一種廢水中重金屬離子旋流強化萃取方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種廢水中重金屬離子旋流強化萃取方法及裝置，該方法包括旋流乳化、混合萃取、旋流分離及聚結深度分離等四個過程，針對含重金屬廢水，將旋流混合、分離，重力沉降與聚結分離相結合，形成了重金屬離子高效萃取及快速深度分離萃取劑的方法，本工藝的優(yōu)勢是萃取分離時間短、效率高，并采用藝預分離、深度分離的組合分離工徹底去除凈化水中的萃取劑，保證凈化水的純度及萃取劑的回收率。本裝置占地面積小、萃取劑使用量少、操作維護成本低，彌補了傳統(tǒng)萃取分離會引入二次污染的不足，能達到綠色環(huán)保的要求，可廣泛應用于廢水處理領域。
【專利說明】一種廢水中重金屬離子旋流強化萃取方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及節(jié)能環(huán)保領域，涉及一種萃取廢水中重金屬離子的旋流強化萃取、旋流分離及聚結分離的方法，以離子液體萃取重金屬離子為原型，確切的說涉及一種萃取劑萃取去除廢水中重金屬的旋流乳化、混合萃取、旋流分離及聚結深度分離的方法與裝置。
【背景技術】[0002]重金屬離子來源廣泛，涉及化工、礦山、機械制造、冶金、電子和儀表等行業(yè)。重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆等特點，既可以直接進入水體、大氣和土壤，造成直接污染，也能在各種環(huán)境中相互遷移，造成間接污染。重金屬不能由微生物降解，在環(huán)境中只能進行形態(tài)間的相互轉化，直接或間接地使人體永久性中毒，引發(fā)多種疾病甚至致癌。因此控制重金屬離子的排放已刻不容緩。目前去除廢水中重金屬離子的方法包括化學沉淀、離子交換、生物絮凝、蒸發(fā)濃縮、溶劑萃取等，但大多數(shù)工藝和設備成本高，效率低，操作復雜，后續(xù)處理困難。其中液液溶劑萃取由于具有能耗低投資小設備簡單適應性強分離效果好易于連續(xù)操作等優(yōu)點已成功用于廢水中重金屬的回收，但傳統(tǒng)的有機萃取劑由于與水有一定的互溶性而且揮發(fā)性大毒性強，會對環(huán)境造成二次污染。為克服傳統(tǒng)萃取分離的缺點，最近一些研究者嘗試將功能化的離子液體用于廢水中重金屬離子的去除和回收，并在實驗室中取得了良好的效果，本申請正是基于以憎水型咪唑型功能離子液體為萃取劑萃取廢水中銅離子的工業(yè)應用為背景的。目前國內外尚未見有離子液體萃取廢水中重金屬的工業(yè)化應用的報道，研究工作一直停留在實驗室階段，本申請集萃取、分離、回收循環(huán)于一體，提供了一種可行的工業(yè)化實施工藝與裝置。
[0003]中國專利申請CN201310556596、發(fā)明人許蕭等，公開了一種使用固體顆粒吸附劑吸附水中重金屬離子的旋流強化方法，涉及固相吸附重金屬離子、旋流強化吸附、旋流分離的方法與裝置。本申請與其不同的是針對液相萃取劑并增加了聚結深度分離單元。中國專利申請CN201410013074，發(fā)明人張劍，公開了一種應用于石油化工油水兩相非均相混合液模塊化高效分離設備，其內件由整流段、粗?；?、強化沉降分離、納米纖維聚結分離幾個部分組成，經過專利 申請人:的指導，本申請的深度聚結分離單元采用了與其相似的原理，但該單元與其對比，應用領域不同、分離相的性質不同、聚結材料的選擇不同及其不需要回收循環(huán)，因此在該段單元的裝置設置上有很大差異。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服傳統(tǒng)液-液溶劑萃取中萃取劑消耗量大、引入二次污染的不足，本申請集萃取、分離、回收循環(huán)于一體，提供了一種廢水中重金屬離子的旋流萃取及萃取劑深度分離的方法及裝置。
