[发明专利]一种加速纳米颗粒悬浮液固液分离的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速纳米颗粒悬浮液固液分离的方法，属于废水处理技术领域，具体为投加有机高分子絮凝剂PAM加速纳米颗粒悬浮液固液分离，提高纳米材料处理出水水质的方法。

背景技术

纳米材料是本世纪最具发展潜力的材料之一，由于对水中重金属、有机卤化物等污染物去除具有显著效果，近年来已广泛应用于环境中污水治理、城市固体废弃物处理、空气净化等领域。然而，纳米材料潜在危害也逐渐被人们所关注，如其生物毒性已成为一个研究热点。鉴于纳米材料的生物毒性及广泛应用导致的潜在风险，水体中纳米颗粒必须予以去除，以消除其潜在隐患。

由于纳米颗粒粒径小、分散度高，强烈的布朗运动使其在水体中可以克服重力作用而不下沉，保持分散体系处于平衡状态，致使纳米颗粒悬浮液难以发生固液分离。该特性严重制约着纳米材料在废水处理中的应用。例如，对间歇式纳米材料反应器（如专利CN 102849849及专利CN 102583689）所示，为使纳米颗粒与处理后废水分离，保证出水水质，需延长水力停留时间（HRT）和增大池体面积，致使设备/装置污水处理能力降低和基建费用增加；对于连续式纳米材料反应器（如专利CN 102897889）所示，该特性还会限制沉淀设备的表面水力负荷，致使污水处理能力受到极大限制。更为严重的是，出水因含纳米颗粒悬浮物，导致水质难以达标。

当前废水处理技术领域中，用于悬浮液中固液分离的方法及技术种类繁多。但目前用于将纳米颗粒悬浮液固液分离的方法与技术存在诸多不足，比如中国发明专利CN 102583689 A介绍了 “一种纳米零价铁-电磁系统去除电镀废水中重金属的方法及其装置”，通过装置底部电磁铁产生磁场力分离磁性纳米颗粒，反应后大量磁性纳米材料转化为非磁性纳米材料，该系统无法将非磁性纳米颗粒如Fe_x(OH)_y絮体从处理后废水中完全分离，出水因含有较高浓度非磁性颗粒，致使出水水质超标。此外，该设备造价高、耗电量大、结构复杂，导致污水处理成本和设备运行维护成本过高。为减少上清液中纳米颗粒残留量、保证出水水质达标、降低污水处理成本，有必要寻求一种既经济又能快速实现纳米颗粒悬浮液固液分离的方法与技术。

发明内容

本发明主要是为了解决纳米材料在废水处理中难以沉降及影响出水水质的问题，以及克服现有专利对非磁性材料分离效率低下等不足，提供一种加速纳米颗粒悬浮液固液分离的方法。通过向纳米颗粒悬浮液中投加有机高分子絮凝剂PAM，在其吸附架桥、网捕卷扫等作用下，经过混合、絮凝阶段，PAM与纳米颗粒形成粒径大、易沉降絮体，加速纳米颗粒沉降，促进纳米颗粒悬浮液固液分离，并高效网捕去除水中残余纳米颗粒，减少上清液悬浮物残留量，显著降低出水浊度，保证出水水质。

本发明提出的加速纳米颗粒悬浮液固液分离的方法，具体步骤如下： 

利用计量泵向纳米颗粒悬浮液中投加新配制质量浓度为0.1 - 3 ‰的PAM溶液，PAM投加量为混合液中纳米颗粒质量的0.1 - 3 %；经过混合、絮凝和沉淀过程，加速纳米颗粒悬浮液固液分离；

A.   混合阶段：控制速度梯度G值为700 s^-1 - 1000 s^-1，搅拌时间为10 s - 20 s，使纳米颗粒与PAM充分接触；

B.  絮凝阶段：控制速度梯度G值为20 s^-1 - 70 s^-1，搅拌时间为2 min - 30 min，使PAM与纳米颗粒形成粒径大、易沉降絮体，依靠重力加速沉降；

C.  沉淀阶段：静置沉淀20 min - 30 min，待固液分离后，上清液作为出水排出，污泥排入污泥处理设备或回用。

本发明中，所述纳米颗粒为一些常见废水处理纳米材料，如纳米铁颗粒、纳米氧化铝、纳米二氧化硅或磁性纳米氧化铁等中一种以上。

本发明中，PAM溶液配制采用机械搅拌，速度梯度G值控制在700 s^-1 - 1000 s^-1，水温控制在2 ℃- 55 ℃。

本发明中，所用PAM的类型为阴离子型（APAM）或非离子型（NPAM），分子量为400万以上。

本发明中，通过加酸碱控制纳米颗粒悬浮液pH值为6 - 9。

本发明实现技术效果如下：

（1）本发明仅需使用一定量PAM溶液，通过控制混合、絮凝、沉淀三个过程，加速纳米颗粒悬浮液固液分离，操作简单，易于实现；