本發(fā)明涉及稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)及利用該系統(tǒng)的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理方法。

背景技術(shù)：

稀土元素(Rare Earth Elements)是原子序數(shù)57至71的15個(gè)鑭(lanthan)系元素和原子序數(shù)21的鈧(Sc)以及原子序數(shù)39的釔(Y)等17個(gè)元素的統(tǒng)稱。

提取這種稀土元素的工藝中會(huì)產(chǎn)生包含有機(jī)物等的廢水，為了對(duì)廢水中包含的有機(jī)物進(jìn)行處理而做了很多研究，并且作為能量利用處理方法和化學(xué)處理方法研發(fā)了臭氧、五鄰體、臭氧/H₂O₂、臭氧/UV、臭氧催化劑等多樣種類的高度氧化處理技術(shù)。

高度氧化處理工藝中，現(xiàn)場(chǎng)適用最多的工藝是臭氧處理工藝。這種臭氧處理工藝雖然具有高的氧化處理效率，但由于殘留臭氧而存在現(xiàn)場(chǎng)管理及二次污染問題。

為了解決上述問題，進(jìn)行了很多降低臭氧濃度并與其它工藝組合以適用于處理現(xiàn)場(chǎng)的研究，但是仍存在處理費(fèi)用昂貴，并且難于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制等諸多問題。

一方面，大韓民國專利公開公報(bào)第2001-0044325號(hào)中公開了利用紫外線和臭氧的通過高度氧化處理的水處理裝置，但還是未能解決上述問題。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)

大韓民國專利公開公報(bào)第2001-0044325號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新穎的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)，即該系統(tǒng)通過將水動(dòng)力學(xué)空蝕(hydrodynamic cavitation)工藝引入到稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)從而降低了臭氧的注入濃度，并且增加了具有強(qiáng)氧化力的OH自由基的產(chǎn)生量，另外通過微細(xì)化臭氧的氣泡尺寸從而增加了臭氧氣體的溶解度，由此增加了氧化能力，因此不僅可以增加有機(jī)物氧化效率，還解決了殘留臭氧問題及由臭氧引起的二次污染問題。

此外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述有機(jī)物處理系統(tǒng)的新穎的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理方法。

技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：臭氧反應(yīng)部，其通過稀土元素提取廢水和臭氧的反應(yīng)來處理稀土元素提取廢水中的有機(jī)物；供給部，其與所述臭氧反應(yīng)部的上部連接，并向所述臭氧反應(yīng)部供給稀土元素提取廢水；排出部，其與所述臭氧反應(yīng)部的下部連接，并從所述臭氧反應(yīng)部排出已處理有機(jī)物的稀土元素提取廢水；臭氧產(chǎn)生部，其產(chǎn)生在所述臭氧反應(yīng)部中反應(yīng)的臭氧；導(dǎo)入部，其導(dǎo)入從所述臭氧產(chǎn)生部產(chǎn)生的臭氧；文氏管及隔離板，該文氏管及隔離板導(dǎo)入所述臭氧而產(chǎn)生臭氧微細(xì)氣泡及OH自由基；以及微細(xì)氣泡產(chǎn)生部，其包括將所述產(chǎn)生的臭氧微細(xì)氣泡及OH自由基向所述臭氧反應(yīng)部供給的導(dǎo)出部。

此外，本發(fā)明提供了利用所述稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)來處理稀土元素提取廢水中的有機(jī)物的方法。

有益效果

本發(fā)明通過提高稀土元素提取廢水中的有機(jī)物的氧化效率，不僅提高了處理效率，還解決了由殘留臭氧引起的二次污染，由此進(jìn)一步提高了臭氧氧化處理工藝的現(xiàn)場(chǎng)適用性。

附圖說明

圖1是放大示出本發(fā)明的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)的微細(xì)氣泡產(chǎn)生部的模式圖。

圖2是示出對(duì)本發(fā)明的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)的有機(jī)物處理效率能夠產(chǎn)生影響的變數(shù)的方框圖。

圖3是放大示出本發(fā)明的有機(jī)物處理系統(tǒng)中微細(xì)氣泡產(chǎn)生部的模式圖。

圖4是示出隨著微細(xì)氣泡產(chǎn)生部?jī)?nèi)部的pH變化的臭氧消耗量的曲線圖。

圖5是示出隨著微細(xì)氣泡產(chǎn)生部?jī)?nèi)部的pH變化的有機(jī)物減少量的曲線圖。

圖6是示出隨著微細(xì)氣泡產(chǎn)生部?jī)?nèi)部的溫度變化的臭氧消耗量的曲線圖。

圖7是示出隨著微細(xì)氣泡產(chǎn)生部?jī)?nèi)部的溫度變化的有機(jī)物減少量的曲線圖。

圖8是示出利用稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)對(duì)稀土元素提取廢水中的有機(jī)物進(jìn)行連續(xù)處理的情況下，隨著時(shí)間的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物濃度的曲線圖。