[0005]具體的技術方案為:
[0006]一種廢水中重金屬離子旋流強化萃取方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:含重金屬離子的廢水與有機萃取劑分別經由各自的動力單元，按一定壓力和流量比例，先進入旋流預混合萃取單元，受到所述旋流預混合萃取單元中旋流剪切力的乳化混合作用，然后進入螺旋靜態(tài)混合萃取單元，通過所述螺旋靜態(tài)混合萃取單元中內部螺旋元件進行切割、剪切、分流、旋轉和重新匯合，使得有機萃取劑乳化、良好分散混合并充分萃取所述重金屬；
[0008]即，在該步驟中，由于高速旋轉受到旋流剪切力的作用萃取劑將乳化成小液滴成為分散相分散于廢水中并萃取重金屬離子，旋流預混合萃取單元的作用是乳化、預混合、萃取，之后混合流體進入螺旋靜態(tài)混合萃取單元，受內部螺旋元件的切割、剪切、分流、旋轉和重新匯合，從而達到萃取劑乳化、良好分散混合、充分萃取的目的；
[0009]步驟2:步驟I中萃取后的混合液體進入旋流萃取分離單元，在所述旋流萃取分離單元中進行二次萃取及不相溶的兩相的快速分離；兩相分離后，含有萃取劑的比重大于水的有機相從底流口流出回收，凈化水相從溢流口流出單元；
[0010]即，在該步驟中，萃取后液體進入旋流萃取分離單元，在此單元利用不同密度、不相溶的兩相在旋流器中高速旋轉產生的離心場和旋流場達到分離的目的，高流速旋轉同時具有乳化、分散和分 離的作用，可以完成進二次萃取及萃取劑與水的分離過程，萃取劑比重大于水因此萃取劑從底流進行回收，凈化水從溢流流出單元。
[0011]所述凈化水相和所述有機相中的萃取劑按如下方法進行深度分離:
[0012]從溢流口流出的所述凈化水相進入深度聚結分離凈化單元，分別流經高效波紋板聚結分離段和親油纖維深度聚結分離段，使得所述凈化水相中夾帶的少量萃取劑深度分離，得到再次凈化的水相；
[0013]上述再次凈化的原理為:溢流液體帶有少量微小粒徑的萃取劑進入深度聚結分離凈化單元，入口設置布液器以使流場流態(tài)穩(wěn)定，然后流體分別流經高效波紋板聚結分離器和深度纖維聚結分離器，高效波紋板聚結分離器選用表面具有親油疏水性質的開孔波紋板材料，將“淺池原理”和“聚結技術”有效相結合，當含油(有機萃取劑為親油性，簡稱油)廢水通過聚結板堆時波紋板的曲折通道迫使水流形成近似正弦波的流態(tài)，從而增大油珠間的碰撞幾率，促使小油滴的聚結。聚結材料的表面性質和板組結構是影響分離效率的關鍵，波紋板的聚結機理是“潤濕聚結”和“碰撞聚結”，油珠沉集分離的過程大體上是這樣的:由于波紋板是親油的，因此首先在波紋板表面形成一層油膜，隨著水流的不斷經過，油膜逐漸加厚，借助油的表面張力形成一定大小的油珠之后，受油珠本身重力及水流沖力使油珠脫落，隨水流經波谷處沉油孔下沉。再者由于波紋板是波浪形的，流向不斷發(fā)生變化，增加碰撞幾率使小油珠變大，根據Stocks公式，油珠沉降速度與油珠粒徑的平方成正比，且大油珠比表面積變小與水的表面張力相對變小，因此加速了油珠沉降，達到了油水分離的目的。深度纖維聚結分離器由不同親油或親水性的幾種纖維材料編制而成，主要聚結機理是“碰撞聚結”，纖維狀的材料組成的聚結床層，其空隙均構成互相連續(xù)的通道，猶如無數(shù)根直徑很小的交錯的微管，但含油廢水流經床時，兩個或多個油滴會同時與管壁碰撞或相互碰撞，其沖量將使它們合成一個較大的油珠，從而達到逐漸長大，最后完成分離；
