利用磁性纳米材料处理污水中重金属的装置制造方法及图纸

一种利用磁性纳米材料处理污水中重金属的装置，属于污水处理技术领域，其装置主要采用污水水箱、反应器、再生水箱、冲洗瓶和回收瓶构成，污水水箱与反应器连接处有单向阻流板，再生水箱通过有过滤口的水管连接反应器，反应器内装有磁性纳米吸附材料。有痕量重金属的污水进入反应器后，吸附材料对重金属进行吸附，形成大颗粒，有过滤口的水管再将处理后的水导入再生水箱，吸附有重金属的大颗粒留在反应器内，当吸附接近饱和后，冲洗瓶中的洗脱液进入反应器，将吸附材料上的重金属洗脱，含重金属的洗脱液通过单向阻流板进入到回收瓶，吸附材料被阻留在反应器内。本实用新型专利技术能够有效地处理有痕量重金属的污水，可反复使用。

A device for treating heavy metals in sewage with magnetic nanomaterials

A device for treating heavy metals in sewage with magnetic nanomaterials belongs to the field of sewage treatment technology. The device mainly consists of sewage water tank, reactor, regeneration water tank, flushing bottle and recovery bottle. There is a unidirectional flow blocker at the connection between the sewage water tank and the reactor. The regeneration water tank is connected to the reactor through a water pipe with a filter port, and the reactor is filled with magnetic nano-adsorbent material. After the sewage containing trace heavy metals enters the reactor, the adsorption material adsorbs the heavy metals and forms large particles. The treated water is then diverted to the regeneration tank by the water pipe with the filter outlet. The large particles adsorbed by heavy metals are left in the reactor. When the adsorption is near saturation, the eluent from the flushing bottle enters the reactor, and the heavy metals on the adsorbent material are eluted and the heavy metals are eluted. The liquid enters the recycling bottle through a unidirectional baffle, and the adsorbent material is blocked in the reactor. The utility model can effectively treat sewage containing trace heavy metals and can be used repeatedly.

