CN109095544A - 一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置 - Google Patents

Abstract

一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置，包括吸附装置、缓冲装置和水处理装置，吸附装置包括多组吸附柱，所述吸附柱的下端设有进水口，所述吸附柱的上端设有出水口，所述吸附柱内设有固废陶粒填料层，所述固废陶粒填料层的上下两端分别设有顶部微孔铁丝网滤布和底部微孔铁丝网滤布，所述顶部微孔铁丝网滤布与吸附柱活动连接，所述底部微孔铁丝网滤布与吸附柱固定连接，所述底部微孔铁丝网滤布与吸附柱底端之间设有均匀配水区，所述吸附柱的顶端设有进出料口，所述相邻的两组吸附柱之间设有缓冲装置，所述缓冲装置为多组上下排列并且相互平行缓冲管，所述缓冲管与吸附柱通过橡皮管连接，所述缓冲管之间通过橡皮管连接，所述最上端的缓冲管上设有缓冲阀，其在废水处理时要达到运行成本低、适应能力强、处理效果理想、环境友好，且能实现处理出水达标排放要求。

Description

一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置

技术领域

本发明属于染料废水处理设备技术领域，特别涉及一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置。

背景技术

染料在给人类带来绚丽多彩和经济效益的同时，也产生了大量的“三废”，尤其是要排放大量的废水。纺织印染企业产生废水一般占企业总排水量的60%~80%，主要来自退浆、煮炼、漂白、丝光、染色、印花和后整理等工序段。染料废水因具有色度高(约为500~500000倍)、组分复杂、可生化性差(BOD₅/COD<0.1)、水质及水量变化大、有毒有害且难降解物质多等特点，被公认为是较难处理的工业废水之一。若染料废水未经处理或不达标排放，会直接威胁人类的健康和社会的可持续发展，对生态环境造成严重破坏。此外，随着染料显色基团及极性基团等结构日趋复杂，性能越来越稳定，使得染料废水的处理难度越来越大。

在众多染料废水处理技术中，吸附法具有很多其他方法不可替代的优点，诸如操作简单、处理成本低廉、对多种染料都有去除效果、很少甚或不产生污泥等二次污染物。但由于工艺局限，间歇式吸附操作仅适用于实验室规模，很少用于工业领域。为了解决这一问题，将吸附法用于废水处理往往是通过固定床操作的方式进行，可实现连续稳定运行，无需增设专门的搅拌设备和分离设施等，有利于提高吸附法的工业化应用水平，固定床又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应(包括气-固相、液-固相)过程的一种反应器，床体静止不动，流体通过床层进行反应，但是由于固定床操作是一个非稳态的传质系统，在废水处理过程中，存在如填料成本高、进水分配不均匀、水流阻力大、.易堵塞、滞留区多等不足。

鉴于此，目前亟待研发出填料成本低、易操作、运行稳定、处理效果好的染料废水处理装置，在废水处理时要达到环境友好、适应能力强、处理出水水质稳定且能实现达标排放等要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题为，提供一种结构简单、设计合理，操作、维护方便，核心填料性能优良、制备成本低廉，废水处理效果好、处理出水水质稳定，环境友好的染料废水处理用分段式填充床反应器。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置，包括吸附装置、缓冲装置和水处理装置，其特征在于，吸附装置包括多组吸附柱，所述吸附柱的下端设有进水口，所述吸附柱的上端设有出水口，所述吸附柱内设有固废陶粒填料层，所述固废陶粒填料层的上下两端分别设有顶部微孔铁丝网滤布和底部微孔铁丝网滤布，所述顶部微孔铁丝网滤布与吸附柱活动连接，所述底部微孔铁丝网滤布与吸附柱固定连接，所述底部微孔铁丝网滤布与吸附柱底端之间设有均匀配水区，所述吸附柱的顶端设有进出料口，所述相邻的两组吸附柱之间设有缓冲装置，所述缓冲装置为多组上下排列并且相互平行缓冲管，所述缓冲管与吸附柱通过橡皮管连接，所述缓冲管之间通过橡皮管连接，所述最上端的缓冲管上设有缓冲阀。

