基本信息
- 项目名称：
- 一种使用新型材料处理废水的装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本装置由玻璃仪器和PVC管组装连接而成，结构简单、造价低廉、易于实现，可放大投入工业生产，具有良好的应用前景及社会和经济效益，且已获得实用新型专利批准（批准号：ZL200820220807.6）。 该装置将多孔微晶玻璃的过滤作用和复合颗粒（膨润土与壳聚糖复合而成）的吸附作用结合起来，充分发挥过滤元件与吸附介质的净化能力，对工业废水进行深度除杂，达到高效率的净化结果。另外，本装置具有单独过滤﹑单独吸附及综合过滤和吸附等多种功能，可以处理多种不同的工业废水。同时本装置所使用的过滤和吸附材料为我们创新小组自行研制，用于废水处理具有低成本、高效率的优点，并可单独应用于其他工业领域，具有良好的社会和经济效益。
- 详细介绍：
- 本作品由过滤系统、吸附系统组成。其中多孔微晶玻璃因其内部含有大量的贯通的、分布均匀的气孔而作为过滤系统，通过这些气孔的过滤作用去除废水中的悬浮颗粒，然后再通过抽虑作用进入盛有复合颗粒容器的吸附系统中，废水中的有机物及重金属离子即被复合颗粒吸附，从而完成整套的过滤吸附过程。 装置通过多孔微晶玻璃的两级过滤和复合颗粒的吸附，大大提高了废水处理的效果。且所用材料的成本较低，来源广泛，达到了废物利用、节能减排的目的。整个装置结构简单，设计合理，运行平稳，使用和维护都非常简便，运营成本低。可用于工业废水的处理，如化工和生活用水过滤，水中有机物、重金属离子的去除等。其小型装置还可以净化生活用水，除杂，抗菌，适合家庭使用。此外，它在其他相关领域也有所应用，如醋酸、中草药液、酒精等的脱色、净化医药口服液用水等。 该装置集高效率、低成本等特点于一身，具有很大的社会效益和经济效益，必将拥有广阔的市场前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 基本思路： 1.以粉煤灰、尾矿等工业废渣为主要原料，制备出具有较高强度和耐侵蚀性的多孔微晶玻璃。 2.进行工艺路线的探索，将膨润土和壳聚糖复合制成具有最佳吸附效果的复合颗粒，形成复合效应，提高吸附效果和稳定性。 3.多孔微晶玻璃作为过滤材料可除去废水中的悬浮颗粒，复合颗粒可以吸附废水中的某些有机物及重金属离子，将两种材料有机地结合起来，开发出一种具有过滤与吸附双重作用的废水处理装置。 创新点： 1.以尾矿、钢渣、粉煤灰等工业废渣为主要原料制备多孔微晶玻璃用于废水的过滤，强度高，成本低。 2.用独特的工艺，将膨润土与壳聚糖复合制成具有较好吸附效果的复合颗粒。工艺简单，成本低。 3.将多孔微晶玻璃的过滤与复合颗粒的吸附有机地结合起来，开发出一种具有过滤与吸附双重作用的废水处理装置。既提高了废水处理的效果，又能废物利用，减少排放。 技术关键： 1.多孔微晶玻璃制备的工艺路线选择和工艺条件的优化。 2.膨润土与壳聚糖复合工艺路线选择和工艺条件的优化。 3.膨润土与壳聚糖配比的优化。 4.废水处理装置的优化设计与制作。 主要技术指标： 1.多孔微晶玻璃的抗压强度>8MPa； 2.渗透率2.5～20μm2； 3.复合颗粒对染料废水的吸附率>98%； 4.废水的净化指标：悬浮物<20mg/L；对染料废水的吸附率>98%。
科学性、先进性
- 科学性：1.多孔微晶玻璃的过滤是一种集吸附、表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式。基于液-固，气-固系统的过滤来讲，其过滤机理主要为惯性冲撞、扩散和截留。 2.壳聚糖溶解于有机酸之后显正电性，而膨润土显负电荷性，二者易复合。该复合物颗粒具有多孔结构的物理吸附和通过分子间的范德华力作用产生的多层吸附作用；壳聚糖分子链上剩余的活性基团能跟污染物作用产生化学吸附；膨润土层中的离子也可与水体中的离子发生离子交换吸附。 先进性：1.采用工业废渣做成的多孔微晶玻璃作为过滤材料具有强度高，耐高温，耐腐蚀，同时可废物利用，降低成本。 2．