[0014]含有大量萃取劑的從底流口流出的所述有機相進入深度聚結分離回收單元，分離后的萃取劑通過收集器回收利用，分離后的水返回含重金屬廢水動力單元入口，再次進入裝置中循環(huán)，直至飽和后；所述深度聚結分離回收單元中的高效波紋板聚結分離段與親油纖維聚結分離段不直接連通。[0015]由于底流液體含有大量萃取劑進入深度聚結分離回收單元，回收單元的分離原理與凈化單元的相同，在聚結材料中油滴經過截留、聚結、遷移和釋放的粗?；^程完成分離，不同的是在此單元中高效波紋板聚結分離段與深度纖維聚結分離段是分開的，由于底流含油量太大因此采用分開分離的方法以方便萃取劑的回收，首先經過高效波紋板聚結段大部分的有機試劑會分離出來，經過下部的收集器進入萃取劑罐回收循環(huán)，然后含有少量油的液體進入深度纖維聚結分離段進行深度分離，分離后的萃取劑通過收集器回收利用，分離后的水與含重金屬廢水一同進入動力單元，再次進入裝置中循環(huán)。
[0016]步驟I中所述有機萃取劑與含重金屬離子的廢水的體積流量比為0.1~5%，廢水中重金屬離子濃度為0.1~lOOOppm。
[0017]萃取劑與含重金屬廢水在旋流萃取分離單元中，經過高流速旋轉具有乳化、分散的作用完成二次萃??；依靠不同密度、不相溶的兩相在旋流器中高速旋轉產生的離心場和旋流場完成萃取劑與廢水的快速分離過程，所述底流口萃取劑回收率為90~99%，操作壓降為 0.1 ~0.2MPa。
[0018]旋流萃取分離單元的溢流流體進入深度聚結分離凈化單元，依次流經高效波紋板聚結分離段和深度纖維聚結分離段，此單元將“淺池原理”和“聚結技術”有效相結合，在聚結材料中油滴(萃取劑親油性簡稱油，下同)經截留、聚結、遷移和釋放的粗粒化過程完成分離，通過對聚結材料的選擇和材料結構的優(yōu)化，可以將粒徑Iym以上的油滴分離完全，本單元出口凈化水中的油含量可以達到5ppm以下。
[0019]所述再次凈化的水相從所述深度聚結分離凈化單元的水出口流出，進入二次凈化單元；所述二次凈化單元選自膜過濾分離裝置、多孔吸附分離裝置或磁分離裝置，以徹底去除凈化水中的有機萃取劑，保證萃取分離后無萃取劑的引入，達到綠色環(huán)保要求。
[0020]實現(xiàn)上述任一方法的裝置，所述裝置包括旋流預混合萃取單元、螺旋靜態(tài)混合萃取單元、旋流萃取分離單元、深度聚結分離回收單元、深度聚結分離凈化單元；
[0021]其中，所述旋流預混合萃取單元包括兩個對稱的進水口和兩個對稱的萃取劑入口、乳化混合萃取腔和軸向排出管，含重金屬離子的廢水和萃取劑以一定壓力和流量比由各自切向進口進入所述乳化混合萃取腔中進行初步乳化混合和萃取，混合后液體通過軸向排出管排出并進入與所述旋流預混合萃取單元串聯(lián)的所述螺旋靜態(tài)混合萃取單元；
[0022]所述螺旋靜態(tài)混合萃取單元由扭向交替變化的螺旋片組成，在此完成萃取劑的進一步乳化混合萃取工作；
[0023]所述旋流萃取分離單元是液-液分離水力旋流器，設有兩個對稱入口、用以排出分離后廢水的溢流口以及用以排出分離后的萃取劑的底流口；
[0024]所述深度聚結分離凈化單元包括高效波紋板聚結分離段和深度纖維聚結分離段兩段聯(lián)通的筒體，所述深度聚結分離凈化單元的入口設有布液器以使流體流場穩(wěn)定，出口設有萃取劑收集器，方便萃取劑聚集回收；
[0025]所述深度聚結分離回收單元包括高效波紋板聚結分離段和深度纖維聚結分離段，且該兩個分離段不直接連通；兩個分離段分別在其入口設有布液器、在出口設有萃取劑收集器；流體先經過此處的高效波紋板聚結分離段，分離后的廢水再進入此處的深度纖維聚結分離段。
[0026]所述裝置還包括二次凈化單元，該單元選自膜過濾分離裝置、多孔吸附分離裝置或磁分離裝置，對深度聚結分離凈化單元流出的凈化水進行二次凈化。
[0027]所述液-液分離水力旋流器為雙切向入口，是單一或者多個并聯(lián)設置。
[0028]所述深度聚結分離回收單元還包括聚結材料，所述萃取劑收集器分別設有液位計。
[0029]較佳的，所述萃取劑與含重金屬離子的廢水體積流量比為I~2%，廢水中重金屬離子濃度為0.1~200ppm，銅離子的萃取效率為97~99%
[0030]較佳的，所述旋流萃取分離單元，經過優(yōu)化設計的此單元的底流萃取劑回收率能達到98%。
