[发明专利]一种塔式吸附反应器及其去除水中重金属离子的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速去除水源水中重金属离子的系统及方法，更具体的说是一种塔式吸附反应器及其去除水中重金属离子的系统和方法。

背景技术

我国每年发生的水污染突发事件高达60余起，其中重金属污染就占一半以上。由于重金属对人体健康有极大的威胁。目前文献报道的水中重金属离子去除方法主要有活性炭吸附法、膜法、化学沉淀法和树脂吸附法，这些方法在应用过程中存在以下问题：1）活性炭作为一种传统的饮用水深度处理技术在国内水厂得到较多的应用，然而活性炭对重金属离子的吸附容量较低，其吸附容量仅为40-50毫克/克，且活性炭对重金属离子的吸附速率也较低，无法满足快速处置的要求，另外活性炭吸附饱和后不易再生，无法重复使用；2）膜滤法可以有效去除水中各类污染物质，是水处理领域常用技术之一，但膜滤装置投资、运行费用较高，不适宜大水量处理与应用，且膜污染的问题没有得到根本解决；3）化学沉淀法可以快速去除水中重金属离子，已经在水污染应急处置中得到应用，但是化学沉淀法对于低浓度重金属离子去除效果不佳，且在处置过程中需要添加药剂，会改变水质，在处置后会产生大量含重金属的污泥不易处理；4）树脂吸附技术作为国外饮用水深度处理的主流技术目前正在国内进行积极的推广，然而无论是固定床吸附工艺还是混合式反应器，都存在着设备繁冗、操作流程复杂的不足。

    现有公开专利中的应急处理重金属污染的方法主要为磁性树脂吸附法和混凝/化学沉淀法，上述方法虽然有自身的优势并已经应用在去除水中重金属离子，但是在实际应用过程中依然存在一些不足，需要改进和提高。比如基于磁性树脂吸附为核心的技术，中国专利申请，名称：一种铁、锰超标水源水的应急预处理系统及其处理方法，公开号：CN102107965A；中国专利申请，名称：一种基于分体式水力循环反应器的水中重金属离子快速去除系统与方法，公开号：CN102603100，都采用磁性树脂吸附去除水中重金属离子，但是仍然存在不足之处：吸附后的磁性树脂需要进行固液分离，因此系统中必须设有足够大的树脂沉降分离区，不仅增加了设备投资，且树脂沉降时间延长了处理周期；磁性树脂粒径较小，虽然包含有磁性氧化铁颗粒易于沉降，但是随着处理周期的增加，不可避免的存在着磁性树脂破碎、磁性减弱的现象，因此随着使用周期的增加，树脂流失现象会逐渐加重；磁性树脂吸附后的再生通常需要通过转移到再生罐中脱附、再生，在树脂转运过程中需要蠕动泵输送，这在一定程度上加快了磁性树脂的破碎、磨损；基于混凝/化学沉淀为核心的技术，比如中国专利申请名称：一种利用导流明渠应急处理铁、锰超标水体的方法，公开号：CN101905920，利用导流明渠投加药剂进行混凝/化学沉淀法进行重金属污染治理，虽然实现污染的原位处置，但是存在以下的不足：不仅占地面积过大，且需要建截流坝、溢流坝、开挖导流明渠，工程量极大，不适宜水厂应用；混凝/化学沉淀产生的大量废渣不易处理，容易导致后续环境问题，大量药剂的投加会造成水质变化，如pH值增加、浊度增加。

    因此开发出占地面积小、处理效率高，且无二次污染的重金属污染应急处理系统和方法具有重要的实际意义。

发明内容

发明要解决的技术问题

针对现有水中重金属离子快速去除系统体积大，以及树脂的破碎、磨损和后续环境问题等缺陷，本发明提供一种塔式吸附反应器及其去除水中重金属离子的系统和方法，利用塔式吸附反应器和内部纤维吸附材料，快速吸附去除水源水中的重金属离子，并通过原位脱附再生实现纤维吸附材料的重复使用。

技术方案

发明原理：本发明利用塔式吸附反应器占地面积小、结构简单的特点，通过塔式吸附反应器中的螯合纤维快速吸附去除水中重金属离子。

一种塔式吸附反应器，其包括塔身、布水器、螺旋式多孔褶板、纤维吸附材料和集水器，布水器位于塔内顶端，塔身内有螺旋式多孔褶板，螺旋式多孔褶板的凹槽内覆有纤维吸附材料，集水器在塔内底部。

一种去除水中重金属离子的系统，包括单个或多个并联的塔式吸附反应器、脱附剂配制槽、再生剂配制槽、管路、反渗透膜滤装置和减压蒸馏器，所述塔式吸附反应器脱附剂进口与脱附剂配制槽出口通过管路相连，塔式吸附反应器再生剂进口与再生剂配制槽相连，塔式吸附反应器脱附流出液出口与反渗透膜滤装置进口相连，反渗透膜滤装置的膜滤浓缩液出口和膜滤出水口分别与减压蒸馏器和脱附剂配制槽相连。

所述的吸附材料为南京大学申请的中国专利，名称： 一种胺修饰的纤维状应急吸附材料及其制备方法，专利公开号：CN102489268A。