專利名稱：磁力分離器及具有該磁力分離器的水處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水處理系統(tǒng)，特別是，從經(jīng)處理的水中分離磁性納米或微米顆粒的磁力分離器，以及采用該磁力分離器的水處理系統(tǒng)。
背景技術：
磁力分離技術主要應用在磁種分離領域，其中涉及將磁種材料添加到待處理的水——例如原水或廢水——中并且通過磁場對由磁種和絮凝劑形成的磁性絮凝物進行分離。一些已知的磁種商業(yè)應用是在澳大利亞專利Nos.512553,518159和550702中描述的“Sirofloc”工藝以及在美國專利N0.6099738中公開的“Comag”工藝。在這些工藝中，磁性顆粒(主要是磁鐵礦)負責為絮凝物提供磁力，從而通過磁場提高絮凝物的分離。雖然能夠通過美國專利N0.20080073283中的剪切裝置回收磁種，但磁性顆粒的功能只限于提供磁力。這些工藝涉及凝結(jié)劑的添加，并且分離的絮凝物不能再利用或再生。此外，磁性納 米或微米顆粒不僅能夠為絮凝物提供磁力，而且能夠直接應用在水處理中以除去重金屬或有機污染物。由于磁性納米或微米顆粒具有很大的處理能力和去除效率，因此對于水處理，磁性納米或微米顆粒的應用正在出現(xiàn)。Hu等人的美國專利N0.7，622，423B1提出了一種磁性納米顆粒的合成方法。該專利中的磁性納米顆粒能夠應用于從工業(yè)廢水中去除和回收重金屬。然而，磁性納米或微米顆粒是非常小以至于在沒有凝結(jié)劑情況下不能被分離或僅靠重力分離，因此，限制了他們的應用。本發(fā)明的磁力分離器通過提供之字形通道和大有效磁性表面以增加吸引效率，以及通過結(jié)合用于回收和再循環(huán)磁性納米或微米顆粒的沖洗系統(tǒng)，能夠使磁性納米或微米顆粒在水處理中應用而無需添加凝結(jié)劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于水處理系統(tǒng)的磁力分離器，其能從水中吸引磁性納米或微米顆粒。此磁力分離器包括槽，其中設有擋板，以便形成流體通道；永久磁鐵或電磁鐵，其被結(jié)合到所述擋板中或槽的底部中；沖洗系統(tǒng)，其用于噴射沖洗溶液沖刷所述擋板或所述槽的底部從流體中所吸引的磁性顆粒。本發(fā)明還涉及一種具有上述磁力分離器的水處理系統(tǒng)，其包括:第一攪拌槽反應器，在第一攪拌槽反應器中，磁性顆粒與水中的重金屬或有機污染物發(fā)生反應；如上述的第一磁力分離器，其接收來自第一攪拌槽反應器的反應后的水，并將反應后的磁性顆粒與經(jīng)處理的水分離。


圖1是示出了本發(fā)明的水處理系統(tǒng)的一個實施例的工藝流程圖，在該系統(tǒng)中應用了本發(fā)明的磁力分離器。圖2是磁力分離器的一個實施例的示意性平面圖。
圖3是具有另一磁場結(jié)構(gòu)的本發(fā)明另一磁力分離器實施例的示意性截面圖。圖4是本發(fā)明磁力分離器的沖洗系統(tǒng)的一個實施例的示意性剖視俯視圖。圖5是具有沖洗系統(tǒng)的磁力分離器的一個實施例的示意性剖面正視圖。 圖6a、圖6b、圖6c是獲專利授權(quán)的磁赤鐵礦納米顆粒(詳見美國專利N0.7，622，423B1)、市售納米零價鐵(nZVI)和實驗室合成的磁性微米顆粒的濃度和樣品濁度之間的關系曲線圖。
具體實施例方式圖1示出了水處理系統(tǒng)10的一個實施例的工藝流程，在該處理系統(tǒng)中應用了磁力分離器102和104。水處理系統(tǒng)10包括兩個攪拌槽反應器101和103以及兩個磁力分離器102 和 104。水處理系統(tǒng)10使用磁性納米或微米顆粒(例如,零價鐵納米顆粒、磁赤鐵礦納米顆粒、含錳鐵礦納米顆粒、磁性聚合物顆粒)(下文稱為磁性顆粒)處理含有重金屬或有機污染物的水，例如原水或廢水。含有重金屬或有機污染物的原水或廢水被送入到第一攪拌槽反應器101中，并且與磁性顆粒混合進行處理。磁性顆粒與原水或廢水中的重金屬或有機污染物發(fā)生反應，從而處理原水或廢水。將含有反應后的磁性顆粒的懸浮液201轉(zhuǎn)移到第一磁力分離器102。第一磁力分離器102接收來自第一攪拌槽反應器101的反應后的水，并將反應后的磁性顆粒與經(jīng)處理的水分離。在經(jīng)處理的水排出第一磁力分離器102期間，所吸引的磁性納米或微米顆粒被磁力分離器102的永磁鐵或電磁鐵202提供的磁場保持。