申请日2017.07.04
公开(公告)日2017.09.15
IPC分类号C02F9/12; C02F103/36
摘要
一种基于温敏性磁纳米材料的乳化石油废水处理装置，包括第一污水罐、温敏性磁纳米材料反应器、第二污水罐、磁性过滤器、换热器和储水罐，其中温敏性磁纳米材料反应器内设有可对含油废水进行除油的温敏性磁纳米材料，第一污水罐、温敏性磁纳米材料反应器与第二污水罐依次连接组成废水处理系统，温敏性磁纳米材料反应器、磁性过滤器、换热器和储水罐依次连接组成对表面吸附油污的温敏性磁纳米材料进行除油循环再利用的清洗系统。本发明结构设计合理，操作灵活方便，可对乳化石油废水进行高效除油，同时反应器内的温敏性磁纳米材料可回收再利用，大大降低了成本，且无二次污染，经济环保。
摘要附图
权利要求书
1.一种基于温敏性磁纳米材料的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述乳化石油废水处理装置包括内装有含油废水的第一污水罐、温敏性磁纳米材料反应器、第二污水罐、磁性过滤器、换热器和储水罐，其中温敏性磁纳米材料反应器内设有可对含油废水进行除油的温敏性磁纳米材料，第一污水罐、温敏性磁纳米材料反应器与第二污水罐依次连接组成废水处理系统，温敏性磁纳米材料反应器、磁性过滤器、换热器和储水罐依次连接组成对表面吸附油污的温敏性磁纳米材料进行除油循环再利用的清洗系统。
2.根据权利要求1所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述第一污水罐上设有含油废水入口和含油废水出口，含油废水出口通过第一管路与温敏性磁纳米材料反应器相连接，在第一管路上设有第一水质检测仪、第一截止阀和第一污水泵。
3.根据权利要求2所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述温敏性磁纳米材料反应器包括罐体和罐盖，罐盖密封盖设在罐体的上开口处，罐盖上具有进水口、进料口、测压口、测温口和液位检测口，其中进水口与第一管路相连接，测压口、测温口和液位检测口分别与压力检测装置、温度检测装置和液位检测装置相连接，罐体内安装有搅拌器，罐盖上安装有电动机与搅拌器相连接，罐体的底部设有出料口，出料口分别通过第二管路、第三管路与第二污水罐、磁性过滤器相连接，罐体的下部及底部外周设有用于吸附温敏性磁纳米材料的磁性套筒和梯形磁块，温敏性磁纳米材料通过进料口加入罐体内，出料时，温敏性磁纳米材料通过磁性吸附在罐体的下部内壁面上。
4.根据权利要求3所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述磁性套筒套设在反应器罐体的外周下部，罐底呈倒三角状，在罐底的上端、磁性套筒的下方焊接固定有磁块连接件，梯形磁块为环向均匀间隔设置的4块，梯形磁块通过磁块连接弯矩与磁块连接件可旋转可拆卸地设置在罐底的倒三角区域。
5.根据权利要求3所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述第二管路上设有依次设有第二截止阀、第二水质检测仪、第三截止阀和第二污水泵，第二水质检测仪和第三截止阀之间设有第四管路与罐体的进水口相连接，在第四管路上设有第四截止阀和第三污水泵，罐体内的废水处理后从出料口排出，经第二水质检测仪检测，若废水达到工艺要求，则打开第三截止阀，经第二污水泵送至第二污水罐进入下一阶段的水处理，若废水未达到工艺要求，则打开第四截止阀，并经第三污水泵送回罐体内进行再处理。
6.根据权利要求5所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述磁性过滤器与换热器之间设有新鲜水入口，当罐体内处理后的废水从罐底排出后，关闭第二截止阀，新鲜水经换热器加热进入储水罐中，具有一定温度的水经抽水泵送至罐体，在无磁场状态下搅拌与温敏性磁纳米材料充分接触，使温敏性磁纳米材料与油滴分离，通过梯形磁块将温敏性磁纳米材料吸附在罐壁下部，油水则流经磁性过滤器去除油水中携带的弱磁物质过滤，并过滤除去油水的废渣，处理后的油水经加热炉加热后进入储水罐进行保温循环使用。