圖9是本發(fā)明的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)的模式圖。

附圖標(biāo)記說明

10：臭氧反應(yīng)部

20：供給部

30：排出部

40：臭氧產(chǎn)生部

50：微細(xì)氣泡產(chǎn)生部

51：導(dǎo)入部

52：文氏管及隔離板

53：導(dǎo)出部

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：臭氧反應(yīng)部，其通過稀土元素提取廢水和臭氧的反應(yīng)來處理稀土元素提取廢水中的有機(jī)物；供給部，其與所述臭氧反應(yīng)部的上部連接，并向所述臭氧反應(yīng)部供給稀土元素提取廢水；排出部，其與所述臭氧反應(yīng)部的下部連接，并從所述臭氧反應(yīng)部排出已處理有機(jī)物的稀土元素提取廢水；臭氧產(chǎn)生部，其產(chǎn)生在所述臭氧反應(yīng)部中反應(yīng)的臭氧；導(dǎo)入部，其導(dǎo)入從所述臭氧產(chǎn)生部產(chǎn)生的臭氧；文氏管及隔離板，該文氏管及隔離板導(dǎo)入臭氧而產(chǎn)生臭氧微細(xì)氣泡及OH自由基；以及微細(xì)氣泡產(chǎn)生部，其包括將所述產(chǎn)生的臭氧微細(xì)氣泡及OH自由基向所述臭氧反應(yīng)部供給的導(dǎo)出部。

以下將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

在全篇說明書中，“稀土元素提取廢水”是指利用強(qiáng)鹽酸或者強(qiáng)硫酸在高溫下從稀土類精礦中提取稀土元素的過程中產(chǎn)生的廢水，所述稀土元素提取廢水具有pH 1以下的強(qiáng)酸性，并意味著包含由提取過程中所使用的化學(xué)藥品誘發(fā)的有機(jī)物((C₈H₁₇)₂HPO₃、草酸等)的廢水。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述稀土元素提取廢水中的有機(jī)物可以是由化學(xué)式1表示的(C₈H₁₇)₂HPO₃、由化學(xué)式2表示的草酸(C₂H₂O₄)、苯、甲苯、乙苯以及二甲苯組成的組中選擇的至少一種，但并非僅限于此，在以下表1中記載了所述化學(xué)式1和2。

【表1】

為了處理所述稀土元素提取廢水中的有機(jī)物而利用本發(fā)明的有機(jī)物處理系統(tǒng)。圖9中示出了依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)。

首先，通過供給部20將所述稀土元素提取廢水供給至臭氧反應(yīng)部10。

在臭氧反應(yīng)部10中通過借助臭氧的氧化反應(yīng)來處理所述稀土元素提取廢水中的有機(jī)物，所述臭氧在連接于所述臭氧反應(yīng)部10的臭氧產(chǎn)生部40產(chǎn)生。

所述臭氧產(chǎn)生部40只要是包括能夠產(chǎn)生臭氧的裝置，其種類沒有特殊限制。

在所述臭氧產(chǎn)生部40產(chǎn)生的臭氧供給至微細(xì)氣泡產(chǎn)生部50。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在所述微細(xì)氣泡產(chǎn)生部50產(chǎn)生臭氧的微細(xì)氣泡，所述臭氧的微細(xì)氣泡是指在平均粒子尺寸小于50nm的微細(xì)氣泡內(nèi)含有臭氧，優(yōu)選的平均粒子尺寸為50nm以下，但并非僅限于此。

在臭氧的微細(xì)氣泡的平均粒子尺寸處于所述范圍的情況下，OH自由基產(chǎn)生量及臭氧的溶解度會(huì)增加，由此增加臭氧的氧化能力，從而可以提高本發(fā)明的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理裝置的處理效率。

所述微細(xì)氣泡產(chǎn)生部50包括：導(dǎo)入部51，其導(dǎo)入在所述臭氧產(chǎn)生部40中產(chǎn)生的臭氧；文氏管及隔離板52，該文氏管及隔離板52用于產(chǎn)生臭氧微細(xì)氣泡及OH自由基；導(dǎo)出部53，其將產(chǎn)生的臭氧微細(xì)氣泡及OH自 由基供給至所述臭氧反應(yīng)部10。

在所述微細(xì)氣泡產(chǎn)生部50中產(chǎn)生的臭氧的微細(xì)氣泡可在所述微細(xì)氣泡產(chǎn)生部50的內(nèi)部循環(huán)。