[0031]較佳的，所述萃取分離單元中依靠離心場和旋流場完成萃取劑的分離，進口壓力為 0.10 ~0.30MPa。
[0032]較佳的，所述深度聚結分離凈化單元，在此單元流體依次流經高效波紋板聚結分離段和 深度纖維聚結分離段，此單元將“淺池原理”和“聚結技術”有效相結合，在聚結材料中油滴經過截留、聚結、遷移和釋放的粗?；^程完成分離通過挑選合適的聚結材料和材料結構的優(yōu)化，可以將粒徑Iym以上的油滴分離完全，本單元出口凈化水中的油含量可以達到5ppm以下。
[0033]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明采用的萃取及分離方法，首先是利用旋流預混合萃取和螺旋靜態(tài)混合萃取單元產生的旋轉及變化的流場完成萃取劑的乳化、混合及對重金屬離子的充分萃??；然后通過旋流萃取分離單元產生的離心場和旋流場對混合液進行二次萃取及快速高效的分離；之后利用深度聚結分離凈化單元對溢流液體進行深度聚結分離，分離后的萃取劑通過收集器進行回收循環(huán)利用，分離后的凈化水進入二次凈化單元進行更進一步的凈化處理；利用深度聚結分離回收單元對底流液體進行兩段式分離，分離后的萃取劑通過收集器進行回收循環(huán)利用，分離后的水與含重金屬廢水一同進入動力單元再次進入裝置中循環(huán)；二次凈化單元可以根據具體的環(huán)保要求，選擇是否需要及使用單一或組合的方式來達到更高的環(huán)保要求。
[0034]本發(fā)明所述方法中，旋流預混合萃取單元和螺旋靜態(tài)混合萃取單元具有快速乳化、均勻混合、充分萃取的特點，無需專門的乳化萃取機；旋流萃取分離單元具有二次萃取及快速高效分離的特點；深度聚結分離單元可以完成微量微粒徑的萃取劑的深度分離，使萃取劑的回收循環(huán)效率高，避免了二次污染的引入；這些設備都為靜設備，因此該方法具有處理量大、工作長期穩(wěn)定及綠色節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，并且設備操作簡單、占地面積小，克服了傳統(tǒng)萃取分離法中萃取劑耗量大及引入二次污染的問題，可廣泛應用于含有重金屬離子的廢水處理過程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是實施例1的裝置及其處理流程示意圖；
[0036]圖2是旋流預混合萃取單元的結構示意圖，其中(a)是整體結構示意圖，(b)是A向剖面示意圖；
[0037]圖3是旋流萃取分離單元的結構示意圖，其中，(a)是整體結構示意圖，(b)是A向剖面示意圖；
[0038]圖4是深度聚結分離凈化單元的結構示意圖；[0039]圖5是高效波紋板聚結分離段的分離原理圖；
[0040]圖6是深度纖維聚結分離段的分離原理圖。
[0041]符號說明:
[0042]I動力單元；2旋流預混合萃取單元；21對稱分布的切向水入口 ；
[0043]22對稱分布的切向萃取劑入口 ；23乳化混合萃取腔；
[0044]24軸向排出管；3螺旋靜態(tài)混合萃取單元；4旋流萃取分離單元；
[0045]41對稱分布的切向進口 ；42溢流管；43底流出口 ；
[0046]5深度聚結分離凈化單元；51廢水入口 ；52布液器；
[0047]53高效波紋板聚結分離段；54深度纖維聚結分離段；55凈化水出口 ；
[0048]56萃取劑收集器并設有液位計；6 二次凈化單元；7深度聚結分離回收單元。
【具體實施方式】
[0049]下面將結合實施例進一步闡明本發(fā)明的內容，但這些實施例并不限制本發(fā)明的保護范圍。