7.根据权利要求6所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述磁性过滤器为双U型磁性过滤器，包括二个并排串联的U型桶体，二个U型桶体的上开口处盖设有一盖板，盖板上设有连接管将二者相连通，其中第一U型桶体的上端设有进水接口与罐体底部相连的第三管路相连接，磁性过滤器与罐体之间的第三管路上设有第五截止阀，第一U型桶体内设有一套筒，套筒内设有可脱卸的磁芯，第二U型桶体的上端设有与换热器相连接的出水接口，第二U型桶体的底部设有废渣口，第二U型桶体内设有U形过滤膜。
8.根据权利要求7所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述套筒为U形的非磁芯套筒，套筒的上端固定在盖板的内壁上，磁芯是采用稀土磁铁的U形结构，磁芯的上端设有伸出第一U型桶体的抓取块，盖板上设有供磁芯取出的开口。
9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述储水罐为卧式储水罐，储水罐的两端焊接有封头，采用鞍座支撑，在储水罐的前端设有进水口与换热器相连接，储水罐的底部设有废渣出口，储水罐的后端下部设有出水口，通过第五管路罐体相连接，第五管路上设有第六截止阀和抽水泵，储水罐的后端中部设有出油管与储油罐相连接，在出油管上设有第七截止阀。
10.根据权利要求9所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述储水罐内内横向设有堰板及油槽，当储水罐中的油不符合重复利用的工艺要求时，油层通过堰板溢流至油槽，并排油口排至储油罐进行处理;储水罐内还设有浮子液位感应装置，浮子液位感应装置设置在储水罐内的水-油层界面上以用于监控液面高度，确保水层低于堰板溢油高度，浮子液位感应装置也可伸至油槽油层界面，当在油槽内的油层高度接近堰板最高高度时，通过出油管上连接的液位控制阀自动排油。
11.根据权利要求1至8任一权利要求所述的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述温敏性磁纳米材料选用Fe3O4@SiO2-MPS@PNIPAM，温敏性磁纳米材料的加入量为废水量的90～105mg/l。
说明书
一种基于温敏性磁纳米材料的乳化石油废水处理装置
技术领域
本发明涉及一种石油废水处理装置，尤其涉及一种基于温敏性磁纳米材料的乳化石油废水处理装置。
背景技术
石油废水不仅严重污染生态环境，而且威胁民众身体健康[郑少健,王良焱,李新军,等.废水处理中磁性光催化剂的分离回收方法及装置[J].中国科学院广州能源研究所,2005.]。所以，石油废水的处理对于促进经济、环境和社会协调发展具有重大意义[Ting Lü,Shuang Zhang,Dongming Qi,Dong Zhang,Hongting Zhao.Thermosensitive poly(N-isopropylacrylamide)-grafted magnetic nanoparticles for efficient treatmentof emulsified oily wastewater[J].Journal of Alloys and Compounds.688(2016)513-520.]。长期以来，化学药剂法都是实现油水分离最常用的方法之一。近年来，国内外学者研究发现，无机磁性材料(如Fe3O4)具有无毒、超顺磁性、重复利用性和生物相容性等优点[戴红莲,刘荣荣,张平,喻莹.一种温敏性磁性复合微球的制备方法[P].中国：CN105218741 A,2016-01-06.]。