專(zhuān)利名稱：利用超導(dǎo)磁分離技術(shù)的廢水處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用超導(dǎo)磁分離技術(shù)的廢水處理系統(tǒng)，特別涉及利用磁鐵礦型超導(dǎo)磁分離器凈化廢水的廢水處理系統(tǒng)。
此處所用術(shù)語(yǔ)“廢水處理”也包括水凈化廠中的深度凈化處理，以及地下水、河水、海水等的深度凈化處理。此處所用術(shù)語(yǔ)“廢水”不僅指各種工廠、實(shí)驗(yàn)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)室、學(xué)校工廠、家用設(shè)施等的廢水或排放水，而且指地下水、河水、海水、及水凈化廠或污水處理廠等中待處理的水，其廣義上指“含有待分離物質(zhì)的水”。
背景技術(shù)：
從環(huán)境保護(hù)和資源回收再利用的角度出發(fā)，工廠等的廢水包括各種有待從廢水中分離的物質(zhì)。例如，回收再利用造紙廠排放的廢水可包括多種待分離的物質(zhì)，如廢紙中所含的染料和顏料、粘附劑中所含的有機(jī)物質(zhì)、和常規(guī)廢水處理中加入的凝結(jié)劑。由于這些物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致COD(化學(xué)需氧量)升高，所以處于環(huán)保目的，目前這類(lèi)物質(zhì)的排放已被嚴(yán)格控制。同樣地，不僅對(duì)于COD指數(shù)，而且對(duì)于BOD(生物需氧量)和TOC(總有機(jī)碳)指數(shù)，從環(huán)保角度出發(fā)，導(dǎo)致這些指數(shù)升高的試劑的排放都應(yīng)被限制。
在常規(guī)廢水處理中，經(jīng)過(guò)使用凝結(jié)劑的常規(guī)處理后，用活性淤泥進(jìn)行生物處理。具體地，含在廢水中的有機(jī)物質(zhì)被各種細(xì)菌或有機(jī)物聚合體(活性淤泥)降解，然后排出。
與本申請(qǐng)的發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)包括例如日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2002-292565、日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2002-210311、日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2002-180101、日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2002-292305、日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2002-316068、日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2002-316069、日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2002-316067。

發(fā)明內(nèi)容
(本發(fā)明要解決的問(wèn)題)使用活性淤泥的常規(guī)生物處理法會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題，即，由于生物處理的處理速度低從而需要大規(guī)模的設(shè)備和巨大的安裝空間，并且需要非常豐富的經(jīng)驗(yàn)以控制能夠有效利用活性淤泥的條件。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種廢水處理系統(tǒng)，其可解決使用活性淤泥進(jìn)行廢水處理所產(chǎn)生的上述問(wèn)題，并能實(shí)現(xiàn)低成本、小空間、高效率和高速度地進(jìn)行深度處理。
而且，在常規(guī)的多用途超導(dǎo)磁分離器中，為了清洗磁過(guò)濾器，必須將超導(dǎo)磁體停運(yùn)一段時(shí)間以返洗磁過(guò)濾器，或取下、清洗和再安裝過(guò)濾器，然后必須再次將磁體激發(fā)。從而就時(shí)間、成本和運(yùn)行而言該方法的效率是非常低的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用超導(dǎo)磁分離器的廢水處理系統(tǒng)，其中的磁過(guò)濾器可以被有效地清洗。
(技術(shù)方案)為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種廢水處理系統(tǒng)，其中將磁力施加到待分離的物質(zhì)上，然后通過(guò)磁鐵礦型超導(dǎo)磁體將所述物質(zhì)從廢水中分離，其特征在于所述的將磁力施加到待分離物質(zhì)上是通過(guò)使所述物質(zhì)結(jié)合到接種磁性多孔物質(zhì)、活性炭、或用作吸附劑的載體上。