[0050]影響萃取劑萃取捕獲重金屬離子的效率的因素很多，比如萃取劑乳化程度、乳化液在廢水中的混合程度、萃取劑與廢水的比例、萃取時間、萃取溫度、溶液pH、溶液中無機鹽的含量、溶液中銅離子的濃度等，普遍認為萃取劑乳化的液滴越小，則其與廢水混合的越充分，萃取效果越好。發(fā)明人通過實驗對多種不同的離子液體中多種重金屬離子在不同萃取條件下的萃取效果進行了研究，并得到了各種條件下的萃取效率，為方便敘述現(xiàn)以功能性離子液體[HMPSM] [PF6]萃取溶液中的銅離子(濃度范圍0.1~200ppm)為例簡要說明。
[0051]研究溶液中銅離子濃度對萃取率的影響得到，銅離子的初始濃度對萃取率的影響很小，低于4ppm時萃取率為95~97%，高于IOppm時萃取率為99%以上。研究乳化混合程度和萃取時間對萃取率的影響得到，在超聲混合下混合接觸緊IOs萃取率就達80%,60s后萃取率維持在98%上升緩慢，由于工業(yè)應用處理量大并要求連續(xù)操作，不便采用超聲混合，通過比較和研究本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在一定壓力下廢水和萃取劑同時進入旋流預混合萃取單元，由于結構設計，流體會產生高速旋轉，在旋流剪切力的作用下萃取劑將乳化成小液滴成為分散相分散于廢水中并萃取重金屬離子，旋流預混合萃取單元的作用是乳化、預混合、萃取，之后混合流體進入螺旋靜態(tài)混合萃取單元，受內部螺旋元件的切割、剪切、分流、旋轉和重新匯合，從而達到萃取劑乳化、良好分散混合、充分萃取的目的。因此，本發(fā)明人采用此兩種單元串聯(lián)來達到充分采取的目的。
[0052]研究兩相體積比對萃取率的影響得到，當溶液相與離子液體相的體積比小于70時，銅離子的萃取率在97~99%之間基本不變，體積比當大于70時萃取率逐漸減小，考慮到實際工業(yè)的各種不確定性因素，因此本發(fā)明采用萃取劑與廢水的體積比為50:1。
[0053]研究溫度對萃取率的影響得到，在20~65°C之間的萃取率均接近100%，表明基本不隨溫度變化；對無機鹽對萃取率的影響的研究得到，使銅離子溶液含鹽量為質量分數(shù)I~5%的NaCl，研究發(fā)現(xiàn)萃取率均接近100%，表明鹽度對萃取率基本無影響；研究pH值對萃取率的影響的得到，pH為I~12的溶液的萃取率均接近100%，表明萃取過程不受pH值的影響。
[0054]通過對聚結材料的研究，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，合適材料和結構的親油性開孔波紋板對離子液體具有高效的聚結效果并通過正交試驗找出了適合不同離子液體聚結的纖維聚結材料的材料類型和混編比例，并通過實驗找到了合適的流體速度，即在保證分離效果的前提下的最大處理量。
[0055] 申請人:基于以上研究，設計了以下實施例。
[0056]實施例1
[0057]請參閱圖1，是本實施例的裝置及其處理流程示意圖，該裝置至少包括動力單元
1、旋流預混合萃取單元2、螺旋靜態(tài)混合萃取單元3、旋流萃取分離單元4、深度聚結分離凈化單元5、深度聚結分離回收單元7、二次凈化單元6，動力單元I為進入旋流預混合萃取單元2的液相提供一定的動能，使其后續(xù)的壓力、流量及線速度達到所需要求，通過旋流預混合萃取單元2和螺旋靜態(tài)混合萃取單元3實現(xiàn)萃取劑對重金屬離子充分萃取，通過旋流萃取分離單元4實現(xiàn)二次萃取和萃取后萃取劑與水的高效快速分離，通過深度聚結分離凈化單元5實現(xiàn)對溢流水的凈化和對萃取劑的回收，通過深度聚結分離回收單元7實現(xiàn)對底流萃取劑的聚結回收，通過二次凈化單元6實現(xiàn)對凈化水的二次凈化，其中二次凈化單元6可以選擇性地使用膜過濾分離、多孔吸附分離或磁分離法等裝置。
[0058]進一步，進入旋流預混合萃取單元2時，萃取劑的入口壓力稍高于廢水的入口壓力，以保證萃取劑的順利注入。
[0059]進一步，進入旋流萃取分離單元4時，入口壓力要不小于0.1MPa,以保證旋流分離必要的旋轉速度。