所吸引的磁性納米或微米顆粒在移除磁場后利用磁力分離器102中的沖洗系統(tǒng)得以回收?；厥盏拇判约{米或微米顆?？梢酝ㄟ^再生和再 循環(huán)以在另一個處理循環(huán)中應用。圖2示出了磁力分離器102 (以及104)的一個實施例的俯視圖。參照該圖，磁力分離器的主體是一個槽20，槽20中設有多塊擋板200?？梢岳斫?，僅設置一塊擋板也是可行的。圖示實施例為多塊擋板的情況，其中各擋板200在水平方向互相交錯地設置于槽20的兩個側(cè)壁上，以便與側(cè)壁一起形成水平方向的之字形流體通道。該之字形流體通道能夠提供更長停留時間和更大磁性表面面積，便于高效地吸引水中的磁性顆粒。磁力分離器102(以及104)中的磁場由永久磁鐵或電磁鐵202提供。永久磁鐵或電磁鐵202可以結(jié)合到形成磁力分離器之字形通道的擋板200中，或結(jié)合到圖3所示磁力分離器的底部中。使用時，磁力分離器內(nèi)的水位不能高于擋板200，以便為磁性顆粒懸浮液和磁性表面提供更好的接觸。通過磁場將磁性顆粒吸引并保持在擋板200的磁性表面上。經(jīng)處理的水經(jīng)由排水口206從磁力分離器102排出。在將磁場移除后，通過從沖洗系統(tǒng)噴射沖洗溶液將被所吸引的磁性顆粒沖刷掉。圖3示出了具有另一結(jié)構(gòu)的磁力分離器102 (以及104)的截面圖。圖示的磁力分離器中，與地面垂直的方向互相交錯的擋板200與槽20的壁一起構(gòu)成垂直之字形通道。含有磁性顆粒的懸浮液201沿之字形通道上下迂回流動。永久磁鐵或電磁鐵202結(jié)合在槽20的底部210中，通過磁場將磁性顆粒吸引并保持在磁力分離器底部的磁性表面上。經(jīng)處理的水經(jīng)由排水口 206排出。在將磁場移除后，通過從沖洗系統(tǒng)噴射沖洗溶液將被吸引的磁性顆粒沖刷掉。
圖4示出了磁力分離器102 (以及104)的沖洗系統(tǒng)的一個實施例。該沖洗系統(tǒng)包括沖洗溶液供給管203和沖洗溶液噴射管204。沖洗溶液噴射管204上有多個開孔以噴射沖洗溶液。圖5從主視圖的角度示出了磁力分離器中的沖洗系統(tǒng)。箭頭標示了引入的懸浮液的流動方向。沖洗系統(tǒng)的沖洗溶液噴射管204位于磁力分離器擋板200的上部。磁力分離器的槽20的底部從兩側(cè)到中間向下傾斜。在磁性顆粒被沖洗溶液沖刷掉后，磁性顆粒可以由沿槽20的如上傾斜的底部的收集管205收集。收集管205連接到磁力分離器各通道的最低點上，該最低點也是各通道的中點以縮短收集路徑和便于磁性顆粒的收集。如圖1的實施例所示，可將所收集的磁性顆粒懸浮液105轉(zhuǎn)移到另一攪拌槽反應器103，即第二攪拌槽反應器103，與再生溶液混合以進行再生，然后將含有再生后的磁性顆粒的再生溶液轉(zhuǎn)移到另一磁力分離器104，即第二磁力分離器104。第二磁力分離器104執(zhí)行第一磁力分離器102中的相同分離工藝，將所述再生后的磁性顆粒與所述再生溶液分離。然后可以通過沖洗溶液107的沖洗，將再生后的磁性顆粒經(jīng)由返回路徑106返回到第一攪拌槽反應器101,以用于水處理的下一個循環(huán)。優(yōu)選地，第二攪拌槽反應器和第二磁力分離器小于第一攪拌槽反應器和第一磁力分離器102。如果應用的磁性顆粒不能再生和再利用，那么可以除去或忽略水處理系統(tǒng)10中的第二攪拌槽反應器103和第二磁力分離器104。 圖6a、圖6b、圖6c示出了獲專利的磁赤鐵礦納米顆粒(詳見美國專利N0.7，622，423B1)、市售納米零價鐵(nZVI)和實驗室合成的磁性微米顆粒(濃度范圍為0至lg/L)的濃度和樣品濁度之間的線性關系，其中R2大于0.99，這表明磁性顆粒的濃度可由池度表不。示例具有5L容量的水平和垂直流動結(jié)構(gòu)原型已被開發(fā)出來并測試。進行測試是為了確定本發(fā)明對磁性納米或微米顆粒的分離效率。應用了如下三種磁性顆粒進行這些測試，(i )獲專利的磁赤鐵礦納米顆粒(詳見美國專利N0.7，622，423B1)，( ii )市售nZVI，以及
(iii)實驗室合成的磁性微米顆粒。去離子水中含有磁性顆粒的懸浮液(lg/L的磁赤鐵礦納米顆粒或磁性微米顆粒,或150mg/L的nZVI)被引入到磁力分離器中。磁性顆粒通過由本發(fā)明中永久磁鐵或電磁鐵提供的磁場吸引。在一定的停留時間(參考表I)后，收集磁力分離器的流出物，并測定樣品的濁度。通過將流出物的濁度與懸浮液初始濁度進行比較來計算分離效率。還收集并稱重磁性顆粒。結(jié)果如表一所示。表權(quán)利要求