本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)所用的超導(dǎo)磁分離器可包括在超導(dǎo)磁體的腔內(nèi)可拆卸的復(fù)合式多級(jí)磁過(guò)濾器，其包括多個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器，且多級(jí)磁過(guò)濾器的縱向總長(zhǎng)度至少等于或大于超導(dǎo)磁體。這種結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)從下游側(cè)(清水側(cè))推入另一單級(jí)磁過(guò)濾器將單級(jí)磁過(guò)濾器從多級(jí)磁過(guò)濾器的上游側(cè)(污水側(cè))移開(kāi)，清洗后移開(kāi)的過(guò)濾器再返回到下游側(cè)，這甚至可在超導(dǎo)磁體活化狀態(tài)下進(jìn)行。
系統(tǒng)可這樣構(gòu)造，要使得通過(guò)在吸附作用下將所述物質(zhì)結(jié)合到處理箱中的磁性吸附劑上，從而將磁力施加到廢水中待分離的物質(zhì)上，并且在同一處理箱中清洗磁過(guò)濾器，從而結(jié)合到磁過(guò)濾器上的吸附劑被釋出，并直接返回到處理箱。在這種結(jié)構(gòu)中，粘附微生物的載體如生物活性炭也可被用作吸附劑。這類(lèi)利用粘附微生物載體的生物降解法進(jìn)行廢水凈化的方法也被稱為“固定微生物的廢水處理方法”。
而且，為了交替使用而轉(zhuǎn)換磁過(guò)濾器，本申請(qǐng)的廢水處理系統(tǒng)中所用的超導(dǎo)磁分離器可包括一對(duì)彼此相互連接且在超導(dǎo)磁體腔的縱向上可拆卸的磁過(guò)濾器，從而當(dāng)一個(gè)磁過(guò)濾器在腔內(nèi)進(jìn)行磁分離的同時(shí)，另一個(gè)磁過(guò)濾器可在腔外進(jìn)行返洗。
(發(fā)明效果)由于廢水處理系統(tǒng)的實(shí)施方式包括將磁性施加到待分離物質(zhì)上的加磁裝置，和通過(guò)磁鐵礦型超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)捕集和分離加磁物質(zhì)的磁鐵礦型超導(dǎo)磁分離裝置，系統(tǒng)特征在于所述加磁裝置將磁性施加到待分離的物質(zhì)上，分離是通過(guò)將所述物質(zhì)結(jié)合到接種磁性多孔物質(zhì)、活性炭、或用作吸附劑的載體上，所以相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，該系統(tǒng)具有設(shè)備成本低、占據(jù)空間小、運(yùn)行簡(jiǎn)單、處理速度快、效率高、和深度處理等許多優(yōu)點(diǎn)。另外，磁性吸附劑可回收、再生和再利用，從而改善了系統(tǒng)的效率和成本。
而且，包括多個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器的可移動(dòng)內(nèi)建式多級(jí)磁過(guò)濾器被置放在超導(dǎo)磁體的腔內(nèi)，且所述多級(jí)磁過(guò)濾器的縱向長(zhǎng)度至少等于或大于超導(dǎo)磁體的長(zhǎng)度；從而易于通過(guò)從下游側(cè)依次推入干凈的單級(jí)磁過(guò)濾器而連續(xù)地使單級(jí)磁過(guò)濾器從上游側(cè)移開(kāi)、清洗、并使移開(kāi)的單級(jí)過(guò)濾器返回下游側(cè)，這甚至可在超導(dǎo)磁體的激活狀態(tài)不減弱磁場(chǎng)的情況下進(jìn)行。
下面將對(duì)運(yùn)行原理作更詳細(xì)的解釋。本質(zhì)上講，多級(jí)磁過(guò)濾器的縱向中心位于超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)的縱向中心是最穩(wěn)定的狀態(tài)。從而，如果使這種最穩(wěn)定狀態(tài)下的多級(jí)磁過(guò)濾器在縱向上稍微移動(dòng)，那么它會(huì)被強(qiáng)烈地推回到磁場(chǎng)中心。即便如此，若一個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器從下游側(cè)被推入，多級(jí)磁過(guò)濾器也會(huì)向下游側(cè)延長(zhǎng)，且多級(jí)過(guò)濾器的縱向中心向下游側(cè)轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生將過(guò)濾器朝著上游側(cè)推動(dòng)的推力，以獲得更穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，單級(jí)磁過(guò)濾器朝著上游側(cè)被推出，這使得將其從多級(jí)磁過(guò)濾器中移開(kāi)更加容易。
另外，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，從多級(jí)磁過(guò)濾器的上游側(cè)移開(kāi)的單級(jí)磁過(guò)濾器可用超聲波清洗設(shè)備等在處理箱中清洗，以使磁吸附劑直接返回到處理箱中；從而，吸附劑可被有效地回收、再生和再利用。