OH自由基通過所述臭氧的微細(xì)氣泡的循環(huán)而產(chǎn)生。隨后，臭氧的微細(xì)氣泡及OH自由基移動(dòng)至臭氧反應(yīng)部10，從而對(duì)稀土元素提取廢水中的有機(jī)物進(jìn)行處理。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在所述臭氧反應(yīng)部10中可通過借助臭氧的直接氧化及間接氧化來處理稀土元素提取廢水中的有機(jī)物。

所述直接氧化為臭氧溶解于水中從而對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化。所述間接氧化為臭氧進(jìn)行自我分解從而生成氧化能力強(qiáng)的OH自由基(·OH)，由此氧化有機(jī)物。

通過反應(yīng)式1和反應(yīng)式2分別示出了由于臭氧的直接氧化及間接氧化的機(jī)理。

【反應(yīng)式1】

O₃+稀土元素提取廢水中的有機(jī)物→CO₂+H₂O

【反應(yīng)式2】

O₃+H₂O→2·HOO

O₃+·HOO→·OH+2O₂

·OH+稀土元素提取廢水中的有機(jī)物→CO₂+H₂O

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，優(yōu)選地所述文氏管的流入部的擴(kuò)展角度為20°至25°，流出部的擴(kuò)展角度為4°至8°，但并非僅限于此。

其原因在于，文氏管的流入部及流出部的擴(kuò)展角度處于所述范圍內(nèi)的情況下，向文氏管的內(nèi)部賦予適當(dāng)?shù)膲毫Σ?，從而提高OH自由基產(chǎn)生量及臭氧的溶解度，由此提高臭氧的氧化能力，從而最大化本發(fā)明稀土元素 提取廢水中的有機(jī)物處理裝置的處理效率。此外，通過減少臭氧的注入量以防止由臭氧引起的二次污染，而且還能方便地維持管理現(xiàn)場(chǎng)。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述隔離板的孔洞尺寸為0.5mm至2mm，所述隔離板的孔洞個(gè)數(shù)優(yōu)選為1至10個(gè)，但并非僅限于此。

隔離板的孔洞尺寸和孔洞個(gè)數(shù)處于所述范圍的情況下，OH自由基的產(chǎn)生量及臭氧的溶解度增加，由此提高了臭氧的氧化能力，最終最大化本發(fā)明稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理裝置的處理效率。

在所述臭氧反應(yīng)部10中已處理有機(jī)物的稀土元素提取廢水由連接至所述臭氧反應(yīng)部10的下部的排出部30排出。

另外，本發(fā)明還涉及一種利用所述稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)來處理稀土元素提取廢水中的有機(jī)物的方法。

以下，將根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但以下公開的本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)僅僅是示例性的，因此本發(fā)明的范圍并不限制于這種實(shí)施形態(tài)。本發(fā)明的范圍體現(xiàn)在了權(quán)利要求書中，并進(jìn)一步包含與權(quán)利要求書的記載均等的含義及范圍內(nèi)的所有變更。另外，在以下實(shí)施例和比較例中表示含量的“％”和“份”在沒有特殊說明的情況下，以重量為基準(zhǔn)。

實(shí)施例

實(shí)施例1.稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)

圖9是示出依據(jù)本發(fā)明的稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。如圖9所示，構(gòu)成了本發(fā)明的有機(jī)物處理系統(tǒng)。此外，如圖3所示，構(gòu)成了本發(fā)明的有機(jī)物處理系統(tǒng)中微細(xì)氣泡產(chǎn)生部50。

試驗(yàn)例1.稀土元素提取廢水中的有機(jī)物處理反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)測(cè)定

將水動(dòng)力學(xué)空蝕臭氧工藝中使用的隔離板的孔洞尺寸設(shè)定為Φ1mm，并將孔洞的個(gè)數(shù)設(shè)定為5個(gè)，由此測(cè)定了隨微細(xì)氣泡產(chǎn)生部的pH及溫度 的有機(jī)物處理反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)。

通過測(cè)定隨pH或溫度變化的臭氧消耗量及有機(jī)物減少量，并將該臭氧消耗量及有機(jī)物減少量以單位時(shí)間計(jì)算來測(cè)定所述反應(yīng)速度常數(shù)。

其結(jié)果顯示在圖4至圖7以及下述表2中。

【表2】

如表2所示，根據(jù)文氏管內(nèi)部的pH及溫度的影響的觀察結(jié)果，隨著pH及溫度的增加溶存臭氧消耗量和有機(jī)物氧化反應(yīng)速度常數(shù)值均有增加。

試驗(yàn)例2.稀土元素提取廢水中的有機(jī)物的處理率測(cè)定

如圖8所示，連續(xù)處理有機(jī)物100天的結(jié)果，流入本發(fā)明的有機(jī)物處理系統(tǒng)的有機(jī)物濃度為83mg/L，且流出的有機(jī)物濃度為18mg/L，有機(jī)物的處理率為78.3％，即顯示出了高處理率。