一种利用铁磁动态去除水体中微塑料的装置和方法

1.本发明属于水质净化及固体废弃物处理技术领域，涉及一种利用铁磁去除水体中微塑料的装置和方法。


背景技术：

2.塑料自发明以来，对人类的生产生活造成了极大的影响。2019年，全球塑料年产量已经达到3.68亿吨，废弃的塑料在阳光、雨水、风、生物等自然因素的长期作用下，会破碎成为体积更小的碎片。粒径小于5mm的塑料碎片或颗粒被定义为微塑料，主要包括工业生产中使用的初生微塑料和由大型塑料垃圾风化后形成的次生微塑料。由于微塑料具有较高的比表面积和表面疏水性，对其他污染物具有较高的吸附能力，故可作为污染物的载体进入生物体内，并且具有生物富集效应。微塑料在各种类型的水体中均能被检测到，包括海水、淡水、生活污水，甚至自来水和瓶装水。为了降低人类和其他生物对微塑料的暴露风险，通过一定技术方法去除水体中的微塑料是亟待解决的问题。
3.已有的水体中微塑料去除方法主要包括物理、化学以及生物方法三个方面，但均存在一定的问题，例如过滤对于小粒径微塑料的去除效果不佳，光催化氧化法的成本过高等。因而，开发一种操作简单、快速和高效去除水体中微塑料的装置和方法至关重要。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用铁磁去除水体中微塑料的装置和方法，结合过滤预处理和磁性去除主处理实现水体中微塑料的动态去除，弥补了现有水体中微塑料去除技术耗时长和去除率低的缺陷。
5.本发明提供一种利用铁磁去除水体中微塑料的装置，所述装置包括过滤预处理单元、磁化单元和磁性去除单元，三个单元依次连接，实现对水流中微塑料的动态去除。
6.过滤预处理单元：30目的滤网截留大粒径(》600μm)微塑料；
7.磁化单元：向水中添加纳米fe3o4后，混合搅拌，使纳米fe3o4吸附到未被截留的微塑料表面实现微塑料的磁化；所述微塑料尺寸下限为20μm。
8.磁性去除单元：磁化后的微塑料被可拆卸的磁铁吸引并固定，取出磁铁，实现微塑料从水体中的去除。
9.进一步地，所述过滤预处理单元包括过滤池和滤网；所述过滤池为上部敞口容器，过滤池的外壁上部、下部分别设有过滤池进液口和过滤池出液口，过滤池进液口装有第一止水阀，30目滤网在过滤池中倾斜安置，增大水流与滤网的接触面积；所述过滤池出液口与第一水泵连接，过滤池中经过滤网过滤的水经过滤池出液口输送给第一水泵。
10.进一步地，所述磁化单元包括磁化池和搅拌装置；所述磁化池为上部敞口容器，磁化池的外壁上部、下部分别设有磁化池进液口和磁化池出液口；所述搅拌装置通过长杆安装于磁化池内部，且不与磁化池底部及侧壁接触，用于对磁化池中纳米fe3o4和水体中微塑料进行搅拌；所述磁化池出液口与第二水泵连接，磁化池中经过搅拌的水经磁化池出液口
去除池，19-第二止水阀，20-去除池出液口。
具体实施方式
26.结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
27.本发明公开了一种利用铁磁效应去除水体中微塑料的装置，所述装置包括过滤预处理单元、磁化单元和磁性去除单元，三个单元依次连接，对流动水体中的微塑料实施动态去除；所述过滤预处理单元通过30目的滤网截留大粒径(》600μm)微塑料；所述磁化单元通过向水中添加纳米fe3o4后，混合搅拌，使纳米fe3o4吸附到微塑料表面实现微塑料的磁化；所述磁性去除单元将磁化后的微塑料被可拆卸的磁铁吸引并固定，取出磁铁，实现微塑料从水体中的去除。本发明还公开了利用上述装置去除水体中微塑料的方法，所述方法先将水体中大尺寸微塑料滤过截留，再将小尺寸微塑料通过磁性去除，弥补了现有微塑料去除技术耗时长和去除率低的缺陷。
28.本发明提供了一种利用铁磁动态去除水体中微塑料的装置，所述装置包括过滤预处理单元、磁化单元和磁性去除单元，三个单元依次连接，实施对水流中的微塑料动态去除；
29.过滤预处理单元：通过孔径为30目的滤网截留尺寸》600μm的微塑料；