另外，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，粘附微生物的磁性載體如生物活性炭用作吸附劑被放在箱中，而不需要將淤泥取出箱外，從而可利用吸附和生物降解兩種作用。因此，可高效率低成本地實(shí)現(xiàn)更高速度的深度處理。另外，粘附到生物活性炭表面上的微生物也能降解將活性炭表面上的孔堵塞的有機(jī)物質(zhì)，從而再生活性碳的吸附性能。從而，可降低更換活性炭的頻率。
另外，根據(jù)系統(tǒng)按如下方式安裝的另一個(gè)實(shí)施方式，廢水處理系統(tǒng)不需要損失轉(zhuǎn)換磁過(guò)濾器的時(shí)間，并且沒(méi)有必要安裝將單級(jí)磁過(guò)濾器從上游側(cè)卸去、清洗、并將其返回至下游側(cè)的裝置，所述安裝方式為將一對(duì)彼此相互連接并可縱向移動(dòng)的磁過(guò)濾器配置在超導(dǎo)磁體的腔內(nèi)，從而當(dāng)一個(gè)磁過(guò)濾器在腔內(nèi)進(jìn)行廢水處理的同時(shí)，另一個(gè)磁過(guò)濾器可在腔外(轉(zhuǎn)回型)進(jìn)行返洗。另外，轉(zhuǎn)回型磁過(guò)濾器放置在密封的容器中；從而，即使捕獲了細(xì)菌如Escherichia coli O157和有毒物質(zhì)如導(dǎo)致內(nèi)分泌失調(diào)的化學(xué)物質(zhì)，也可在沒(méi)有傳播的情況下在箱中進(jìn)行必要的處理后將其取出。


參考以下附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述圖1是本發(fā)明廢水處理系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明廢水處理系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；圖3是除去導(dǎo)致COD升高的物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該試驗(yàn)是根據(jù)本發(fā)明廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行；圖4是本發(fā)明廢水處理系統(tǒng)中所用的多級(jí)磁過(guò)濾器、轉(zhuǎn)換器和單級(jí)磁過(guò)濾器清洗設(shè)備的示意圖；圖5是單級(jí)磁過(guò)濾器的示意圖，其中圖5(a)為前視圖，圖5(b)為沿著圖5(a)中線B-B′的剖面圖；圖6是本申請(qǐng)另一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，其中通過(guò)處理箱中的超聲波清洗設(shè)備將粘附到單級(jí)磁過(guò)濾器上的吸附劑釋出，并直接返回箱中；圖7是本發(fā)明轉(zhuǎn)回型超導(dǎo)磁分離器的示意圖；和圖8是使用本發(fā)明多級(jí)磁過(guò)濾器的磁分離實(shí)驗(yàn)示意圖，其中所用的多級(jí)磁過(guò)濾器由13個(gè)磁過(guò)濾器盒(圖8(a))組成，并且每個(gè)磁過(guò)濾器盒是由4個(gè)磁過(guò)濾器(圖8(b))組成的復(fù)合體。
優(yōu)選實(shí)施方式本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)包括向待分離的物質(zhì)施加磁性的加磁裝置、和超導(dǎo)磁分離裝置，其通過(guò)磁鐵礦型超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)捕集加磁后的物質(zhì)，將所述物質(zhì)從廢水中分離。
僅有在磁鐵礦型超導(dǎo)磁體中軸向流動(dòng)的廢水中的待分離加磁物質(zhì)在超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下粘附到磁體腔的壁上。這類(lèi)使用磁場(chǎng)中沒(méi)有磁性物質(zhì)的空腔磁鐵礦型磁體的磁分離器也被稱為“敞開(kāi)式過(guò)濾系統(tǒng)”。
用本發(fā)明處理的廢水包括但不限于各種工廠如造紙廠、食品廠、半導(dǎo)體廠、化學(xué)制品廠、印染廠、電鍍廠等的廢水。例如，日常生活產(chǎn)生的廢水、學(xué)校工廠或?qū)嶒?yàn)室等排放的廢水也可進(jìn)行處理。本說(shuō)明書(shū)中所用術(shù)語(yǔ)“廢水”也包括如河水、地下水等。這類(lèi)廢水通過(guò)廢水處理廠或水凈化廠進(jìn)行集中凈化處理。從而，水凈化廠進(jìn)行的凈化處理也包括在本說(shuō)明書(shū)所用的“廢水處理”中。