1.一種磁力分離器(102; 104),其包括: 槽(20)，其中設有擋板(200)，以便形成流體通道； 永久磁鐵或電磁鐵(202)，其被結(jié)合到所述擋板(200)中或槽(20)的底部中； 沖洗系統(tǒng)(203，204)，其用于噴射沖洗溶液沖刷所述擋板(200)或所述槽的底部從流體中所吸引的磁性顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力分離器，其中，所述擋板(200)設置為在水平方向互相交錯，以便與槽壁一起形成水平方向的之字形流體通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁力分離器，其中，所述永久磁鐵或電磁鐵(202)結(jié)合在擋板(200)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁力分離器，其中，所述槽的底部設置為從兩側(cè)到中間向下傾斜，使得所述流體通 道的最低點是其中點。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁力分離器，還包括底部收集管(205)，其連接到所述流體通道的最低點，用于收集沖刷掉的磁性顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力分離器，其中，所述擋板(200)設置為在垂直方向互相交錯，以形成垂直方向的之字形流體通道，并且永久磁鐵或電磁鐵(202)結(jié)合在槽(20)的底部中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力分離器，其中，所述沖洗系統(tǒng)(203，204)包括洗溶液供給管(203)和沖洗溶液噴射管(204)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力分離器，其中，所述磁性顆粒是任何種類帶有磁性的納米或微米顆粒。
9.一種水處理系統(tǒng)(10)，其包括: 第一攪拌槽反應器(101 )，在第一攪拌槽反應器中，磁性顆粒與水中的重金屬或有機污染物發(fā)生反應； 如權(quán)利要求1-7所述的第一磁力分離器(102)，其接收來自第一攪拌槽反應器(101)的反應后的水，并將反應后的磁性顆粒與經(jīng)處理的水分離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水處理系統(tǒng)，還包括: 第二攪拌槽反應器(103)，其接收來自第一磁力分離器(102)的磁性顆粒懸浮液，所述反應后的磁性顆粒在第二攪拌槽反應器(103)中被再生溶液再生；以及 第二磁力分離器(104)，其接收來自第二攪拌槽反應器(103)的含有再生后的磁性顆粒的所述再生溶液，并將所述再生后的磁性顆粒與所述再生溶液分離； 返回路徑(106)，所述再生的磁性顆粒與所述再生溶液分離后通過所述返回路徑(106)返回到第一攪拌槽反應器(101)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的水處理系統(tǒng)，其中，所述第二攪拌槽反應器(103)和第二磁力分離器(104)小于第一攪拌槽反應器(101)和第一磁力分離器(102)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于水處理系統(tǒng)的磁力分離器，其能從水中吸引磁性納米或微米顆粒。此磁力分離器包括槽，其中設有擋板，以便形成流體通道；永久磁鐵或電磁鐵，其被結(jié)合到所述擋板中或槽的底部中以提供磁場吸引磁性納米或微米顆粒；沖洗系統(tǒng)，其用于噴射沖洗溶液以沖刷所述擋板或所述槽的底部上被吸引的磁性顆粒；然后，磁性顆?？稍偕爸赜?。本發(fā)明還公開了一種具有上述磁力分離器的水處理系統(tǒng)，其包括第一攪拌槽反應器，在第一攪拌槽反應器中，磁性顆粒與水中的重金屬或有機污染物發(fā)生反應；如上述的第一磁力分離器，其接收來自第一攪拌槽反應器的反應后的水，并將反應后的磁性顆粒與經(jīng)處理的水分離。
文檔編號C02F1/48GK103240173SQ201310049470
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者勞敏慈, 鄧焯楠, 張振 申請人:香港科技大學