括氣液混合泵4及與所述氣液混合泵4相連的空氣進氣管5，用於將含氰廢水與空氣混合後輸送回所述反應槽3。其中，所述排液口與所述氣液混合泵4之間設有第三閥門；所述氣液混合泵4與所述回液口之間設有第四閥門。氣液混合泵的吸入口可以利用負壓作用吸入氣體，所以無需採用空氣壓縮機和大氣噴射器。高速旋轉的泵葉輪將液體與氣體混合攪拌，所以無需攪拌器和混合器。由於泵內的加壓混合，氣體與液體充分溶解，溶解效率可達80～100％。所以無需大型加壓溶氣罐或昂貴的反應塔即可製取高度溶解液。一臺氣液混合泵即可進行氣液吸引、混合、溶解並直接將高度溶解液送至使用點。因此，使用氣液混合泵可以提高溶氣液製取效率、簡化製取裝置、節省場地、節省運行成本及維護費用。在另一實施例中，所述微納米氣泡發生裝置也可採用加壓溶氣裝置，其將液體用水泵加壓到3-4kg/cm2並送入溶氣罐，在罐內使空氣充分溶於液體中，然後在氣浮池中經釋放器突然減到常壓，這時溶解於液體中的過飽和空氣形成微納米氣泡。本發明的基於微納米氣泡破氰的裝置採用對環境無毒性的微納米氣泡作為氧化劑來源進行破氰處理，反應的傳質效率高，氧化劑利用效率高，運行成本低，可以大大提高含氰廢水的破氰效率，並且環保、無二次汙染。實施例二本實施例與實施例一採用基本相同的技術方案，不同之處在於，本實施例中，所述空氣進氣管還連接有臭氧發生裝置。請參閱圖2，顯示為本實施例中所述基於微納米氣泡破氰的裝置的結構示意圖，其中，所述空氣進氣管5還連接有臭氧發生裝置8，所述微納米氣泡發生裝置將所述反應槽3排出的含氰廢水與空氣、臭氧氣體中的至少一種混合以產生微納米氣泡，再輸送回所述反應槽3。相對於實施例一，本申請加入臭氧發生裝置更有利於提高破氰效率。實施例三本發明還提供一種基於微納米氣泡破氰的方法，請參閱圖3，顯示為該方法的工藝流程圖，包括如下步驟：首先執行步驟S1：在反應槽內加入含氰廢水，並將含氰廢水的pH值調節至預設範圍內。具體的，所述含氰廢水可以是黃金工業及電鍍工業產生的氰化物廢水，例如包含氰根CN-和硫氰根SCN-的廢水。具體的，可通過鹼液加料系統往所述反應槽內添加鹼液，將含氰廢水的pH值調節到合適範圍。作為示例，將含氰廢水的pH值調節到9-11，優選為9.6-10，並且將所述反應槽中溶液的溫度維持在25-80℃，優選為40-70℃，以利於後續反應的進行。然後執行步驟S2：利用微納米氣泡產生裝置將所述反應槽排出的含氰廢水與氣體混合以產生微納米氣泡，再輸送回所述反應槽。具體的，所述反應槽與微納米氣泡產生裝置構成一個閉路循環系統。所述微納米氣泡產生裝置將空氣、臭氧中的一種或多種與所述反應槽排出的含氰廢水混合，可以產生直徑為10nm-100μm的微小氣泡。該氣泡具有超大比表面積，且上升速度慢，因此其溶解能力大大增加。微納米氣泡的溶解能力比一般氣泡增加20萬倍。相對於普通曝氣，微納米氣泡可提高空氣或者臭氧在水中的溶解性，從而提高臭氧的利用率接近100％。氣泡破裂瞬間，由於氣液界面消失的劇烈變化，界面上集聚的高濃度離子將積蓄的化學能瞬間釋放出來，可激發產生大量具有強氧化能力的羥基自由基，從而大大提高破氰效率。而且由於其氣泡極小，大大增加了反應的傳質效率。本實施例中，所述微納米氣泡產生裝置包括氣液混合泵或加壓溶氣裝置，氣液混合比為1:10-1:50，優選為1:10-1:20。進一步的，還包括在反應槽內加入破氰催化劑的步驟。作為示例，所述破氰催化劑包括Fenton試劑。其中，過氧化氫與亞鐵離子的結合即為Fenton試劑，其中Fe2+離子主要是作為同質催化劑，而H2O2則起氧化作用。Fenton試劑具有極強的氧化能力，可通過硫酸亞鐵與雙氧水配置。本實施例中，雙氧水含量優選為0.1-1wt.％，Fe2+離子優選為5-10mg/L。