廢水中待分離的物質(zhì)包括多種物質(zhì)，如含在造紙廠、回收造紙廠等排廢水中的染料、顏料、粘附劑、纖維素、凝結(jié)劑等(導(dǎo)致COD值升高的物質(zhì))；含在半導(dǎo)體廠排放液中的無(wú)機(jī)物，如SiC和SiO2；非磁性物質(zhì)包括生物材料如藍(lán)-綠藻、重油、金屬離子等。這些物質(zhì)僅作為例子，而不應(yīng)將本申請(qǐng)局限于此。待分離的物質(zhì)還包括例如細(xì)菌Escherichia coli O157、破壞內(nèi)分泌的化學(xué)物質(zhì)等。
向待分離的物質(zhì)中加磁(也稱為磁接種)可通過(guò)如膠體化學(xué)磁接種法、機(jī)械化學(xué)磁接種法、電化學(xué)磁接種法等實(shí)現(xiàn)。在膠體化學(xué)磁接種法中，例如，鐵氧化物膠體通過(guò)醇化反應(yīng)(ol-dization)或氧化反應(yīng)(oxo-dization)被結(jié)合到待分離的物質(zhì)上，或者待分離的物質(zhì)通過(guò)鐵氫氧化物的沉淀或共沉淀而被氧化。在機(jī)械化學(xué)磁接種法中，磁性物質(zhì)如鐵屑被機(jī)械結(jié)合到待分離的物質(zhì)上。
可替換地，通過(guò)膠體磁接種法、機(jī)械化學(xué)磁接種法、電化學(xué)磁接種法等可預(yù)先將磁接種到吸附劑上，然后通過(guò)所述物質(zhì)與吸附劑間的吸著作用(即，吸附和/或吸收)將磁施加到待分離的物質(zhì)上。所述吸附劑可包括磁鐵礦、陶瓷多孔物質(zhì)、沸石多孔物質(zhì)、活性炭、塑料載體等。吸附劑為多孔物質(zhì)時(shí)可產(chǎn)生較好的吸附和/或吸收效率。
本發(fā)明的超導(dǎo)磁分離裝置可這樣構(gòu)造，要使得磁性細(xì)絲布置于磁場(chǎng)中以產(chǎn)生高梯度磁場(chǎng)(閉合式過(guò)濾器)。廢水中加磁的物質(zhì)在該高梯度磁場(chǎng)的作用下被結(jié)合到磁性細(xì)絲上。在這種方式下，分布在磁場(chǎng)中的磁性細(xì)絲可產(chǎn)生高梯度磁場(chǎng)，作用在待分離物質(zhì)上的磁力可被增強(qiáng)從而實(shí)現(xiàn)更高效率的處理。
沉降箱可被放置在加磁裝置與磁分離裝置之間，以將沉降物從廢水中分離，這種配置可提高分離效率。
根據(jù)閉合式過(guò)濾器的另一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明可包括多個(gè)由磁性材料如磁性細(xì)絲制成的磁過(guò)濾器(“單級(jí)磁過(guò)濾器”)組成的可移動(dòng)復(fù)合式多級(jí)磁過(guò)濾器，其中多級(jí)磁過(guò)濾器被放置在超導(dǎo)磁體的腔內(nèi)，且其縱向長(zhǎng)度至少等于或大于超導(dǎo)磁體的長(zhǎng)度。這種結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)，易于通過(guò)從下游側(cè)依次推入干凈的單級(jí)磁過(guò)濾器而連續(xù)地使單級(jí)磁過(guò)濾器從上游側(cè)移開(kāi)、清洗、并使移開(kāi)的單級(jí)過(guò)濾器返回下游側(cè)，這甚至在超導(dǎo)磁體激活狀態(tài)下(即磁場(chǎng)中)也可進(jìn)行。該操作原理如上所述。這使得在不間斷磁分離操作的情況下連續(xù)進(jìn)行單級(jí)磁過(guò)濾器的沖洗處理。
在常規(guī)超導(dǎo)磁分離中，為了去掉磁體中捕獲的物質(zhì)，被激活的超導(dǎo)磁體必須停運(yùn)一段時(shí)間以除去所述物質(zhì)，然后再重新激活；從而使其效率非常低。這是因?yàn)樵诖朋w運(yùn)行過(guò)程中磁過(guò)濾器被緊緊固定在由超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的中心，因此在其激活時(shí)難于將磁過(guò)濾器拿到磁體的腔外。因此，超導(dǎo)磁體必須停運(yùn)一段時(shí)間以移開(kāi)、清洗、和再安裝磁過(guò)濾器，或返洗設(shè)置在磁體腔內(nèi)的過(guò)濾器。本發(fā)明的構(gòu)造方式可克服這些缺點(diǎn)。
本申請(qǐng)的廢水處理系統(tǒng)還包括這樣結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換器和清洗裝置，使得在超導(dǎo)磁體激活狀態(tài)下，通過(guò)從多級(jí)磁過(guò)濾器的下游側(cè)依次推入干凈的單級(jí)磁過(guò)濾器而連續(xù)地將單級(jí)磁過(guò)濾器從多級(jí)磁過(guò)濾器的上游側(cè)移開(kāi)、清洗、并從下游側(cè)再次推入?？扇芜x地使用任意清洗方法進(jìn)行清洗，例如通過(guò)空氣抽吸機(jī)抽吸結(jié)合到過(guò)濾器表面上的物質(zhì)進(jìn)行清洗的抽吸式清洗法、利用加壓水沖洗過(guò)濾器的噴射式清洗法、超聲波清洗法、泡沫清洗法、及上述方法的組合。