30.磁化单元：添加纳米fe3o4后，混合搅拌使其吸附到微塑料表面，导致微塑料的磁化；
31.磁铁去除单元：磁化后的微塑料被装置内的磁铁吸引并固定，定期取出和替换新磁铁，实现去除水体中的微塑料。
32.本发明还提供了一种利用上述装置使水体中的微塑料在铁磁作用下去除的方法，所述方法包括如下步骤：
33.s1：过滤：打开第一止水阀2，含微塑料的水流从过滤池进液口1进入过滤池4，经滤网3截留粒径》600μm微塑料，剩余小粒径的微塑料随水流经过滤池出水口5流出；
34.s2：磁化：经过滤池4过滤后的水流在第一水泵6的作用下经磁化池进水口8进入磁化池10，第二水泵12处于关闭状态，加入纳米fe3o4，由搅拌器9进行混合搅拌，使纳米fe3o4吸附至微塑料表面实现微塑料的磁化；
35.s3：磁性去除：开启第二水泵12，水流经去除池进水口14流入去除池18，去除池的第二止水阀19处于关闭状态，去除池内的底部和/或侧壁贴有可拆卸的方形第一磁铁15、第二磁铁16、第三磁铁17，表面吸附有纳米fe3o4的微塑料即磁化后的微塑料，被吸引到第一磁铁15、第二磁铁16、第三磁铁17表面；取出去除池内部底部和/或侧壁上吸有微塑料的可拆卸式第一磁铁15、第二磁铁16、第三磁铁17，实现了微塑料的磁性去除；然后打开第二止水阀19，微塑料去除处理后的水流经去除池出水口20流出。
36.实施例1
37.以检测pe、pp和ps三种微塑料从水体中的去除效率为例
38.具体过程：
39.1.分别称取粒径约为900～200μm的颗粒状pe、pp和ps微塑料加入纯水制成微塑料
浓度为1.5g/l的均匀混合液。
40.2.打开第一止水阀2，水流经过滤池进水口1进入过滤池4。
41.3.过滤后的水流经过滤池出液口5、第一水泵6和第一橡胶管7进入磁化池10，保持第二水泵12关闭，向磁化池10中加入纳米fe3o4，使其浓度保持在约1.3g/l，开启搅拌装置9，搅拌150min。
42.4.搅拌结束后开启第二水泵12，磁化池10水流进入去除池18，保持去除池出水口的第二止水阀19关闭，水流中磁化后的微塑料被吸引至可拆卸式第一磁铁15、第二磁铁16、第三磁铁17表面并固定，静置10min，使第一磁铁15、第二磁铁16、第三磁铁17充分吸引磁化后的微塑料。
43.5.静置结束后，取出吸有微塑料的第一磁铁15、第二磁铁16、第三磁铁17，实现微塑料从水体中的去除，再打开去除池的第二止水阀19，经微塑料去除处理后的水流经去除池出水口20流出
44.6.称量被磁铁吸引而从水体中去除的微塑料的质量，计算去除率。
45.7.实验平行重复3组。
46.三种微塑料分别进行上述实验过程，结果表明pe、pp和ps微塑料的去除率分别为94％、90％和93％。
47.实施例2
48.1.参照以下配比配置模拟海水：nacl(26.73g/l)、mgso4(3.25g/l)、mgcl2(2.26g/l、cacl2(1.15g/l)和kcl(0.72g/l)。
49.2.分别称取粒径约为900～200μm的颗粒状pe、pp和ps微塑料加入模拟海水制成微塑料浓度为1.5g/l的均匀混合液。
50.3.剩余操作参照实施例1
51.模拟海水中pe、pp和ps三种微塑料的去除率分别为93％、91％和91％。
52.实施例3
53.以pe为例，探究四种形状pe微塑料(900～200μm)从水体中的去除率，具体操作过程参照实施例1，颗粒状、纤维状、薄膜状和泡沫状的pe微塑料去除率分别为94％、93％、99％和99％。
54.整体效果：
55.本发明装置和方法适用于多个种类、粒径、形状的微塑料的去除，并且适合于不同类型水体中微塑料的去除，能够在较短的时间(～3h)内实现水体中微塑料的高效去除，并且操作简单，不易造成二次污染。
56.本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离本发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。