CN109824176A - 一种水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置 - Google Patents

Abstract

一种水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，包括定子，定子内部为空化腔，定子的两侧均安装有转轴，转轴处于空化腔内的一端固定安装有轮盘，转轴伸出定子的一端与传动装置连接，轮盘外围和空化腔内壁均分布有空化孔洞，定子一端设置有进液管和氧化剂进管，另一端设置有出料管。上述装置，由两套传动装置分别带动两个转子做相对高速旋转，使转子上的空化孔洞与染料废水作相对运动，从而引发空化现象，提高了空化效率，对降解染料废液中的有机物处理量大，可连续作业，具有高效性。

Description

一种水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置

技术领域

本发明涉及一种通过水力空化技术结合化学处理对染料废水进行降解的装置，属于染料废水处理技术领域。

背景技术

染料废水主要来自于印染加工中的染色、印花及整理工序，具有量大、浓度高、色度高及成分复杂等特点。染料废水中含有多种具有生物毒性及致癌性物质，同时还含有多种难降解的有害物质，其中有机污染物危害最为严重，而这些有色废水在环境中又会通过氧化、水解以及其它化学反应生成有毒的副产物。若直接排入水体，会严重影响水的透光性及水生生物的生长，且极易导致水体富营养化，破坏水体生态平衡。

印染废水多数采用传统的生化法处理，以除去废水中有机物，但是在反应过程中会产生有毒或较为复杂的副产物(尤其是氯代物)，而且效率低下。而传统物理方法成本较高，基于紫外光的处理方法由于废水的色度和浊度较高会引起阻断作用，降低紫外光的活性，从而影响处理效果。

常见的染料废水处理方法主要包括光催化氧化法、电化学法、膜分离法、絮凝沉降法等。其中光催化氧化方法在紫外光的作用下产生自由基，利用这种高度活性的羟基自由基便可参与加速氧化还原反应的进行，可以氧化包括生物氧化法难以降解的各类有机污染物并使之完全无机化。该法脱色效果好，不产生大量污泥，杀菌效果佳，经常运行费用较低，但一次性投资高，安装困难。而电化学方法能耗极大，膜分离法效率较低，成本较高；絮凝沉降法中吸附剂容易饱和，处理效果随时间的延长而下降；吸附剂的再生或更换较麻烦、费用较高，再生废液以及饱和废弃的吸附剂容易造成二次污染。

针对传统处理方法及新兴方法中的弊端，提出一种结构简单，适应性强，技术成熟，高效节能的染料废水降解装置。

水力空化处理废水是一种新型的环境污染物削减技术，处理有机污染物具有方法简便、不产生二次污染物，适用范围广等特点，具有广阔的发展潜力和应用前景。空化过程中产生的羟自由基·OH能够有效降解水体中的染料有机污染物，具有化学稳定性高、对人体无害、成本较低、反应条件温和、选择性小等优点，在难降解污染物的处理方面有着广泛应用。空化过程：水力空化过程中，空化结构附近产生极高压高温的条件，水中的水分子和溶解的氧分子的原子之间的化学键会断裂，并形成具有强氧化性的羟自由基。所产生的大量高活性羟自由基·OH能够氧化油泥中的化学物质，极高温高压会使分子中的化学键断裂从而达到降解油份大分子有机物的目的。

中国专利文献CN201710865386公开的一种高级氧化有机废水处理系统及其功效测试方法，采用自激振荡水力空化器处理有机污染物，装置中发生剧烈的空化效应，空化效应产生的极端条件足以使水分子裂解，伴随有羟基产生，以此氧化污水中的有机物。CN104556266A公开了一种强化水力空化处理装置，使流体空化后崩溃产生大量自由基，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，以达到提高和强化空化处理废水效果的目的。

但是上述水力空化装置及市面上的水力空化处理装置基本采用文丘里管、空化喷嘴和孔板式的结构实现空化的目的，存在处理量小、效率低下的问题，无法满足染料废水降解需求。

因此急需一种结构简单，适应性强，高效节能的水力空化装置实现染料废水降解。

发明内容

本发明针对染料废水降解技术存在的问题，提出一种处理效率高、效果好的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置。

本发明的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，采用如下技术方案：

该装置，包括定子，定子内部为空化腔，定子的两侧均安装有转轴，转轴处于空化腔内的一端固定安装有轮盘，转轴伸出定子的一端与传动装置连接，轮盘外围(两端面及圆周面)和空化腔内壁均分布有空化孔洞，定子一端设置有进液管和氧化剂进管，另一端设置有出料管。