優(yōu)選，轉(zhuǎn)換器和清洗裝置可這樣配置，使得超聲波清洗設(shè)備安裝在處理箱中，從多級(jí)過(guò)磁過(guò)濾器的上游側(cè)移開(kāi)的單級(jí)磁過(guò)濾器被轉(zhuǎn)送到處理箱內(nèi)的清潔設(shè)備中，被結(jié)合的吸附劑被釋出，并直接返回至處理箱。由于吸附劑如活性炭、陶瓷多孔物質(zhì)、和陶瓷或塑料載體直接返回到處理箱，所以吸附劑可被有效地回收、再生和再利用。
在吸附劑直接返回處理箱的實(shí)施方式中，也可使用粘附微生物的載體作為吸附劑，例如，表面能粘附微生物的活性炭(生物活性炭)。生物活性炭具有生物降解作用以及吸附和/或吸收待分離物質(zhì)的作用；因此有機(jī)物質(zhì)在處理箱中被降解，在磁分離作用下可改善凈化效果。另外，堵塞活性炭表面上孔的有機(jī)物質(zhì)在生物活性炭的生物降解作用下被降解，從而可再生活性炭；因此更換活性炭的頻率降低。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，代替所述多級(jí)磁過(guò)濾器，使用一對(duì)相互連接且可在超導(dǎo)磁體的腔內(nèi)縱向移動(dòng)的磁過(guò)濾器進(jìn)行交替處理，即當(dāng)一個(gè)磁過(guò)濾器在磁體腔內(nèi)進(jìn)行廢水處理時(shí)，另一個(gè)磁過(guò)濾器可在腔外進(jìn)行回流清洗(也稱為“轉(zhuǎn)回型”)。這種結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)廢水處理可在沒(méi)有任何時(shí)間損失的條件下有效地進(jìn)行，并且不需要安裝將單級(jí)磁過(guò)濾器從上游側(cè)移出并將其沖洗和使其返回至下游側(cè)的轉(zhuǎn)換器和清洗裝置。另外，轉(zhuǎn)回型磁分離器可置放在封閉的容器中。從而，即使捕獲了細(xì)菌如Escherichia coli O157和有毒物質(zhì)如導(dǎo)致內(nèi)分泌失調(diào)的化學(xué)物質(zhì)，也可在沒(méi)有傳播的情況下進(jìn)行必要的處理后將其取出；從而可實(shí)現(xiàn)高安全性。
實(shí)施方式參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作如下描述。
圖1是本發(fā)明廢水處理系統(tǒng)實(shí)施方式的示意圖。首先，工廠等排放的廢水1通過(guò)過(guò)濾器6流入加磁(或磁化或磁接種)裝置2。在加磁裝置2中，磁被施加到染料、顏料、含在粘附劑中的有機(jī)物等(即待分離的物質(zhì))物質(zhì)上，這在攪拌過(guò)程中通過(guò)吸附作用將這些物質(zhì)結(jié)合到廢水中的磁吸附劑5上來(lái)實(shí)現(xiàn)?？商鎿Q地，在加磁裝置2中，可通過(guò)膠體化學(xué)磁接種法、或機(jī)械化學(xué)磁接種法代替吸附劑5，將磁直接施加或接種到所述物質(zhì)上。
含有加磁或磁接種后物質(zhì)的待分離廢水被傳送到超導(dǎo)磁分離器3中，并流經(jīng)由磁鐵礦型超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的高強(qiáng)度高梯度磁場(chǎng)。在磁鐵礦型磁體的磁場(chǎng)中沒(méi)有設(shè)置磁性細(xì)絲的敞開(kāi)式過(guò)濾系統(tǒng)中，加磁物質(zhì)被結(jié)合到磁體腔內(nèi)的管壁上。在磁場(chǎng)中設(shè)置有磁性細(xì)絲的閉合式過(guò)濾系統(tǒng)中，加磁物質(zhì)被結(jié)合到磁性細(xì)絲上。于是物質(zhì)4被分離，磁吸附劑5被回收、再生和再利用，剩余物被棄去。分離后的水排放到下水道中或回收再利用。
圖2是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式。該實(shí)施方式與圖1中實(shí)施方式的不同在于附加的沉降箱7設(shè)置在加磁設(shè)備2和磁分離器3之間。在沉降箱7中，通過(guò)所述物質(zhì)的沉降，將待分離的物質(zhì)從水中分離。
圖3是除去導(dǎo)致廢水COD升高的物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該實(shí)驗(yàn)是根據(jù)本發(fā)明廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行的。原水中導(dǎo)致COD升高的物質(zhì)的濃度約為150mg/L。經(jīng)過(guò)預(yù)過(guò)濾器(如圖1中的6所示)的第一次分離后，其濃度為約70mg/L。加磁后經(jīng)過(guò)沉降箱(如圖2中的7所示)的第二次分離后，其濃度為約40mg/L。經(jīng)過(guò)磁分離(圖2的3表示)后濃度為約20mg/L。從而，這些結(jié)果表明使用本發(fā)明的廢水處理系統(tǒng)可獲得較好的去除效果。