[0060]進一步，深度聚結分離凈化單元5和深度聚結分離回收單元中7的筒體段液體流速為0.005~0.01m/s,以保證聚結分離的效果。
[0061]請參閱圖2，是旋流預混合萃取單元的結構示意圖，該單元包括兩個對稱分布的切向水入口 21和兩個對稱分布的切向萃取劑入口 22、乳化混合萃取腔23和適當插入深度的軸向排出管24，萃取劑與水由各自的切向入口進入乳化混合萃取腔23中產生高速旋轉，乳化混合萃取后由軸向排出管24排出。
[0062]請參閱圖3，是旋流萃取分離單元4的結構示意圖，該單元包括液-液分離水力旋流器，設有兩個對稱分布的切向進口 41以接受前述混合萃取單元的出口混合液、溢流口(溢流管42)以排出分離后的廢水、底流出口 43以排出分離后的萃取劑。
[0063]請參閱圖4，是深度聚結分離凈化單元5的結構示意圖，該單元包括用以接受溢流液的廢水入口 51、用以穩(wěn)定流場流態(tài)的布液器52、高效波紋板聚結分離段53、深度纖維聚結分離段54、用以排出凈化水的凈化水出口 55、設有液位計的萃取劑收集器56，利用液位計可觀察收集萃取液的液位高度；深度聚結分離回收單元7的結構與其類似，不再敘述。
[0064]請參閱圖5和圖6，分別是高效波紋板聚結分離段53的分離原理圖和深度纖維聚結分離段54的分離原理圖，包括疏水性和親水性的纖維聚結分離原理圖。
[0065]利用上述裝置進行廢水中重金屬離子的旋流萃取及萃取劑深度分離的方法，包括以下步驟:含重金屬廢水(通常重金屬離子含量0.1~200ppm)和萃取劑分別經各自的動力單元(如泵)提供一定的壓力(一般不小于0.2MPa)并以50:1的流量比進入旋流預混合萃取單元，之后進入螺旋靜態(tài)混合萃取單元并在此完成充分混合與萃??；之后混合液以
0.1~0.3MPa的壓力進入旋流萃取分離單元并在此完成二次萃取及萃取劑與水的高效快速分離，一般單個旋流管的處理量是0.1~2m3/h ;旋流萃取分離單元的溢流液體與底流液體分別進入深度聚結分離凈化單元和深度聚結分離回收單元，這兩單元的筒體直徑是根據液體在其內流速是0.005~0.01m/S來設計的,其中深度聚結分離凈化單元實現(xiàn)對溢流水的凈化和對萃取劑的回收，深度聚結分離回收單元實現(xiàn)對底流萃取劑的聚結回收，通過二次凈化單元實現(xiàn)對凈化水的二次凈化。
[0066]實驗結果顯示，經過旋流預混合萃取單元和螺旋靜態(tài)混合萃取單元后，重金屬離子的萃取率達到95~98% ;經過優(yōu)化設計的旋流萃取分離單元的底流萃取劑回收率能達到98% ;經深度聚結分離凈化單元后粒徑I μ m以上的萃取劑液滴分離完全，其出口凈化水中的油含量可以達到5ppm以下；以上證明了該方法的處理效果。
[0067]綜上所 述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用來限制本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內容所做的等效變化與修飾，都應為本發(fā)明的技術范疇。
【權利要求】
1.一種廢水中重金屬離子旋流強化萃取方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:含重金屬離子的廢水與有機萃取劑分別經由各自的動力單元，按一定壓力和流量比例，先進入旋流預混合萃取單元，受到所述旋流預混合萃取單元中旋流剪切力的乳化混合作用，然后進入螺旋靜態(tài)混合萃取單元，通過所述螺旋靜態(tài)混合萃取單元中內部螺旋元件進行切割、剪切、分流、旋轉和重新匯合，使得有機萃取劑乳化、良好分散混合并充分萃取所述重金屬； 步驟2:步驟I中經過萃取后的混合液體進入旋流萃取分離單元，在所述旋流萃取分離單元中進行二次萃取及不相溶的兩相的快速分離；兩相分離后，含有萃取劑的比重大于水的有機相從底流口流出回收，凈化水相從溢流口流出單元。