膨润土可以增加壳聚糖的团聚力，提高复合颗粒的硬度，从而可增加复合颗粒在水中的稳定性；同时还能提高复合材料的密度，可使复合颗粒易从废水中分离。相比于目前常用的活性炭吸附剂,复合颗粒还有价格低廉、来源广泛、无毒无害等优点。 3.整个装置结构简单，设计合理，使用和维护都简便，运营成本低，废水处理的效率高。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2009年5月获河南省第三届挑战杯竞赛省级一等奖。 2.2009年4月获XX大学节能减排科技竞赛校级优秀奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 装置的使用说明：本装置由过滤系统、吸附系统组成。废水通过由多孔微晶玻璃组成的过滤系统除去颗粒状杂质后进入由复合颗粒组成的吸附系统除去某些有机物及重金属离子得到净化。 技术特点和优势：通过多孔微晶玻璃的两级过滤和复合颗粒的吸附，大大提高了废水处理的效果。装置所用材料的成本较低，来源广泛，达到了废物利用、节能减排的目的。整个装置结构简单，设计合理，运行平稳，使用和维护都非常简便，运营成本低。 适应范围及推广前景：1.工业废水的处理：如化工和生活用水过滤，水中有机物、重金属离子的去除等。 2.家庭：小型装置可以净化生活用水，除杂，抗菌。 3.其它相关领域：如醋酸、中草药液、酒精等的脱色；净化医药口服液用水等。 市场分析和经济效益预测：经济的发展使工业废水排放量逐年增长，目前常用的废水处理方法存在成本较高等问题。本装置所用材料的成本较低，来源广泛，所用的尾矿废渣又是国家资源综合利用行动的发展重点和环境治理的重点，因此本装置市场前景良好，具有很大的社会效益和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 多孔微晶玻璃国内外研究应用现状： 多孔微晶玻璃是一种新型材料。世界各国对多孔微晶玻璃材料都有研究。在环保多孔微晶玻璃的制备方面，Bernardo等以碳酸钙为发泡剂，利用废旧阴极射线管玻璃在低温下制备了多孔微晶玻璃。博布科娃•恩•姆使用SiO2-TiO2-Al2O3-CaO-BaO-B2O3系无碱微晶玻璃经过熔制初始玻璃后进行微晶化，再研磨微晶玻璃粉，按不同粒度分级、成形并烧结成多孔微晶玻璃。Petrakovskaya等利用多孔微晶玻璃的多孔性制备出了一种专门用来吸收HF气体的装置。Vladimir等利用天然沸石制成了气孔率达38.6%，抗压强度1.7MPa的用于过滤的多孔微晶玻璃。 国内李金平等以具有快速微晶化特性的玻璃为基础，用烧结法制备多孔微晶玻璃。陈克荣等将玻璃粉、粉煤灰和非金属矿混合，在一定条件下制备出了一种用于墙体材料的多孔微晶玻璃。王立久等以废玻璃和轻质陶粒为基础原料，制备多孔微晶玻璃滤料。 多孔微晶玻璃用于过滤的研究还很少，而利用工业废渣制备多孔微晶玻璃过滤工业废水，更可达到“以废制废”的目的。 壳聚糖与膨润土复合材料研究应用现状： 在保护环境，治理水体污染中，吸附分离技术是重要的手段。寻求优良的吸附材料一直是各国专家学者们所研究的课题。壳聚糖是甲壳素的部分脱乙酰基化的产物。其来源广泛，无毒无害，具有优良的吸附性能，日本、美国和欧洲一些国家已经相继将壳聚糖用于废水处理，且效果明显。近年来，对负载型壳聚糖系列吸附剂的研究是一个热门话题，负载型吸附剂会大大增加吸附剂的吸附比表面积、提高吸附剂的利用率、降低水处理的成本、提高回收再利用的可能性；同时还可以加快吸附沉降速度，缩短水处理时间，减小二次污染等。 马勇等将壳聚糖负载在膨润土上，制成固体吸附剂。用其处理陈醋、染料溶液、重要注射液中的鞠酸时，对他们的脱色率分别为90%、97%、50%，且沉降时间短、容易过滤。曲荣君采用了乙二醇中的B-63树脂交联壳聚糖并将其负载于膨润土表面的方法制备一种固体吸附剂，其处理金属离子的废水是具有吸附速度快、沉降迅速和对金属离子吸附性能好等特点。祝春水将壳聚糖负载在膨润土上，并利用其进行含Ni2+废水吸附实验，去除率达到99%。