圖4表示本發(fā)明廢水處理系統(tǒng)中所用多級(jí)磁過(guò)濾器31，以及組成多級(jí)磁過(guò)濾器31的單級(jí)磁過(guò)濾器32的清洗方式。多級(jí)磁過(guò)濾器31是可移動(dòng)內(nèi)建式過(guò)濾器，其由多個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器32組成。多級(jí)磁過(guò)濾器的縱向長(zhǎng)度至少等于或大于超導(dǎo)磁體30的長(zhǎng)度。如下詳述，隨著單級(jí)磁過(guò)濾器更接近上游側(cè)(廢水流入側(cè))，待分離的物質(zhì)更易在多級(jí)磁過(guò)濾器31中被捕獲。從而，優(yōu)選單級(jí)磁過(guò)濾器32通過(guò)從下游側(cè)依次推入其他的單級(jí)磁過(guò)濾器32而將單級(jí)磁過(guò)濾器連續(xù)地從上游側(cè)移開(kāi)、清洗并返回至下游側(cè)。當(dāng)單級(jí)磁過(guò)濾器32從上游側(cè)移開(kāi)時(shí)，其被向上推，例如，沿著與磁體縱向垂直的方向。可任選使用任意清洗方法，例如泡沫清洗法、超聲波清洗法、噴射清洗法、抽吸式清洗法、及其組合進(jìn)行清洗。
多級(jí)磁過(guò)濾器31的縱向總長(zhǎng)度至少等于或大于超導(dǎo)磁體30的長(zhǎng)度，從而易于通過(guò)將其他單級(jí)磁過(guò)濾器32從下游側(cè)依次推入而將單級(jí)磁過(guò)濾器32連續(xù)地從上游側(cè)移開(kāi)、清洗并返回至下游側(cè)，這甚至在超導(dǎo)磁體30激活的狀態(tài)下進(jìn)行。這基于以下特點(diǎn)，即當(dāng)多級(jí)磁過(guò)濾器的縱向中心位于超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)的縱向中心時(shí)，可獲得最穩(wěn)定的狀態(tài)。具體地，當(dāng)一個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器從下游側(cè)被推入時(shí)，多級(jí)磁過(guò)濾器的長(zhǎng)度向下游側(cè)延伸，其縱向中心向下游側(cè)轉(zhuǎn)移；從而為得到更穩(wěn)定的狀態(tài)，多級(jí)磁過(guò)濾器被推向上游側(cè)。從而，單級(jí)磁過(guò)濾器在上游側(cè)被推出，這易于將其從多級(jí)磁過(guò)濾器中移開(kāi)。
圖5表示多級(jí)磁過(guò)濾器31的一個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器32的實(shí)施例。由磁性材料制成的絲網(wǎng)34放置在過(guò)濾器殼50中，如果需要可用托架35支撐。線網(wǎng)34的網(wǎng)孔尺寸、過(guò)濾器的直徑和厚度可選擇地由處理目的和處理功率來(lái)確定。線網(wǎng)可拆卸式安裝、和/或迭放。
磁力施加到磁性物質(zhì)上，以至于線網(wǎng)34迫使其沿著磁場(chǎng)中的磁力線方向分布。因此，若將一個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器放置在磁鐵礦型磁體的腔內(nèi)，其將被迫沿著軸向排列。從而，若在連續(xù)組合的單級(jí)磁過(guò)濾器32間有空隙，那么單級(jí)磁過(guò)濾器將被迫排列，這會(huì)存在阻止閉合式多級(jí)過(guò)濾器形成的危險(xiǎn)。為了避免這種危險(xiǎn)，優(yōu)選，通過(guò)使用由磁性材料制成的過(guò)濾器殼50或通過(guò)將適當(dāng)數(shù)目磁性材料的軸向桿固定到過(guò)濾器殼50上來(lái)增強(qiáng)軸向穩(wěn)定性。
關(guān)于圖6，在使用本發(fā)明多級(jí)磁過(guò)濾器31的廢水處理系統(tǒng)中，通過(guò)超聲波清洗設(shè)備36將吸附劑37如活性炭和多孔材料在處理箱51中從單級(jí)磁過(guò)濾器32釋出，并直接返回箱中(也稱為“持留吸附劑型磁過(guò)濾器系統(tǒng)”)。由于吸附劑37直接返回處理箱51，從而易于回收沉積到處理箱51底部的吸附劑37，例如將其再生和再利用。
在這種結(jié)構(gòu)中，若用生物活性炭作為吸附劑，可以利用由活性炭產(chǎn)生的吸附作用和由活性炭顆粒表面上的微生物層產(chǎn)生的生物降解作用來(lái)凈化水。從而使用少量的活性炭便可有效地除去有機(jī)物質(zhì)。堵塞活性炭表面上孔的有機(jī)物質(zhì)也可被生物降解以再生活性炭；從而，置換活性炭的頻率被降低(例如每三年進(jìn)行一次)。在這樣的處理方法中，使用本發(fā)明多級(jí)磁過(guò)濾器的磁分離方法與使用生物活性炭進(jìn)行的生物降解法聯(lián)合進(jìn)行(也被稱為“磁分離型生物活性炭處理法”)。
另一方面，在常規(guī)生物活性炭處理方法中，處理速度(流速)不能大幅度提高，因?yàn)槠湫枰乐股锘钚蕴繌纳锾幚硐渲辛鞒?。相反，在本發(fā)明磁分離型生物活性炭處理方法中，磁分離器被放置在清水流出生物處理箱的位置；從而，這種結(jié)構(gòu)可獲得流速為約10-20cm/s的處理能力。處理箱的容量這樣確定，使得水在處理箱中的停留時(shí)間約為10分鐘。從而，與常規(guī)生物活性炭處理方法相比，本發(fā)明的磁分離型生物活性炭處理方法可產(chǎn)生非常高的處理速度、較低的系統(tǒng)尺寸(例如為常規(guī)系統(tǒng)的十分之一)、且成本低。