【技术实现步骤摘要】
利用磁性纳米材料处理污水中重金属的装置
本技术属于污水处理
，具体涉及处理污水中重金属的装置及方法。
技术介绍
根据国家《污水综合排放标准》(GB8987-1996)，含镉、银等一类污染物的重金属废水不分行业和污水排放方式,也不分受纳水体的功能类别,必须在车间内部处理以达到排放要求，因此含重金属废水必须进行分质处理。目前我国对于废水中的重金属的处理大多采用加碱絮凝沉淀的方法，该方法可以将污水中镉、银等重金属处理到ppm级(即mg/L)的水平，从而实现污水达标排放和部分回收重金属的目的。但加碱絮凝沉淀法不适用于污水中痕量重金属(浓度在mg/L或μg/L水平)的去除和回收，这一方面是由于将污水中痕量目标重金属絮凝沉淀下来，需要加入大量的碱，成本过高；另一方面沉淀中重金属含量过低，难于被回收和利用。磁性纳米吸附材料是一种新型的吸附材料，既有普通纳米材料的尺寸小、比表面积大、活性高等特点，同时还具有超顺磁性。因此不仅吸附能力强，而且可以快速的从溶液中地分离出来。磁性纳米吸附材料的种类繁多，其中纳米Fe3O4因具有制备简单、表面易被修饰等特点，研究最为广泛以3-巯基丙基三甲氧基硅烷为改性剂，对SiO2包覆Fe3O4纳米粒子(Fe3O4@SiO2)进行改性，制备了表面巯基化磁性纳米吸附材料(Fe3O4@SiO2–RSH)。采用透射电镜、电子衍射、能量色散X射线光谱、红外光谱、拉曼光谱等方法，对Fe3O4@SiO2–RSH进行表征，并研究了其对水中痕量Ag(I)和Cd(II)的吸附能力、吸附机理、影响因素、洗脱回收效率及吸附材料的再生和循环利用性能。结果表明，Fe3O4@SiO2–RSH能够通过其表面巯基的螯合离子交换作用，在pH为4.0～8.0的范围内快速、高效的吸附溶液中痕量Ag(I)和Cd(II)，并且受溶液中Na(I)、Ca(II)、Fe(II)等共存离子影响较小。发生在Fe3O4@SiO2–RSH表面的单层吸附能够在10min内达到平衡，Ag(I)和Cd(II)的去除率均>90％；被吸附的Ag(I)和Cd(II)能够被HNO3溶液或L-半胱氨酸溶液洗脱并回收，回收率>83％；洗脱后，Fe3O4@SiO2–RSH可以再生和循环利用。这些实验结果表明，Fe3O4@SiO2–RSH可以作为高效的吸附剂，用于污水中痕量Ag(I)和Cd(II)的深度处理和资源化回收利用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种利用磁性纳米材料处理污水中重金属的装置。本技术还提供了采用这种装置处理污水中重金属的方法。本技术解决技术问题的方法主要是采用污水水箱、反应器、再生水箱、冲洗瓶和回收瓶构成处理污水中重金属的装置，污水水箱与反应器通过左端水管连接，左端水管一端连接在反应器的下部，反应器与左端水管的连接口处有单向阻流板，左端水管上安装有左端双向水泵，左端双向水泵与污水水箱之间的左端水管上安装有左端三通阀，回收瓶连接左端三通阀的第三个出口，反应器为立式筒状体，底部安装有底部电磁铁，下部远离单向阻流板处安装有超声仪探头，反应器内的上部安装有上部电磁铁，上部电磁铁的形状与伞的骨架近似，反应器底部高于单向阻流板的位置安装有下水位探头，反应器上部高于上部电磁铁的位置安装有上水位探头，反应器与再生水箱之间有右端水管，右端水管一端连接再生水箱，另一端有集束中空纤维膜过滤口，集束中空纤维膜的通量为15L/(m2h)，纤维膜过滤口在反应器内，右端水管上安装有右端双向水泵，右端双向水泵与再生水箱之间的右端水管上安装有右端三通阀，反应器上方有升降机，右端水管接近纤维膜过滤口的一段安装在升降机上，冲洗瓶连接右端三通阀的第三个出口，反应器内放置有磁性纳米吸附材料，磁性纳米吸附材料的重量与反应器容积之间的比例为3—10g/L。所述的单向阻流板由活动板和半球阀构成，半球阀在活动板下部，活动板上沿与连接口上方的反应器内壁活动连接，半球阀的直径大于连接口直径，半球阀位置对应连接口，半球阀上包围有改性中空纤维膜，改性中空纤维膜孔径为0.01-0.008μm，所述的改性中空纤维膜是PVDF中空纤维膜。所述的磁性纳米吸附材料为二氧化硅包覆的巯基功能化四氧化三铁(Fe3O4@SiO2–RSH)，吸附材料Fe3O4@SiO2–RSH以3-TMMPS为改性剂，对Fe3O4@SiO2纳米粒子进行改性，在其表面引入巯基官能团，制备的表面巯基化磁性纳米吸附材料Fe3O4@SiO2–RSH。吸附实验结果表明，Fe3O4@SiO2–RSH主要通过其表面–SH的螯合离子交换作用，在pH为4.0～8.0的范围内快速、高效的吸附溶液中的Ag(I)和Cd(II)，并且受溶液中Na(I)、Ca(II)、Fe(II)等共存离子影响较小。