當所述反應槽內溶液pH值低於預設值時，執行步驟S3：通過鹼液加料系統往所述反應槽內加入鹼液，使溶液pH值維持在預設範圍內。本發明的基於微納米氣泡破氰的方法可使氰化廢水達到國家標準排放，即氰化物含量小於1.0mg/L，並且具有工藝簡單、環保、無二次汙染、氧化劑利用效率高，運行成本低的優點。實施例四自配含氰廢水A，其主要成分為氰化鈉和硫氰化鈉，濃度分別為100mg/L，配製8L廢水於反應槽內，在鹼液儲料槽內配置質量濃度為20％氫氧化鈉溶液，通過加料泵打入反應槽，將反應槽內含氰廢水的pH調節至9.6-10，開氣液混合泵(或者加壓溶氣裝置)，臭氧發生器，保證液氣比10：1，壓力維持0.3MPa。1h內CN-、SCN-濃度變化見表1。表1使用臭氧微納米氣泡破氰CN-和SCN-在pH＝10時的濃度變化時間/min015304560CN-/mg/L47.727.52.6NDNDSCN-/mg/L70.135.73.51.2NDND：notdetected(未檢出)可見，使用臭氧微納米氣泡破氰，在60分鐘內即可將含氰廢水處理至達到國家排放標準。實施例五黃金工業生產廢水B，含CN-80.2mg/L，SCN-44.5mg/L，Cu2+15mg/L，配製8L廢水於反應槽內，在鹼液儲料槽內配置質量濃度為20％氫氧化鈉溶液，通過加料泵打入反應槽，將反應槽內含氰廢水的pH調節至10，開氣液混合泵泵，空氣進氣管，保證液氣比10：1，壓力維持0.3MPa。CN-、SCN-濃度變化見表2。表2使用空氣微納米氣泡破氰CN-和SCN-在pH＝10時的濃度變化時間/min0153045607590CN-/mg/L80.262.446.832.313.91.2NDSCN-/mg/L44.530.117.413.47.83.1ND可見，使用空氣微納米氣泡破氰，在90分鐘內即可將含氰廢水處理至達到國家排放標準。實施例六黃金工業生產廢水B，含CN-80.2mg/L，SCN-44.5mg/L，Cu2+15mg/L，配製8L廢水於反應槽內，在鹼液儲料槽內配置質量濃度為20％氫氧化鈉溶液，通過加料泵打入反應槽，將反應槽內含氰廢水的pH調節至10。開氣液混合泵，空氣進氣管，添加30％雙氧水、Fe2+，控制其終濃度分別為0.2wt.％和10mg/L，保證液氣比1:1，壓力維持0.3MPa。CN-、SCN-濃度變化見表3.表3使用空氣微納米氣泡和Fenton試劑破氰CN-和SCN-在pH＝10時的濃度變化時間/min0153045CN-/mg/L80.238.71.4NDSCN-/mg/L44.519.80.9ND可見，使用空氣微納米氣泡和Fenton試劑破氰，在45分鐘內即可將含氰廢水處理至達到國家排放標準。綜上所述，本發明的基於微納米氣泡破氰的裝置和方法採用對環境無毒性的微納米氣泡作為氧化劑來源進行破氰處理。微納米氣泡是指氣泡發生時產生直徑在數十納米(nm)到數十微米(μm)的微小氣泡。該氣泡具有超大比表面積，且上升速度慢，因此其溶解能力大大增加。微納米氣泡的溶解能力比一般氣泡增加20萬倍。相對於普通曝氣，微納米氣泡可提高空氣或者臭氧在水中的溶解性，從而提高臭氧的利用率接近100％。氣泡破裂瞬間，由於氣液界面消失的劇烈變化，界面上集聚的高濃度離子將積蓄的化學能瞬間釋放出來，可激發產生大量具有強氧化能力的羥基自由基，從而大大提高破氰效率。而且由於其氣泡極小，大大增加了反應的傳質效率。採用本發明的破氰裝置及方法可使氰化廢水達到國家標準排放，即氰化物含量小於1.0mg/L。並且本發明具有工藝簡單、環保、無二次汙染、氧化劑利用效率高，運行成本低的優點。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術領域：
中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3