温敏性聚合物(如聚N-异丙基丙烯酰胺)具有临界溶解温度(LCST)较低和溶胀性等特点[单国荣,许仙波,潘鹏举.一种温敏性聚合物纳米粒子亲水性/疏水性可逆转变的方法[P].中国：CN 105820354 A,2016-08-03.]。所以，目前研究的温敏性磁纳米材料因兼具了温敏性和磁响应性而在石油废水处理领域中具有广泛的应用前景[陈少华,王友启,吕成远,伦增珉,潘伟义,卢刚,贾红育,周霞.一种温敏性聚合物及其制备方法和应用以及一种油藏驱油方法[P].中国：CN 106317340 A,2017-01-11.]。但是，由于该类材料具有尺寸小、吸附能力高、易发生硬团聚等特性，存在处理后的产物难以通过离心、过滤、膜分离等传统方法从反应体系中分离的缺陷，会伴随溶液进入后续工艺流程，必须在工艺生产线上额外附加清理设备才能分离，既增加了生产成本，也降低了生产效率。所以研究温敏性磁纳米材料如何在乳化石油废水中快速分离和回收再利用极具迫切性。
磁分离技术作为一种较成熟的分离技术，具有沉降速度快、处理能力大，且受自然温度影响小等优点，可以处理体系中物理化学等分离方法难以处理的污染物，因此对于磁性分离设备的研究也层出不穷。
经查，现有公开号为CN 105060423 A的中国专利《一种格栅磁分离式污水处理设备》，设备中磁分离格栅上吸附的磁性渣通过专设的除渣装置刮去，该设备的主要目的是从水中分离去除磁性渣，达到净化水的目的。还有，如公开号为CN 104692499 A的中国专利《一种模块化多级磁性水处理器》，采用模块化多级设计,自上而下的多个磁石水处理模块可以封装颗粒依次减小的磁石,每级磁石水处理模块均可移动,且磁石下端设计了过滤网，磁化的水作为冷却用水有防止水垢产生和去除水垢的作用;如公开号为CN201912926U[6]的中国专利《一种加氢催化反应磁性催化剂分离装置》,即马达通过曲柄连杆和拉杆驱使环形磁铁作上下垂直方向移动,从而带动磁性催化剂颗粒在罐中移动,使磁性催化剂颗粒脱落到罐体底部,重新使用。另外，还有公开号为CN104209185A的中国专利《一种磁性物质催化剂分离装置及系统》，即通过磁吸附原理,从磁性物质催化剂分离腔中取出吸附有磁性物质催化剂的磁棒，清除化学液态物料中混杂的磁性物质催化剂;再取出永磁体磁棒或对电磁铁断电，使磁性物质催化剂颗粒二次回收利用。但是，上述这些分离设备及系统没有应用于乳化石油废水的处理，且仅利用了磁吸附快速分离的特点，没有凭借温敏性物质的温敏特性实现物料的分离和回收，故不适用于温敏性磁纳米材料处理乳化石油废水过程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑、操作灵活、高效且环保节能的基于温敏性磁纳米材料的乳化石油废水处理装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于温敏性磁纳米材料的乳化石油废水处理装置，其特征在于：所述乳化石油废水处理装置包括内装有含油废水的第一污水罐、温敏性磁纳米材料反应器、第二污水罐、磁性过滤器、换热器和储水罐，其中温敏性磁纳米材料反应器内设有可对含油废水进行除油的温敏性磁纳米材料，第一污水罐、温敏性磁纳米材料反应器与第二污水罐依次连接组成废水处理系统，温敏性磁纳米材料反应器、磁性过滤器、换热器和储水罐依次连接组成对表面吸附油污的温敏性磁纳米材料进行除油循环再利用的清洗系统。
作为改进，所述第一污水罐上设有含油废水入口和含油废水出口，含油废水出口通过第一管路与温敏性磁纳米材料反应器相连接，在第一管路上设有第一水质检测仪、第一截止阀和第一污水泵。
作为改进，所述温敏性磁纳米材料反应器包括罐体和罐盖，罐盖密封盖设在罐体的上开口处，罐盖上具有进水口、进料口、测压口、测温口和液位检测口，其中进水口与第一管路相连接，测压口、测温口和液位检测口分别与压力检测装置、温度检测装置和液位检测装置相连接，罐体内安装有搅拌器，罐盖上安装有电动机与搅拌器相连接，罐体的底部设有出料口，出料口分别通过第二管路、第三管路与第二污水罐、磁性过滤器相连接，罐体的下部及底部外周设有用于吸附温敏性磁纳米材料的磁性套筒和梯形磁块，温敏性磁纳米材料通过进料口加入罐体内，出料时，温敏性磁纳米材料通过磁性吸附在罐体的下部内壁面上。
