[发明专利]一种能够规模化连续回收废水中磁性纳米颗粒的方法与设备

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种能够规模化连续回收废水中磁性纳米颗粒的方法与设备。

背景技术

如何去除水体中的各种污染物对保护水环境和解决当前水环境严重污染问题具有重要的意义。在众多去除方法中，超顺磁分离技术具有简单、快速的优点，近年来已成为一个重要的研究热点，所谓超顺磁分离技术是指通过定制的超顺磁性吸附剂对目标污染物产生吸附去除，然后通过外加磁场来简单、快速地从溶液中回收这些吸附剂的技术。超顺磁性吸附剂是指以低于30nm的超顺磁性纳米颗粒为功能化基核（通过将其包覆或直接在其表面修饰）的吸附剂，纳米粒径的超顺磁性吸附剂既具有纳米吸附剂的高吸附性能又具有可通过外加磁场从溶液中低成本、快速回收的优良性能，且吸附剂回收后无剩磁，易于重新分散（超顺磁性的基本特征），因而便于重复利用。

然而在磁性纳米颗粒吸附去除废水中的目标污染物后，如何从大体积废水溶液中高效回收这些弱磁性纳米颗粒仍是一个突出的难题。目前所普遍采用的高梯度磁分离装置存在分离规模受到磁场强度和聚磁介质容量的限制、只能间歇操作、分离成本随规模变大而显著增加和被捕获的磁颗粒难以从聚磁介质上完全清除下来等缺陷。因此开发一种既容易放大且能连续的从废水中高效回收磁性纳米颗粒的方法和装置对于磁分离技术的进一步发展和工业化应用有着非常重要的意义。

近几十年发展起来的用于水溶液中颗粒富集分离的气泡吸附分离技术，简称气浮分离技术，它是依据气泡和颗粒间表面相互作用力的原理，以气泡作为载体使溶液中的胶体颗粒等附着或吸附在“气-液”界面而与母液快速分离从而实现颗粒富集和远距离捕获的方法。它具有装置简单、易于放大、可连续操作、能耗低等优点，已在矿物、煤和塑料等颗粒的浮选分离方面有着广泛的应用。

基于此，本发明提出将气浮技术耦合到超顺磁分离技术中，即：将气泡对超顺磁性颗粒的表面作用力辅助磁场的磁力共同用于磁性纳米颗粒的捕获，以大大强化磁分离过程，使得磁分离过程易于放大，并在此原理基础上进一步开发可连续操作的高效气助磁分离设备。最终为解决废水溶液中磁性纳米颗粒的规模化回收难题提供一个可行的方法和高效的设备。本发明方法的提出将大大促进超顺磁分离技术在废水中各种污染物处理的广泛应用，特别是规模化连续应用，为该技术的进一步快速发展提供支撑。

发明内容

针对目前高梯度磁分离装置从水体中回收磁性颗粒的缺陷，本发明提供一种能够规模化连续回收废水中磁性纳米颗粒的方法与设备，通过将气泡对磁颗粒的表面力引入磁分离过程，大大强化该过程且使得其易于放大和连续，由此解决废水溶液中磁性纳米颗粒的回收过程难以放大、不可连续操作与分离成本高等难题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种能够规模化连续回收废水中磁性纳米颗粒的方法，包括如下步骤：

采用连续气助磁分离设备，所述设备包括带有曝气功能的气浮柱和设置于其顶部的能够调速并能连续转动的磁辊，首先向气浮柱中泵入无磁颗粒的清液至液面与磁辊刚好接触，开通气阀，控制气体以一定流速连续通过气浮柱，然后将充分悬浮的吸附污染物的磁性纳米颗粒废水溶液连续泵入气浮柱中，上升气泡连续对磁性纳米颗粒进行捕获并富集到液面形成磁性纳米颗粒溶液富集区，在磁力作用与气泡对其施加的表面力共同作用下，磁性纳米颗粒被磁辊连续导出，在刮板的作用下进入磁性纳米颗粒接收槽，底部清液从清液出口经U型液位调节管流入清液接收槽，从而实现磁性纳米颗粒的规模化连续回收。

进一步地，污染物选自一种或两种以上的无机离子或有机物。

进一步地，磁性纳米颗粒选自通过包埋法或表面修饰法所得的以超顺磁性纳米颗粒为基核的纳米颗粒，或通过磁场能够分离，粒径为5~500nm的纳米颗粒。

进一步地，气体选自空气或者惰性气体，通入的气体的流量控制为0~1000 L/min。

上述方法的原理主要体现在连续气助磁分离设备中，该方法能连续化操作且易于放大，使用低场永磁铁且操作成本和设备成本低廉，能有效解决磁颗粒回收过程中难以连续与放大的问题。

一种用于上述方法的连续气助磁分离设备，包括气浮柱和磁辊，气浮柱的顶部设置磁辊，气浮柱的底部设有气体分布器，气浮柱的上部设置料液入口，气浮柱的下部设置清液出口；所述的磁辊由变速电机驱动，由套筒和磁辊内筒构成，磁辊内筒磁路具有一定均匀表面磁场强度，能快速捕获磁性纳米颗粒，套筒外设置刮板与套筒接触，便于磁性纳米颗粒刮下。通过变速电机、套筒和磁辊内筒组合的改变，可实现不同的转动速度与转动方式。