CN117361764A - 一种工业用水的制备方法及处理*** - Google Patents

一种工业用水的制备方法及处理*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业用水的制备方法，包括：长江原水通过进水泵进入改性生物炭反应塔，改性生物炭反应塔内部装有改性生物炭填料；改性生物炭填料占整个改性生物炭反应塔体积的80～90％；原水从改性生物炭反应塔的底部进入塔内，自下而上流出；原水在塔中的停留时间为15～22min；改性生物炭反应塔运行450～520h后反洗，反洗时间是8～20min；所述原水通过一级提升泵进入超滤***，超滤***中放置改性超滤膜，超滤的压力为0.2～0.4MPa，产水率在80～95％；经过超滤后，水质为浊度，悬浮物为1～3mg/L，总有机碳，细菌总数，藻含量等都达到工业用水标准。

Description

一种工业用水的制备方法及处理***
技术领域
本发明涉及工业制水技术领域，具体涉及一种工业用水的净化处理的技术和方法。
背景技术
我国长江流域的水资源十分丰富。目前，长江流域水资源可利用量超过2000多亿立方米，但是其利用率低，只有20％多。因此，对长江原水进行多方面开发利用，是一个值得深入研究的方向。长江下游的原水情况复杂，因局部污染，富营养化等原因，造成水质情况复杂且多变，存在浊度，悬浮物，藻类，微生物高等问题，对其进行研究，可以极大开发长江下游的水资源，促进水资源合理利用。
我市对于长江引水工程的建设一直未放松。对长江原水进行研究，将其转化为可以利用的工业用水，可以显著减少企业的用水成本。到目前为止，还没有同时去除浊度，悬浮物，藻类，微生物，总有机碳的工艺。急需根据长江原水的水质水量情况，开发出经济、高效的处理工艺，积极应对日益严格的环境保护法规。
发明内容
因此，本发明的要解决的技术问题是，根据下游长江原水水质水量情况，提供一种长江原水制备工业用水的处理方法，有效去长江原水中的浊度，悬浮物，藻类，微生物，总有机碳，产生高品质的工业水，高品质的工业水利用于水资源的生产回用。本发明要解决的另一个技术问题是，提供实施该处理方法的处理***。
本发明的技术方案是，一种工业用水的制备方法，包括如下步骤：
采用长江原水为原料制备，所述原水的水质：浊度为67～79NTU，悬浮物为56～89mg/L，总有机碳为2.5～4.3mg/L，细菌总数1.2～2.3×105个/L，藻含量为3.4～9.5×105个/L；
a、所述原水通过进水泵进入改性生物炭反应塔，改性生物炭反应塔内部装有改性生物炭填料；所述改性生物炭填料是以水稻秸秆经干燥粉碎后，用硫酸铁溶液浸泡改性得到；改性生物炭填料占整个改性生物炭反应塔体积的80～90％；原水从改性生物炭反应塔的底部进入塔内，自下而上流出；原水在塔中的停留时间为15～22min；改性生物炭反应塔运行450～520h后反洗，反洗时间是8～20min；
b、所述原水通过一级提升泵进入超滤***，超滤***中放置改性超滤膜，超滤的压力为0.2～0.4MPa，产水率在80～95％；
c、经过超滤后，水质为浊度为0.2～0.4NTU，悬浮物为1～3mg/L，总有机碳为0.2～0.9mg/L，细菌总数77～234个/L，藻含量为34～56个/L。
改性生物炭反应塔可以过滤原水的浊度和悬浮物，同时吸附原水中的总有机碳，改性生物炭对去除原水中的细菌和藻类没有效果。经过改性过滤塔后，原水的水质浊度为5～11NTU，悬浮物为11～23mg/L，总有机碳为0.4～1.2mg/L。最后经过超滤后，水质达到工业水用水标准，通过排水泵排入工业水管网。