进一步的，所述吸附柱为两组，通过缓冲装置串联。

进一步的，所述水处理装置与吸附装置连接，所述水处理装置包括进水池、进水管、蠕动泵和流量计，并依次与吸附柱进水口连接，所述水处理装置还包括出水管、出水池，并依次与吸附柱出水口连接。

进一步的，所述固废陶粒填料层内设有固废陶粒，所述固废陶粒的制备原料为城镇污水处理厂脱水车间的脱水污泥、火力发电厂排放的粉煤灰和城市河道淤泥，所述固废陶粒的制备原料组分包括(按重量份数)：城镇污水处理厂脱水车间的脱水污泥约为50%、火力发电厂排放的粉煤灰约为40%和城市河道淤泥约为10%，所述固废陶粒的粒径为0.5±0.2mm，所述固废陶粒的堆积密度为0.95 g/cm³，所述固废陶粒的破碎率与磨碎率之和约为0.2%、盐酸可溶率约为0.0%、含泥量约为0.2%、空隙率约为71.1%和BET比表面积约为0.73×104 cm²/g。

进一步的，所述缓冲管的内径约为2.0 cm，长度约为10.0 cm。

有益效果

本发明分段式填充床反应器用核心填料为固废陶粒，是一种具有良好化学、物理和水力性能，且具有较大孔隙率、BET比表面积及机械强度，床层压力小，大直通孔道结构可克服粉尘堵塞，吸附能力强的烧结类滤料。固废陶粒能够通过物理吸附作用和化学吸附作用富集染料废水中的难降解有机物和有毒有害重金属离子，在降低水体中的污染物的同时，对染料废水有显著的脱色作用。使用时通过监测发现固废陶粒吸附饱和后，可采用热再生技术，恢复其吸附性能，可以使染料废水处理多次循环进行，且处理出水水质达到国家规定的排放标准。

本发明染料废水处理用分段式填充床反应器，不仅可以在常温常压下运行及实现染料废水的达标排放，而且践行着“以废治废”水处理新理念，促进了陶粒行业、染料废水处理行业健康、稳定、可持续的发展。更重要的是，本发明分段式填充床反应器用核心填料固废陶粒的制备成本低廉、原料来源广泛、理化性质稳定、金属浸出毒性小、吸附容量大、再生性能好，可以显著降低染料废水处理成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1、进水池；2、进水管；3、蠕动泵；4、流量计；5、底部微孔铁丝网滤布；6、均匀配水区；7、吸附柱；8、固废陶粒填料层；9、顶部微孔铁丝网滤布；10、进出料口；11、缓冲阀；12、缓冲管；13、出水管；14、出水池。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置，包括吸附装置、缓冲装置和水处理装置，其特征在于，吸附装置包括多组吸附柱7，所述吸附柱7的下端设有进水口，所述吸附柱7的上端设有出水口，所述吸附柱7内设有固废陶粒填料层8，所述固废陶粒填料层8的上下两端分别设有顶部微孔铁丝网滤布9和底部微孔铁丝网滤布5，所述顶部微孔铁丝网滤布9与吸附柱活7动连接，所述底部微孔铁丝网滤布5与吸附柱7固定连接，所述底部微孔铁丝网滤布5与吸附柱7底端之间设有均匀配水区6，所述吸附柱7的顶端设有进出料口10，所述相邻的两组吸附柱7之间设有缓冲装置，所述缓冲装置为多组上下排列并且相互平行缓冲管12，所述缓冲管12与吸附柱通过橡皮管连接，所述缓冲管之间通过橡皮管连接，所述最上端的缓冲管12上设有缓冲阀11，设置缓冲区的目的在于一是可以通过调节流速控制吸附作用速率大小，优化传质特性及吸附平衡关系，实现床层不易返混，填料的磨损和流失较少的目的；二是防止或消除滞留区或“死区”，促进水体中污染物的外扩散、内扩散及表面吸附过程，提高吸附效率，达到去除污染物的目的。针对浓度高、难降解、水力负荷大的染料废水，缓冲阀可以作为加药口，缓冲区可以作为反应区，通过投加一定量的化学药剂，经氧化还原反应、混凝沉淀、过滤等物理化学作用，有效降低水体中的污染物含量，实现染料废水的处理出水达标排放。