作为改进，所述磁性套筒套设在反应器罐体的外周下部，罐底呈倒三角状，在罐底的上端、磁性套筒的下方焊接固定有磁块连接件，梯形磁块为环向均匀间隔设置的4块，梯形磁块通过磁块连接弯矩与磁块连接件可旋转可拆卸地设置在罐底的倒三角区域。
再改进，所述第二管路上设有依次设有第二截止阀、第二水质检测仪、第三截止阀和第二污水泵，第二水质检测仪和第三截止阀之间设有第四管路与罐体的进水口相连接，在第四管路上设有第四截止阀和第三污水泵，罐体内的废水处理后从出料口排出，经第二水质检测仪检测，若废水达到工艺要求，则打开第三截止阀，经第二污水泵送至第二污水罐进入下一阶段的水处理，若废水未达到工艺要求，则打开第四截止阀，并经第三污水泵送回罐体内进行再处理。
再改进，所述磁性过滤器与换热器之间设有新鲜水入口，当罐体内处理后的废水从罐底排出后，关闭第二截止阀，新鲜水经换热器加热进入储水罐中，具有一定温度的水经抽水泵送至罐体，在无磁场状态下搅拌与温敏性磁纳米材料充分接触，使温敏性磁纳米材料与油滴分离，通过梯形磁块将温敏性磁纳米材料吸附在罐壁下部，油水则流经磁性过滤器去除油水中携带的弱磁物质过滤，并过滤除去油水的废渣，处理后的油水经加热炉加热后进入储水罐进行保温循环使用。
再改进，所述磁性过滤器为双U型磁性过滤器，包括二个并排串联的U型桶体，二个U型桶体的上开口处盖设有一盖板，盖板上设有连接管将二者相连通，其中第一U型桶体的上端设有进水口与第三管路相连接，磁性过滤器与反应器罐体的第三管路上设有第五截止阀，第一U型桶体内设有一套筒，套筒内设有可脱卸的磁芯，第二U型桶体的上端设有出水口、底部设有废渣口，第二U型桶体内设有U形过滤膜。
进一步改进，所述套筒为U形的非磁芯套筒，套筒的上端固定在盖板的内壁上，磁芯是采用稀土磁铁的U形结构，磁芯的上端设有伸出第一U型桶体的抓取块，盖板上设有供磁芯取出的开口。
进一步，所述储水罐为卧式储水罐，储水罐的两端焊接有封头，采用鞍座支撑，在储水罐的前端设有进水口与换热器相连接，储水罐的底部设有废渣出口，储水罐的后端下部设有出水口，通过第五管路罐体相连接，第五管路上设有第六截止阀和抽水泵，储水罐的后端中部设有出油管与储油罐相连接，在出油管上设有第七截止阀。
再进一步，所述储水罐内内横向设有堰板及油槽，当储水罐中的油不符合重复利用的工艺要求时，油层通过堰板溢流至油槽，并排油口排至储油罐进行处理;储水罐内还设有浮子液位感应装置，浮子液位感应装置设置在储水罐内的水-油层界面上以用于监控液面高度，确保水层低于堰板溢油高度，浮子液位感应装置也可伸至油槽油层界面，当在油槽内的油层高度接近堰板最高高度时，通过出油管上连接的液位控制阀自动排油。
最后，所述温敏性磁纳米材料选用Fe3O4@SiO2-MPS@PNIPAM，温敏性磁纳米材料的加入量为废水量的90～105mg/l。
与现有技术相比，本发明的优点在于：设置温敏性磁纳米材料反应器和磁性过滤器，利用温敏性磁纳米材料在低于某温度时可与废水中的乳化油滴结合的原理，通过温敏性磁纳米材料反应器内分散的温敏性磁纳米材料对废水进行除油;利用温敏性磁纳米材料在高于某温度时，可与油滴分离，在外加磁场作用下，基于温敏性磁纳米物质超强的磁响应性，可与水快速分离的原理，将一定温度的水送至反应器内，使温敏性磁纳米材料与油滴分离，在磁场作用下，温敏性磁纳米材料仍保留在装置内，实现其回收再利用，而油水则排出该装置到储水罐，罐中的水可重复用于“温敏性材料与其表面吸附的油滴分离”过程;利用磁性过滤器对清洗水中的弱磁性物质进行再回收，无磁性物质过滤。本发明结构设计合理，操作灵活方便，可对乳化石油废水进行高效除油，同时反应器内的温敏性磁纳米材料可回收再利用，大大降低了成本，且无二次污染，经济环保。