根据本发明的一种工业用水的制备方法，优选的是，步骤a所述原水在塔中的停留时间为16～21min；反洗时间是10～15min；步骤b为错流过滤。
根据本发明的一种工业用水的制备方法，优选的是，步骤a所述改性生物炭填料的制备方法是：1)生物炭原料选取：以水稻秸秆为生物炭原料，清洗充分，晾干，100-110℃烘干充分，自然冷却，将干的水稻秸秆放入粉碎机粉碎，粉碎后放入研磨机研磨成细粉；2)配制质量比为4～9％的硫酸铁溶液，将水稻秸秆细粉按照固液比1：(3～6)浸置在硫酸铁溶液中，浸置时间为5～8h，过滤后晾干；3)水稻秸秆细粉以3～5℃/min升温至685～775℃，恒温热解40～65min，自然冷却，制备得到改性生物炭填料。
步骤1)的清洗优选用自来水冲洗2～3遍，将水稻秸秆表面的泥土清洗干净。
本发明针对原水的水质特性，开发制备了改性生物炭填料。改性生物炭填料比表面积为19.2～24.6m2/g，对有机物具有很好的吸附作用。
根据本发明的一种工业用水的制备方法，在改性生物炭填料制备中，优选的是，步骤1)所述烘干时间为2～4h；步骤1)中筛选100～200目的水稻秸秆细粉；
根据本发明的一种工业用水的制备方法，在改性生物炭填料制备中，优选的是，步骤2)所述硫酸铁溶液的质量浓度为5～7％；步骤3)所述恒温热解时间为45～65min。
根据本发明的一种工业用水的制备方法，在改性生物炭填料制备中，优选的是，步骤3)水稻秸秆细粉以3～5℃/min升温至695～765℃，所述恒温热解时间为45～60min。
根据本发明的一种工业用水的制备方法，优选的是，步骤b所述改性超滤膜制备方法为：1)选取聚氯乙烯(PVC)，聚乙二醇相对重均分子量为400～420；聚乙二醇，相对重均分子量为6.5～6.8*104；2)将N,N-二甲基乙酰胺溶液放入反应釜，按照每升N,N-二甲基乙酰胺溶液中放入305～320g聚氯乙烯、55～60g聚乙二醇(相对重均分子量为400～420)、12～17g聚乙二醇(相对重均分子量为6.5～6.8*104)，在55～59℃下搅拌6～8h，静置22～31min后离心脱泡4min以上，并放入55-65℃烘箱中保温，形成铸膜液；3)将保持温度的铸膜液倾倒在干燥洁净的板上，用机械刮刀将铸膜液铺展到板上，然后将带有液相膜的板浸入温度为25～28℃水凝固浴中固化成膜，将膜从板上揭下，用超纯水反复多次冲洗；保存在超纯水中备用，得到改性超滤膜。
所述改性超滤膜根据原水水质制备而成。
改性超滤膜的孔隙率位56.1～63.2％，纯水通量为457.1～578.2L/(m2.h)，平均孔径为16.2～17.3nm。改性超滤膜可以有效去除水中的浊度、微生物和藻类。
根据本发明的一种工业用水的制备方法，在改性超滤膜的制备中，优选的是，步骤1)所述聚氯乙烯的聚合度2850～2970；聚氯乙烯的相对重均分子量为7.2～7.9*104；
优选的是，步骤2)所述板为玻璃板。
根据本发明的一种工业用水的制备方法，在改性超滤膜的制备中，优选的是，步骤2)中，在57～59℃下机械搅拌7～8h，静置25～30min后离心脱泡5～8min。
本发明还提上述一种工业用水的制备方法的处理***，包括进水泵、改性生物炭吸附塔、改性生物炭填料、一级提升泵、超滤***、改性超滤膜、出水泵；所述进水泵与所述改性生物炭吸附塔连接，所述改性生物炭吸附塔内设置有改性生物炭填料；所述改性生物炭吸附塔的出口与一级提升泵连接；所述一级提升泵与超滤***连接，所述超滤***内放置有改性超滤膜；所述超滤***的出口与出水泵连接。
综上所述，本发明所述的工业水的制备处理方法的工艺，生产运行成本低，运用了生物炭技术，降低了二氧化炭排放，充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色生产工艺。