进一步的，所述吸附柱7为两组，通过缓冲装置串联，进水从吸附柱的底部进入，顶部流出，分段式结构一方面可以有效解决进水分配不均匀及水流阻力大等问题，提高填充床反应器的运行效率和处理能力，另一方面可以有效克服填料的板结、失活及填料层的堵塞、阻力大等问题，强化物理/化学吸附作用，提高固-液界面的传质效率，达到污染物去除的目的。

进一步的，所述水处理装置与吸附装置连接，所述水处理装置包括进水池、进水管、蠕动泵和流量计，并依次与吸附柱进水口连接，所述水处理装置还包括出水管、出水池，并依次与吸附柱出水口连接。

进一步的，所述固废陶粒的制备工艺为以固体废弃物为原料，不添加任何不可再生自然资源，经干燥、粉碎、成球、筛分、低温预热、高温培烧、自然冷却、筛分等工序加工而成，所述固废陶粒的制备原料为城镇污水处理厂脱水车间的脱水污泥、火力发电厂排放的粉煤灰和城市河道淤泥，所述固废陶粒的制备原料组分包括(按重量份数)：城镇污水处理厂脱水车间的脱水污泥约为50%、火力发电厂排放的粉煤灰约为40%和城市河道淤泥约为10%，所述固废陶粒的制备方法为高温培烧法，所述高温培烧法通过马弗炉提供热源，所述高温培烧法的升温过程为将坯料在300~400 ^°C下预热20~30 min，而后在1100~1200 ^°C下培烧5~20 min，自然冷却，所述固废陶粒的粒径为0.5±0.2 mm，所述固废陶粒的堆积密度为0.95 g/cm³，所述固废陶粒的破碎率与磨碎率之和约为0.2%、盐酸可溶率约为0.0%、含泥量约为0.2%、空隙率约为71.1%和BET比表面积约为0.73× 104 cm²/g，所述固废陶粒具有较大的BET比表面积、发达的空隙结构、狭窄的孔径分布，所述固废陶粒的破碎率与磨碎率之和、盐酸可溶率、含泥量、空隙率和BET比表面积等物理性能指标均明显高于我国城镇建设行业标准-《水处理用人工陶粒滤料》(CJ/T 299-2008)所规定的阈值，所述固废陶粒的浸出液中金属元素Cr、Zn、Cu、Al、Fe、Ca、Mg、Na及K的含量依次分别为≤ 0.15 g/L、0.2~0.29 g/L、≤ 0.15 g/L、0.052 g/L、未检出、8.01~10.03 g/L、1.7~2.065 g/L、3.44~4.631 g/L及未检出，所述固废陶粒的浸出液中金属离子浓度(如六价铬、二价锌及二价铜等)远远低于我国国家标准-《危险废物鉴别表征进出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)规定的限值。

此外，所述固废陶粒的具有较强的再生能力，可使废水处理成本进一步降低，本课题组的前期实验结果表明，重复使用4次后，所述固废陶粒的再生质量损失率低于5%，明显低于活性炭的再生质量损失率(约为10%)。