圖7表示本發(fā)明中轉(zhuǎn)回型磁分離器。非磁性或弱磁性管式容器39在中心處被分割板43分割成兩個(gè)室44和45。每個(gè)室44、45被分隔壁42分隔成前通道區(qū)40和后通道區(qū)41。每個(gè)前通道區(qū)40安裝有磁過(guò)濾器38。作為磁過(guò)濾器38，可任選使用由多個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器組成的內(nèi)建式多級(jí)磁過(guò)濾器、一體化的磁過(guò)濾器等。整個(gè)管式容器39可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)裝置(未示出)如箭頭A所示在超導(dǎo)磁體30的腔內(nèi)縱向移動(dòng)。每個(gè)室44、45安裝有原廢水的流入口和處理過(guò)廢水的流出口。流入口的廢水流經(jīng)設(shè)置在前通道區(qū)40的磁過(guò)濾器38進(jìn)行過(guò)濾，然后流經(jīng)后通道區(qū)41從流出口將其排放。通過(guò)閥的適當(dāng)運(yùn)行(未示出)，流入一個(gè)室的原料流可被停止以使進(jìn)料流進(jìn)入另一個(gè)室。將一個(gè)室移到磁場(chǎng)外后，閥(未示出)的適當(dāng)運(yùn)行可從流出口給入清水通過(guò)后通道區(qū)41進(jìn)入前通道區(qū)40，以返洗磁過(guò)濾器38，并在清洗后從流入口排放含淤泥的水。在磁分離器38的附近安裝有氣泡供應(yīng)管以增強(qiáng)清洗能力。
當(dāng)使用這類(lèi)轉(zhuǎn)回式磁分離器時(shí)，若需要清洗使用中的一個(gè)磁過(guò)濾器，可通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置移動(dòng)放置磁過(guò)濾器的容器39，將磁過(guò)濾器推出超導(dǎo)磁體30進(jìn)行返洗，并在超導(dǎo)磁體的腔內(nèi)安置另一個(gè)磁過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾。在過(guò)濾過(guò)程中，使用過(guò)的磁過(guò)濾器進(jìn)行返洗。從而磁過(guò)濾器可按如下方式轉(zhuǎn)換交替使用，當(dāng)使用一個(gè)磁過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，對(duì)另一個(gè)磁過(guò)濾器進(jìn)行清洗；從而具有較高的效率。另外，磁過(guò)濾器本身被放置在封閉的容器中，從而即使過(guò)濾器捕獲了細(xì)菌如Escherichia coli0157或有害物質(zhì)如損害內(nèi)分泌的化學(xué)物質(zhì)，也可在經(jīng)過(guò)必要的處理后將其取出。
圖8表示使用本申請(qǐng)多級(jí)磁過(guò)濾器進(jìn)行磁分離實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8(a)所示，內(nèi)建式多級(jí)磁過(guò)濾器31由13個(gè)磁過(guò)濾器殼46組成(從流入側(cè)分別表示為(1)、(2)、...(13))。如圖8(b)所示，每個(gè)磁過(guò)濾器盒46由4個(gè)磁過(guò)濾器47組成，且各個(gè)磁過(guò)濾器47間有寬度為1cm的隔離物48。
實(shí)驗(yàn)1磁場(chǎng)3T由超導(dǎo)磁體30產(chǎn)生，使其中加有50g磁鐵礦(“ISETITE”)的10升水(即濃度為5wt％)從上游側(cè)以800噸/天(即8cm/s)的流速流過(guò)進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾后，降低磁場(chǎng)并小心地卸去磁過(guò)濾器殼，測(cè)量結(jié)合到每個(gè)盒上磁鐵礦的量。結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，接近上游側(cè)的磁過(guò)濾器盒可捕獲更多量的磁鐵礦，約70％的磁鐵礦被盒(1)和(2)回收。
表1

實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)1相似，磁場(chǎng)3T由超導(dǎo)磁體產(chǎn)生，含磁鐵礦的水流經(jīng)進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾后，在不減弱磁場(chǎng)的作用下，一個(gè)接一個(gè)地將7個(gè)盒全部從下游側(cè)推入，以從上游側(cè)依次將盒(1)-(7)取出，然后測(cè)量磁鐵礦的量。結(jié)果如表2所示，從表2可以看出，由盒(1)-(7)捕獲的磁鐵礦的量基本與實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果相同，約70％的磁鐵礦可被位于上游側(cè)的盒(1)和(2)回收。這表明即使在超導(dǎo)磁體激活狀態(tài)下，在磁鐵礦沒(méi)被粘附到超導(dǎo)磁體的情況下，磁性盒上結(jié)合的磁鐵礦可被成功地分離除去。