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述凈化水相和所述有機相中的萃取劑按如下方法進行深度分離: 從溢流口流出的所述凈化水相進入深度聚結分離凈化單元，分別流經高效波紋板聚結分離段和親油纖維深度聚結分離段，使得所述凈化水相中夾帶的少量萃取劑深度分離，得到再次凈化的水相； 含有大量萃取劑的從底流口流出的所述有機相進入深度聚結分離回收單元，分離后的萃取劑通過收集器回收利用，分離后的水返回含重金屬廢水動力單元入口，再次進入裝置中循環(huán)，直至飽和后；所述深度聚結分離回收單元中的高效波紋板聚結分離段與親油纖維聚結分離段不直接連通。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I中所述有機萃取劑與含重金屬離子的廢水的體積流量比為0.1~5%，廢水中重金屬離子濃度為0.1~lOOOppm。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述底流口萃取劑回收率為90~99%，操作壓降為0.1~0.2MPa。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述再次凈化的水相從所述深度聚結分離凈化單元的水出口流出，進入二次凈化單元；所述二次凈化單元選自膜過濾分離裝置、多孔吸附分離裝置或磁分離裝置。
6.一種實現(xiàn)如權利要求1至5中任一所述方法的裝置，其特征在于，所述裝置包括依次連接的旋流預混合萃取單元、螺旋靜態(tài)混合萃取單元、旋流萃取分離單元、深度聚結分離回收單元、深度聚結分離凈化單元； 其中，所述旋流預混合萃取單元包括兩個對稱的進水口和兩個對稱的萃取劑入口、乳化混合萃取腔和軸向排出管，含重金屬離子的廢水和萃取劑以一定壓力和流量比由各自切向進口進入所述乳化混合萃取腔中進行初步乳化混合和萃取，混合后液體通過軸向排出管排出并進入與所述旋流預混合萃取單元串聯(lián)的所述螺旋靜態(tài)混合萃取單元； 所述螺旋靜態(tài)混合萃取單元由扭向交替變化的螺旋片組成，在此完成萃取劑的進一步乳化混合萃取工作； 所述旋流萃取分離單元是液-液分離水力旋流器，設有兩個對稱入口、用以排出分離后廢水的溢流口以及用以排出分離后的萃取劑的底流口； 所述深度聚結分離凈化單元包括高效波紋板聚結分離段和深度纖維聚結分離段兩段聯(lián)通的筒體，所述深度聚結分離凈化單元的入口設有布液器以使流體流場穩(wěn)定，出口設有萃取劑收集器，方便萃取劑聚集回收；所述深度聚結分離回收單元包括高效波紋板聚結分離段和深度纖維聚結分離段，且該兩個分離段不直接連通；兩個分離段分別在其入口設有布液器、在出口設有萃取劑收集器；流體先經過此處的高效波紋板聚結分離段，分離后的廢水再進入此處的深度纖維聚結分離段。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括二次凈化單元，該單元選自膜過濾分離裝置、多孔吸附分離裝置或磁分離裝置，對深度聚結分離凈化單元流出的凈化水進行二次凈化。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述液-液分離水力旋流器為雙切向入口，是單一或者多個并聯(lián)設置。
9.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述深度聚結分離回收單元還包括聚結材料，所述 萃取劑收集器分別設有液位計。
【文檔編號】C02F1/62GK103922499SQ201410175459
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】盧浩, 楊強, 彭昌軍, 許蕭, 王朝陽, 劉夢瑩, 車佳寧, 吳蔚閎 申請人:華東理工大學