优选的，所述缓冲管为普通玻璃管。

优选的，所述普通玻璃管的两侧各设有进水口和出水口。

优选的，所述普通玻璃管的内径约为2.0 cm，长度约为10.0 cm。

优选的，所述进水池的有效容积为30~40 L，为透明的塑料质材。

优选的，所述出水池的有效容积为30~40 L，为透明的塑料质材。

优选的，所述进水管为橡皮管。

优选的，所述出水管为橡皮管。

优选的，所述橡皮管内径约为9.0 mm，具有高弹性。

优选的，所述蠕动泵由驱动器、泵头和软管三部分组成。

优选的，所述流量计为玻璃管转子流量计。

优选的，所述玻璃管转子流量计的最大量程为10 L/h，误差为小于0.1 L/h。

优选的，所述进料口为透明有机玻璃管。

优选的，所述出料口为透明有机玻璃管。

优选的，所述吸附柱为透明有机玻璃管。

优选的，所述透明有机玻璃管由甲基丙烯酸甲酯聚合而成。

优选的，所述进出料口的内径约为3.0 cm，外径约为3.5 cm，设有旋转阀。

优选的，所述吸附柱的内径约为7.0 cm，外径约为7.5 cm，标有刻度。

优选的，所述吸附柱的有效吸附高度约为55 cm。

本发明一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置在运行时，首先加料，固定底部微孔铁丝网滤布5，固废陶粒填料从进出料口10加入到吸附柱7内，在柱体上部放置顶部微孔铁丝网滤布9；然后，打开蠕动泵3的电源，废水由进水池1储存，进入进水管2，经过蠕动泵3、流量计4，进入吸附柱7的均匀配水区6，穿过底部微孔铁丝网滤布5、固废陶粒填料层8、顶部微孔铁丝网滤布9，由出水口流出，进水口和出水口的内径约为1.5 cm，外径约为2.0cm，进入缓冲区12，接着，经过另一个吸附柱的均匀配水区6、底部微孔铁丝滤布5、固废陶粒填料层8、顶部微孔铁丝网滤布9、出水口；最后，经由出水管13，进入出水池14。

Claims (4)

1.一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置，包括吸附装置、缓冲装置和水处理装置，其特征在于，吸附装置包括多组吸附柱，所述吸附柱的下端设有进水口，所述吸附柱的上端设有出水口，所述吸附柱内设有固废陶粒填料层，所述固废陶粒填料层的上下两端分别设有顶部微孔铁丝网滤布和底部微孔铁丝网滤布，所述顶部微孔铁丝网滤布与吸附柱活动连接，所述底部微孔铁丝网滤布与吸附柱固定连接，所述底部微孔铁丝网滤布与吸附柱底端之间设有均匀配水区，所述吸附柱的顶端设有进出料口，所述相邻的两组吸附柱之间设有缓冲装置，所述缓冲装置为多组上下排列并且相互平行缓冲管，所述缓冲管与吸附柱通过橡皮管连接，所述缓冲管之间通过橡皮管连接，所述最上端的缓冲管上设有缓冲阀。

2.根据权利要求1所述一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置，其特征在于，所述吸附柱的数量为两组，通过缓冲装置串联。

3.根据权利要求1所述一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置，其特征在于，所述水处理装置与吸附装置连接，所述水处理装置包括进水池、进水管、蠕动泵和流量计，并依次与吸附柱进水口连接，所述水处理装置还包括出水管、出水池，并依次与吸附柱出水口连接。

4.根据权利要求1所述一种染料废水处理用分段式填充床吸附装置，其特征在于，所述固废陶粒填料层内设有固废陶粒，所述固废陶粒的制备原料为城镇污水处理厂脱水车间的脱水污泥、火力发电厂排放的粉煤灰和城市河道淤泥，所述固废陶粒的制备原料组分按重量份数包括：污水处理厂脱水车间的脱水污泥为50%、火力发电厂排放的粉煤灰为40%和城市河道淤泥为10%，所述固废陶粒的粒径为0.5±0.2 mm，所述固废陶粒的堆积密度为0.95g/cm³，所述固废陶粒的破碎率与磨碎率之和约为0.2%、盐酸可溶率约为0.0%、含泥量约为0.2%、空隙率约为71.1%和BET比表面积约为0.73× 104 cm²/g。