表2

權(quán)利要求
1.一種廢水處理系統(tǒng)，包括將磁施加到廢水中待分離物質(zhì)上的加磁裝置和超導(dǎo)磁分離裝置，所述的超導(dǎo)磁分離裝置通過(guò)磁鐵礦型超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，從中捕集加磁物質(zhì)，從而將所述物質(zhì)從廢水中分離，所述系統(tǒng)的特征在于通過(guò)將所述物質(zhì)與接種磁性的多孔材料、活性炭或用作吸附劑的載體結(jié)合，所述的加磁裝置將磁施加到所述物質(zhì)上。
2.一種廢水處理系統(tǒng)，包括將磁施加到廢水中待分離物質(zhì)上的加磁裝置和超導(dǎo)磁分離裝置，所述的超導(dǎo)磁分離裝置通過(guò)磁鐵礦型超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，從中捕集加磁物質(zhì)，從而將所述物質(zhì)從廢水中分離，所述系統(tǒng)的特征在于所述超導(dǎo)磁分離裝置包括在超導(dǎo)磁體腔內(nèi)可拆卸的內(nèi)建式多級(jí)磁過(guò)濾器，所述的多級(jí)磁過(guò)濾器由多個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器組成，且多級(jí)磁過(guò)濾器的縱向長(zhǎng)度至少等于或大于超導(dǎo)磁體的長(zhǎng)度。
3.如權(quán)利要求2的廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)換器和清洗裝置，所述裝置在超導(dǎo)磁體激活狀態(tài)下，通過(guò)從下游側(cè)(清水側(cè))推入另外的單級(jí)磁過(guò)濾器從而將單級(jí)磁過(guò)濾器從所述多級(jí)磁過(guò)濾器的上游側(cè)(污水側(cè))移去、清洗并將移去的過(guò)濾器再返回至下游側(cè)。
4.如權(quán)利要求3的廢水處理系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)將廢水中的物質(zhì)結(jié)合到處理箱內(nèi)的接種磁性的吸附劑上，所述的加磁裝置將磁施加到所述待分離的物質(zhì)上；且所述單級(jí)磁過(guò)濾器在處理箱中進(jìn)行清洗，從而結(jié)合到單級(jí)磁過(guò)濾器上的吸附劑可被釋出并直接返回處理箱。
5.如權(quán)利要求4所述的廢水處理系統(tǒng)，基于微生物固定法，特征在于所述吸附劑是微生物結(jié)合載體。
6.一種廢水處理系統(tǒng)，包括向廢水中待分離物質(zhì)施加磁的裝置，和超導(dǎo)磁分離裝置，所述的超導(dǎo)磁分離裝置通過(guò)磁鐵礦式超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，從中捕集加磁的物質(zhì)，并從廢水中分離所述物質(zhì)，系統(tǒng)的特征在于所述超導(dǎo)磁分離裝置包括一對(duì)相互連接且以縱向可移動(dòng)通過(guò)超導(dǎo)磁體腔的磁過(guò)濾器，這種移動(dòng)使磁過(guò)濾器進(jìn)行切換，能夠以這樣的方式交替使用要使在磁體腔內(nèi)一個(gè)磁過(guò)濾器用于進(jìn)行廢水處理的同時(shí)，另外的磁過(guò)濾器在腔外進(jìn)行返洗。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種使用超導(dǎo)磁分離器的廢水處理系統(tǒng)，可有效地清洗磁過(guò)濾器。所述系統(tǒng)包括在超導(dǎo)磁體的腔內(nèi)的可拆卸的內(nèi)建式多級(jí)磁過(guò)濾器，其由多個(gè)單級(jí)磁過(guò)濾器組成。多級(jí)磁過(guò)濾器縱向總長(zhǎng)度至少等于或大于超導(dǎo)磁體的長(zhǎng)度。在超導(dǎo)磁體激活狀態(tài)下，通過(guò)從下游側(cè)(清水側(cè))推入另外的單級(jí)磁過(guò)濾器，將單級(jí)磁過(guò)濾器從多級(jí)磁體過(guò)濾器的上游側(cè)(污水側(cè))移出，及清洗并再返回下游側(cè)。
文檔編號(hào)B03C1/0355GK1697784SQ200480000539
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月7日
發(fā)明者仁木丈文, 野田泰廣, 福西達(dá)男 申請(qǐng)人:仁木工蕓株式會(huì)社, 株式會(huì)社辰巳空氣工程, 二葉商事株式會(huì)社