附图说明
图1是本发明的工业用水的制备处理***。
图中，进水泵1、改性生物炭吸附塔2、改性生物炭3、一级提升泵4、超滤***5、改性超滤膜6、出水泵7。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
实施例1：
一种工业用水的制备处理***，包括进水泵、改性生物炭吸附塔、改性生物炭、一级提升泵、超滤***、改性超滤膜、出水泵。
长江原水经过简单混凝沉淀处理，得到的原水的水质浊度为79NTU，悬浮物为89mg/L，总有机碳为4.3mg/L，细菌总数2.0*105个/L，藻含量为8.6*105个/L。
所述原水通过进水泵进入改性生物炭反应塔，改性生物炭反应塔内部装有改性生物炭填料。原水从改性生物炭反应塔的底部进入塔内，自下而上流出。整个改性生物炭反应塔改性生物炭填料占整个改性生物炭反应塔体积的90％，原水在塔中的停留时间为21min。改性生物炭反应塔运行450h后反洗，反洗时间是15min。改性生物炭反应塔可以过滤原水的浊度和悬浮物，同时吸附原水中的总有机碳，改性生物炭对去除原水中的细菌和藻类没有效果。经过改性过滤塔，原水的水质浊度为10NTU，悬浮物为21mg/L，总有机碳为0.9mg/L。
本发明针对原水的水质特性，开发制备了改性生物炭填料：1)生物炭原料选取：以水稻秸秆为生物炭原料，先用自来水冲洗3遍，将水稻秸秆表面的泥土清洗干净，晾干，放置105℃烘箱中4h，自然冷却，将干的水稻秸秆放入粉碎机粉碎，粉碎后放入研磨机研磨成细粉，筛选200目的水稻秸秆细粉。2)配制质量比为7％的硫酸铁溶液，将水稻秸秆细粉按照固液比1：6浸置在硫酸铁溶液中，浸置时间为8h，过滤后晾干。2)水稻秸秆细粉放入马弗炉中，以3℃/min升温至775℃，恒温热解65min，自然冷却，形成水稻秸秆生物炭，制备得到改性生物炭催化剂。改性生物炭催化剂比表面积为24.6m2/g，对有机物具有很好的吸附作用。
所述原水通过一级提升泵进入超滤***，超滤***中放置改性超滤膜，超滤的压力为0.4MPa，错流过滤，产水率在95％。
所述改性超滤膜根据原水水质制备而成。制备步骤为：1)选取聚氯乙烯(PVC)，聚合度2970，相对重均分子量为7.9*104；聚乙二醇相对重均分子量为420；聚乙二醇，相对重均分子量为6.8*104。2)将N,N-二甲基乙酰胺溶液放入反应釜，按照每升N,N-二甲基乙酰胺溶液中放入320g聚氯乙烯、60g聚乙二醇(相对重均分子量为420)、12g聚乙二醇(相对重均分子量为6.8*104)，在59℃下机械搅拌8h，静置30min后离心脱泡8min，并放入60℃烘箱中保温，形成铸膜液。3)将保持温度的铸膜液倾倒在干燥洁净的玻璃板上，用机械刮刀将铸膜液铺展到玻璃板上，然后将带有液相膜的玻璃板浸入温度为28℃水凝固浴中固化成膜，将膜从玻璃板上揭下，用超纯水反复多次冲洗。保存在超纯水中备用，得到改性超滤膜。孔隙率位60.7％，纯水通量为548.2L/(m2·h)，平均孔径为17.1nm。改性超滤膜可以有效去除水中的浊度、微生物和藻类。
经过超滤后，水质为浊度为0.3NTU，悬浮物为2mg/L，总有机碳为0.7mg/L，细菌总数198个/L，藻含量为43个/L。水质达到工业水用水标准，通过排水泵排入工业水管网。
实施例2
一种工业用水的制备处理***，包括进水泵、改性生物炭吸附塔、改性生物炭、一级提升泵、超滤***、改性超滤膜、出水泵。
长江原水经过简单混凝沉淀处理，得到的原水的水质浊度为71NTU，悬浮物为67mg/L，总有机碳为3.4mg/L，细菌总数1.7*105个/L，藻含量为6.2*105个/L。