Fe3O4@SiO2–RSH对Ag(I)和Cd(II)具有快速的吸附动力学，和较强的吸附能力，3mgFe3O4@SiO2–RSH就可以从100mL溶液中快速、高效的吸附痕量Ag(I)和Cd(II)。被吸附的Ag(I)和Cd(II)能够被10mmol·L-1HNO3溶液或L-半胱氨酸溶液洗脱并回收；洗脱后，吸附剂可以再生和循环利用。由于采用的Fe3O4@SiO2–RSH磁性纳米材料具有吸附时间短吸附效率高吸附完成后实验中Ag(I)和Cd(II)分别将至13.03和12.03μg·mg-1，均低于国家标准，吸附效率均>90％。其处理方法由以下步骤完成：一：吸附过程污水水箱中待处理污水为含有痕量Ag(I)和Cd(II)的工业废水，含Ag(I)和Cd(II)浓度为100μg/L～1000μg/L；执行程序1，启动左端双向水泵，其流速控制为0.5L/min-1.2L/min，将污水从污水水箱打入反应器中，水位到达上水位探头时左端双向泵关闭，然后启动超声仪和上部电磁铁，其中超声仪的频率是3.4Hz-6.1Hz，上部电磁铁的磁通量是900G-3000G；执行程序2，经过15min-20min关闭上部电磁铁和超声仪，开启底部电磁铁，底部电磁铁的磁通量是900G-3000G，程序执行时间为3min-7min；执行程序3，开启升降机，使中空纤维膜过滤口从反应器上部下降至反应器底部的下水位探头与底部电磁铁之间的位置高度，启动右端双向泵，其流速控制为0.5L/min-1.2L/min，反应器中的水经中空纤维膜过滤后进入再生水箱，水位降到下水位探头时，右端双向泵停止，升降机启动，中空纤维膜过滤口回到起始位置；程序3执行完毕后回到程序一完成一个吸附周期；执行程序1至程序3时，右端三通阀连通再生水箱和反应器，左端三通阀连通污水水箱和反应器；(二)：洗脱过程程序4启动之前在所述冲洗瓶中加注洗脱液，洗脱时洗脱液体积是反应器容积1/10至1/3，调整右端三通阀使冲洗瓶与反应器连通，调整左端三通阀使回收瓶与反应器连通，此时程序1至程序3停止执行；启动右端双向泵使冲洗瓶中的洗脱液流向反应器，启动超声仪，超声仪的频率是3.4Hz-6.1Hz，关闭左端双向泵、上部电磁铁和底部电磁铁；程序执行时间为12min至18min；然后关闭右端双向泵和超声仪，启动左端双向泵，使洗脱液通过连接口和左端三通阀流入回收瓶。洗脱液一般为10mmol/L盐酸或硝酸，但处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用磁性纳米材料处理污水中重金属的装置，其特征在于：它采用污水水箱、反应器、再生水箱、冲洗瓶和回收瓶构成，污水水箱与反应器通过左端水管连接，左端水管一端连接在反应器的下部，反应器与左端水管的连接口处有单向阻流板，左端水管上安装有左端双向水泵，左端双向水泵与污水水箱之间的左端水管上安装有左端三通阀，回收瓶连接左端三通阀的第三个出口，反应器为立式筒状体，底部安装有底部电磁铁，下部远离单向阻流板处安装有超声仪探头，反应器内的上部安装有上部电磁铁，上部电磁铁的形状与伞的骨架近似，反应器底部高于单向阻流板的位置安装有下水位探头，反应器上部高于上部电磁铁的位置安装有上水位探头，反应器与再生水箱之间有右端水管，右端水管一端连接再生水箱，另一端有集束中空纤维膜过滤口，集束中空纤维膜的通量为15L/(m2h)，纤维膜过滤口在反应器内，右端水管上安装有右端双向水泵，右端双向水泵与再生水箱之间的右端水管上安装有右端三通阀，反应器上方有升降机，右端水管接近纤维膜过滤口的一段安装在升降机上，冲洗瓶连接右端三通阀的第三个出口，反应器内放置有磁性纳米吸附材料，磁性纳米吸附材料的重量与反应器容积之间的比例为3‑10g/L。...

【技术特征摘要】
1.一种利用磁性纳米材料处理污水中重金属的装置，其特征在于：它采用污水水箱、反应器、再生水箱、冲洗瓶和回收瓶构成，污水水箱与反应器通过左端水管连接，左端水管一端连接在反应器的下部，反应器与左端水管的连接口处有单向阻流板，左端水管上安装有左端双向水泵，左端双向水泵与污水水箱之间的左端水管上安装有左端三通阀，回收瓶连接左端三通阀的第三个出口，反应器为立式筒状体，底部安装有底部电磁铁，下部远离单向阻流板处安装有超声仪探头，反应器内的上部安装有上部电磁铁，上部电磁铁的形状与伞的骨架近似，反应器底部高于单向阻流板的位置安装有下水位探头，反应器上部高于上部电磁铁的位置安装有上水位探头，反应器与再生水箱之间有右端水管，右端水管一端连接再生水箱，另一端有集束中空纤维膜过滤口，集束中空纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝元源，李广柱，王勤智，边德军，艾胜书，田曦，张晶晶，印雪，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：新型
国别省市：吉林,22