所述定子两侧的转轴转向相反，传动装置带动转轴转动，转轴带动轮盘在定子空化腔内转动，两个轮盘做相对高速旋转。

所述空化腔内壁上的空化孔洞的端面与其相对的轮盘侧面之间的距离为4-8mm，所述轮盘外围的空化孔洞的端面与其相对的空化腔内壁之间的距离为4-8mm。

所述空化孔洞内两个转子的间隙为4-8mm。

所述空化孔洞为盲孔，直径与深度比例为1:2.5-3。

所述空化孔洞的深度为50mm-60mm，直径为20mm。

所述轮盘的转速为2000转/分钟-4000转/分钟。

上述装置，由两套传动装置分别带动两个转子做相对高速旋转，使转子上的空化孔洞与染料废水作相对运动，从而引发空化现象。溶液中所含的非溶解性气核随着压力的降低形成大量空泡，随着射流膨胀以及装置内压力逐渐恢复，空泡被压缩直至溃灭.在空泡溃灭瞬间产生高达1900-5200K的温度及5.065×10⁷Pa的压力、形成强烈的冲击波和高速射流(400km/h)产生强氧化性羟基自由基·OH,，利用空化效应产生的极端物理环境和化学效应，可以降解染料废水中有机物。

一种染料废水中剧毒有机物降解系统，除了包括上述装置以外，还包括格栅池、调质池、沉淀池、污泥池、水解酸化池、搅拌器和收集池，格栅池、调质池、沉淀池、污泥池、水解酸化池、搅拌器、水力空化装置和收集池依次连接。

由管道将废水输送至栅格池，在格栅池中，废水通过过滤网对其中较大体积的杂物起到初步过滤的作用，调节池和沉淀池加入中和药剂来平衡废水的pH，使得其中的一些化学元素在反应中发生沉淀，进一步的去除废水中的有害物质，沉淀物由泥浆泵输送至污泥池等待下道工序处理，上层浊液由泥浆泵输送至水解酸化池中进一步使废水中污染物沉淀，将废水输送至搅拌器内处理后输送至水力空化装置中，并在装置中加入H₂O₂和O₃等强氧化剂，实现有机物的降解，获得处理水，输送至收集池。

本发明具有以下特点：

1.采用水力空化装置降解染料废液中的有机物，处理量大，可连续作业，具有高效性。

2.采用轮盘式双转子，并在每个轮盘外周和空化腔内壁设置空化孔洞，增加了空化泡产生量，提高了空化效率。

3.采用双转子相对转动，两转子在电机带动下逆向旋转，极大地提高了处理效率。

3.工艺流程中水力空化装置结合强氧化物H₂O₂,O₃处理有机物，极大地提高了废水处理效率。

4.采用电机作为染料废水处理系统的动力来源，不受环境因素的影响，可根据需求随用随开，具有很高的灵活性。

5.本发明根据处理量的需求改变转子和定子尺寸，只需保证定子空化腔与转子上空化孔洞之间的间距，更换大功率变频电机便可以满足更大染料废水处理量的需求。

附图说明

图1是本发明的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置的结构示意图。

图2是本发明的水力空化器中转盘结构图。

图3是本发明的染料废水有机物降解工艺流程图。

图中：1.进液管，2.密封盖，3.端盖，4.角接触球轴承，5.转轴，6.机械密封，7.氧化剂进料管，8.密封圈，9.壳体，10.轮盘，11.空化孔洞，12.空化孔洞，13.轮盘，14.楔键，15.端盖，16.出液管，17.转轴，18.角接触球轴承，19.轴环，20.空化孔洞。

具体实施方式

如图1所示，本发明的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，包括定子9，定子9的两端为通过螺钉连接的端盖15，端盖15的两端分别设有轴承壳2，轴承壳2内安装有角接触球轴承4，轴承壳2上连接密封盖3，连接处设置有密封圈，实现密封。定子9通过其两端的端盖15形成空化腔。定子9分别通过其两侧的角接触球轴承安装有转轴5和转轴17，两个转轴的一端均处于定子9的空化腔内，另一端则分别伸出定子9的左右两侧端盖。转轴5处于空化腔内的一端固定安装有轮盘10，转轴17处于空化腔内的一端通过楔键14及轴环19固定安装有轮盘13。转轴5和转轴17伸出定子的一端均通过联轴器与电机连接(图中未画出联轴器与电机)，联轴器与电机形成传动装置，由电机提供动力，电机采用变频电机。两部电机分别带动转轴5和转轴17高速转动，且转轴5和转轴17的转向相反。转轴5和转轴17的转速为2000转/分钟-4000转/分钟，其上的轮盘10和轮盘13以同样的速度和转向转动。

转轴5和转轴17上在定子9两端的轴承壳2内均设置有密封装置6，可采用机械密封，以将污水隔离开，防止渗漏。定子9的左端下侧连接进液管1，上端连接有氧化剂进管7，定子9的右侧上端连接出料管16。氧化剂可为H₂O₂或O₃。