所述原水通过进水泵进入改性生物炭反应塔，改性生物炭反应塔内部装有改性生物炭填料。原水从改性生物炭反应塔的底部进入塔内，自下而上流出。整个改性生物炭反应塔改性生物炭填料占整个改性生物炭反应塔体积的85％，原水在塔中的停留时间为18min。改性生物炭反应塔运行478h后反洗，反洗时间是12min。改性生物炭反应塔可以过滤原水的浊度和悬浮物，同时吸附原水中的总有机碳，改性生物炭对去除原水中的细菌和藻类没有效果。经过改性过滤塔，原水的水质浊度为7NTU，悬浮物为16mg/L，总有机碳为0.7mg/L。
本发明针对原水的水质特性，开发制备了改性生物炭填料：1)生物炭原料选取：以水稻秸秆为生物炭原料，先用自来水冲洗2遍，将水稻秸秆表面的泥土清洗干净，晾干，放置105℃烘箱中3h，自然冷却，将干的水稻秸秆放入粉碎机粉碎，粉碎后放入研磨机研磨成细粉，筛选100目的水稻秸秆细粉。2)配制质量比为6％的硫酸铁溶液，将水稻秸秆细粉按照固液比1：4浸置在硫酸铁溶液中，浸置时间为6h，过滤后晾干。2)水稻秸秆细粉放入马弗炉中，以4℃/min升温至715℃，恒温热解53min，自然冷却，形成水稻秸秆生物炭，制备得到改性生物炭催化剂。改性生物炭催化剂比表面积为22.3m2/g，对有机物具有很好的吸附作用。
所述原水通过一级提升泵进入超滤***，超滤***中放置改性超滤膜，超滤的压力为0.2MPa，错流过滤，产水率在85％。
所述改性超滤膜根据原水水质制备而成。制备步骤为：1)选取聚氯乙烯(PVC)，聚合度2900，相对重均分子量为7.5*104；聚乙二醇相对重均分子量为400；聚乙二醇，相对重均分子量为6.7*104。2)将N,N-二甲基乙酰胺溶液放入反应釜，按照每升N,N-二甲基乙酰胺溶液中放入309g聚氯乙烯、55g聚乙二醇(相对重均分子量为400)、17g聚乙二醇(相对重均分子量为6.7*104)，在58℃下机械搅拌7h，静置27min后离心脱泡5min，并放入60℃烘箱中保温，形成铸膜液。3)将保持温度的铸膜液倾倒在干燥洁净的玻璃板上，用机械刮刀将铸膜液铺展到玻璃板上，然后将带有液相膜的玻璃板浸入温度为26℃水凝固浴中固化成膜，将膜从玻璃板上揭下，用超纯水反复多次冲洗。保存在超纯水中备用，得到改性超滤膜。孔隙率位59.3％，纯水通量为487.3L/(m2·h)，平均孔径为16.7nm。改性超滤膜可以有效去除水中的浊度、微生物和藻类。
经过超滤后，水质为浊度为0.2NTU，悬浮物为2mg/L，总有机碳为0.5mg/L，细菌总数98个/L，藻含量为40个/L。水质达到工业水用水标准，通过排水泵排入工业水管网。
综上所述，本发明所述的工业水的制备处理方法的工艺，生产运行成本低，运用了生物炭技术，降低了二氧化炭排放，充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色生产工艺。

Claims (10)

1.一种工业用水的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
采用长江原水为原料制备，所述原水的水质：浊度为67～79NTU，悬浮物为56～89mg/L，总有机碳为2.5～4.3mg/L，细菌总数1.2～2.3×105个/L，藻含量为3.4～9.5×105个/L；
a、所述原水通过进水泵进入改性生物炭反应塔，改性生物炭反应塔内部装有改性生物炭填料；所述改性生物炭填料是以水稻秸秆经干燥粉碎后，用硫酸铁溶液浸泡改性得到；改性生物炭填料占整个改性生物炭反应塔体积的80～90％；原水从改性生物炭反应塔的底部进入塔内，自下而上流出；原水在塔中的停留时间为15～22min；改性生物炭反应塔运行450～520h后反洗，反洗时间是8～20min；