轮盘10的整个外围(两端面及圆周面)分布有空化孔洞20，轮盘13的整个外围(两端面及圆周面)分布有空化孔洞11，空化腔内壁分布有空化孔洞12。空化孔洞11、空化孔洞12与空化孔洞20均为盲孔，深度为50mm-60mm，直径为20mm，直径与深度比例为1：2.5-3。轮盘10上的空化孔洞20的外端面及圆周面与定子9的内壁面之间的间隙为4-8mm，同样轮盘13上的空化孔洞11的外端面与定子9的内壁面之间的间隙也为4-8mm，轮盘10与轮盘13之间的间隙(轮盘10与轮盘13相对的内端面之间的距离)为4-8mm，这些参数保证了空化现象的形成。也可以说是所有的空化孔洞的外端面与其相对的壁面之间的间隙为4-8mm。

上述参数的设置是根据染料废水的特点经过大量实验确定的，达到了染料废水的处理效率、效果和成本的最佳配合。

图2给出了轮盘10的一侧端面上空化孔洞20的分布，在轮盘的两侧端面及圆周面均设置空化孔洞可以提高空化效率，提高染料废水中有机物的降解速率。

定子9固定在地基上。轮盘10与轮盘13的材料是双相钢渗氮。将轮盘安装在转轴上后，再将角接触轴承安装在转轴上，随后装配定子端盖、机械密封和密封盖，接着安装轴环，安装机械密封，安装角接触球轴承和密封盖。

染料废水由进液管1进入定子9的空化腔中，同时由氧化剂进管7输入H₂O₂或O₃，两侧转轴带动其上轮盘高速旋转，发生空化现象，实现降解染料废水中有机物的作用。溶液中所含的非溶解性气核随着压力的降低形成大量空泡，随着射流膨胀以及装置内压力逐渐恢复，空泡被压缩直至溃灭.在空泡溃灭瞬间产生高达1900-5200K的温度及5.065×10⁷Pa的压力、形成强烈的冲击波和高速射流(400km/h)产生强氧化性羟基自由基·OH，再通过羟基自由基与有机物之间的加成、取代、电子转移和断键等反应过程，结合强氧化剂的强氧化性使水体中有机物污染物氧化降解，高级氧化能够使相对分子质量从几千到几万的有机污染物分解或完全矿化。最后产生处理水由出液管16输出，进入收集池。

本发明的水力空化装置应用于染料废水处理系统中，如图3所示，该染料废水处理系统包括依次连接的格栅池、调质池、沉淀池、污泥池、水解酸化池、搅拌器、所述本发明水力空化装置和收集池。格栅池、调质池、沉淀池、污泥池、水解酸化池和搅拌器等各部分均为现有技术。

由管道将废水输送至栅格池，在格栅池中，废水通过过滤网，对其中较大体积的杂物起到初步过滤的作用，调节池和沉淀池加入中和药剂来平衡废水的pH，使得其中的一些化学元素在反应中发生沉淀，进一步的去除废水中的有害物质，沉淀物由泥浆泵输送至污泥池等待下道工序处理，上层浊液由泥浆泵输送至水解酸化池中进一步使废水中污染物沉淀，将废水输送至搅拌器内处理后输送至水力空化器中，并在水力空化装置中加入H₂O₂,O₃等强氧化剂结合装置本身的处理作用，实现有机物的降解，获得处理水，输送至收集池。

Claims (9)

1.一种水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，其特征是：包括定子，定子内部为空化腔，定子的两侧均安装有转轴，转轴处于空化腔内的一端固定安装有轮盘，转轴伸出定子的一端与传动装置连接，轮盘外围和空化腔内壁均分布有空化孔洞，定子一端设置有进液管和氧化剂进管，另一端设置有出料管。

2.根据权利要求1所述的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，其特征是：所述定子两侧的转轴转向相反。

3.根据权利要求1所述的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，其特征是：所述空化腔内壁上的空化孔洞的端面与其相对的轮盘侧面之间的距离为4-8mm。

4.根据权利要求1所述的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，其特征是：所述轮盘外围的空化孔洞的端面与其相对的空化腔内壁之间的距离为4-8mm。

5.根据权利要求1所述的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，其特征是：所述空化孔洞内两个转子的间隙为4-8mm。

6.根据权利要求1所述的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，其特征是：所述空化孔洞为盲孔，直径与深度比例为1:2.5-3。

7.根据权利要求1所述的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，其特征是：所述空化孔洞的深度为50mm-60mm，直径为20mm。

8.根据权利要求1所述的水力空化结合氧化剂降解染料废水的装置，其特征是：所述轮盘的转速为2000转/分钟-4000转/分钟。

9.一种染料废水中剧毒有机物降解系统，包括权利要求1-8所述的装置，还包括格栅池、调质池、沉淀池、污泥池、水解酸化池、搅拌器和收集池，格栅池、调质池、沉淀池、污泥池、水解酸化池、搅拌器、所述的装置和收集池依次连接。