b、所述原水通过一级提升泵进入超滤***，超滤***中放置改性超滤膜，超滤的压力为0.2～0.4MPa，产水率在80～95％；
c、经过超滤后，水质为浊度为0.2～0.4NTU，悬浮物为1～3mg/L，总有机碳为0.2～0.9mg/L，细菌总数77～234个/L，藻含量为34～56个/L。
2.根据权利要求1所述的一种工业用水的制备方法，其特征在于：步骤a所述原水在塔中的停留时间为16～21min；反洗时间是10～15min；步骤b为错流过滤。
3.根据权利要求1所述的一种工业用水的制备方法，其特征在于：步骤a所述改性生物炭填料的制备方法是：1)生物炭原料选取：以水稻秸秆为生物炭原料，清洗充分，晾干，100-110℃烘干充分，自然冷却，将干的水稻秸秆放入粉碎机粉碎，粉碎后放入研磨机研磨成细粉；2)配制质量比为4～9％的硫酸铁溶液，将水稻秸秆细粉按照固液比1：(3～6)浸置在硫酸铁溶液中，浸置时间为5～8h，过滤后晾干；3)水稻秸秆细粉以3～5℃/min升温至685～775℃，恒温热解40～65min，自然冷却，制备得到改性生物炭填料。
4.根据权利要求3所述的一种工业用水的制备方法，其特征在于：步骤1)所述烘干时间为2～4h；步骤1)中筛选100～200目的水稻秸秆细粉。
5.根据权利要求3所述的一种工业用水的制备方法，其特征在于：步骤2)所述硫酸铁溶液的质量浓度为5～7％；步骤3)所述恒温热解时间为45～65min。
6.根据权利要求3所述的一种工业用水的制备方法，其特征在于：步骤3)水稻秸秆细粉以3～5℃/min升温至695～765℃，所述恒温热解时间为45～60min。
7.根据权利要求1所述的一种工业用水的制备方法，其特征在于：步骤b所述改性超滤膜制备方法为：1)选取聚氯乙烯(PVC)，聚乙二醇相对重均分子量为400～420；聚乙二醇，相对重均分子量为6.5～6.8*104；2)将N,N-二甲基乙酰胺溶液放入反应釜，按照每升N,N-二甲基乙酰胺溶液中放入305～320g聚氯乙烯、55～60g聚乙二醇(相对重均分子量为400～420)、12～17g聚乙二醇(相对重均分子量为6.5～6.8*104)，在55～59℃下搅拌6～8h，静置22～31min后离心脱泡4min以上，并放入55-65℃烘箱中保温，形成铸膜液；3)将保持温度的铸膜液倾倒在干燥洁净的板上，用机械刮刀将铸膜液铺展到板上，然后将带有液相膜的板浸入温度为25～28℃水凝固浴中固化成膜，将膜从板上揭下，用超纯水反复多次冲洗；保存在超纯水中备用，得到改性超滤膜。
8.根据权利要求7所述的一种工业用水的制备方法，其特征在于：步骤1)所述聚氯乙烯的聚合度2850～2970；聚氯乙烯的相对重均分子量为7.2～7.9*104。
9.根据权利要求7所述的一种工业用水的制备方法，其特征在于：步骤2)中，在57～59℃下机械搅拌7～8h，静置25～30min后离心脱泡5～8min；步骤2)所述板为玻璃板。
10.权利要求1所述一种工业用水的制备方法的处理***，其特征在于：包括进水泵、改性生物炭吸附塔、改性生物炭填料、一级提升泵、超滤***、改性超滤膜、出水泵；所述进水泵与所述改性生物炭吸附塔连接，所述改性生物炭吸附塔内设置有改性生物炭填料；所述改性生物炭吸附塔的出口与一级提升泵连接；所述一级提升泵与超滤***连接，所述超滤***内放置有改性超滤膜；所述超滤***的出口与出水泵连接。
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