CN112320886A - 一种紫外光臭氧联合催化氧化印染废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效的紫外光臭氧联合催化氧化印染废水处理装置，该装置包括处理箱、循环水箱、气液混合泵、气液混合罐、微孔曝气器、臭氧发生器和搅拌器，臭氧发生器通过微孔曝气器向处理箱中送入臭氧，处理箱内部设有紫外光，搅拌器上设波浪型催化剂附着网，以粉煤灰合成沸石为载体，负载TiO2作为催化剂。该装置结合紫外光催化氧化技术、臭氧催化氧化技术与一体，总体提升了催化氧化效率。该装置对印染废水进行处理，操作简单，成本低廉，具有光利用效率高、反应速率快、有机物去除率高的特点，装置运行后无腐蚀，无粘结，无废水，不产生任何二次污染，系统使用寿命高。
Description
技术领域
本发明涉及一种紫外光臭氧联合催化氧化印染废水处理装置，属于属于环保设备技术领域。
背景技术
现有数据表明，印染废水带来的污染占工业污染总比重的10％，每年排入水环境的印染废水大概有6-7亿吨。印染废水主要包括有退浆废水、煮炼废水、漂白废水等八大类，因其COD浓度高、色度大、含盐量高、有机物难生化降解等特点对环境影响极大，近年来关于印染废水的处理技术、装置也是层出不穷，这些技术在解决印染废水治理问题方面取得了很大进展，但实质性突破很少，存在有催化氧化效率低、运行成本高、设备复杂等问题，寻求一种既高效经济又保护环境的印染废水处理方式十分紧要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种紫外光臭氧联合催化氧化印染废水处理装置，该装置对印染废水进行处理，操作简单，成本低廉。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种紫外光臭氧联合催化氧化印染废水处理装置，其包括处理箱、循环水箱、气液混合泵、气液混合罐、微孔曝气器、臭氧发生器和搅拌器，所述处理箱的上端设有进水口、催化剂更换口和出气口，处理箱的底部设有出水口、排污口和处理后废水出水口，所述循环水箱连通出水口，气液混合泵连通出气口，循环水箱与气液混合泵连通，气液混合泵的出口连通气液混合罐，气液混合罐连通进水口；处理箱的内部设有L型气道，臭氧发生器通过处理箱底部的管道连通L型气道，L型气道的竖直一侧靠近处理箱的一侧，水平一侧靠近处理箱的底部，L型气道朝处理箱内部设有多个微孔曝气器，处理箱的内部下端设有活性炭层，活性炭层设于L型气道水平一侧的上方；处理箱的内部竖直方向的内侧壁上设有多个紫外光灯，两侧壁上的紫外光灯交错设置，所述搅拌器设于处理箱的上端中间，搅拌器的电机设于处理箱的上端外部，搅拌轴伸入处理箱内部，搅拌轴上间隔设有多个叶片，叶片的上下方均设有催化剂附着网，催化剂附着网固定在搅拌轴上。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述催化剂附着网为波浪形，所述催化剂为以粉煤灰合成沸石为载体负载TiO2。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述催化剂的制备方法为：对粉煤灰进行机械研磨及磁悬除铁预处理，预处理后的粉煤灰通过碱熔融-水热合成法合成沸石，溶胶-凝胶法法将TiO2负载在合成沸石上，从而得到催化剂。
具体地，碱熔融-水热合成法合成沸石可采用如下步骤进行：将研磨过筛后的粉煤灰与氢氧化钠按质量比为1:1.5～10混合均匀，在500～600℃下高温煅烧，焙烧时间为1.5～2h，之后冷却至室温后得到合成粉煤灰沸石的前驱物；研磨至粉末状后，按照液固比为6:1加入水并搅拌，陈化8h，然后在110℃的条件下将其进行晶化12h，最后对获得的反应物进行过滤、洗涤、干燥得到粉煤灰沸石；
溶胶-凝胶法负载TiO2可采用如下步骤进行：将钛酸四丁酯、浓盐酸和无水乙醇按体积比为6～8:0.5～1.5:15～2的比例混合均匀搅拌得到溶液A，将乙醇水溶液(乙醇与水按体积比为3.5～4:1)逐滴加入到溶液A中，直到形成白色溶胶；取干燥好的粉煤灰沸石与白色凝胶搅拌，按白色凝胶(TiO2)与沸石质量比为1：2.7～3加入，混合均匀，老化10～12h，100℃条件下干燥24h，研磨成粉末状，马弗炉中400～500℃条件下煅烧4h，获得催化剂。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述处理箱的内部竖直方向的内侧壁上设有紫外光反射材料。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述装置还包括冷却水循环泵和冷却水箱，所述处理箱的反应器壁设为双层结构，内部为空腔，冷却水箱通过管道连通反应器壁的上端和下端，在冷却水箱与反应器壁的下端的管道上还设有冷却水循环泵形成冷却水循环系统。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述叶片为半圆弧状。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述出水口处设有石英砂滤芯，且出口设为梯形形状。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述气液混合罐与进水口连通的管道上还设有压力表、流量计和温度计，靠近进水口的位置还设有控制阀。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述臭氧发生器连通处理箱底部的管道上还设有气泵，用于控制臭氧发生器中臭氧的流速。
如上所述的印染废水处理装置，优选地，所述活性炭层为两层隔板中间放置有活性炭，隔板为开有错位孔的隔板。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种紫外光臭氧联合催化氧化印染废水处理装置，箱体内表面的紫外光反射材料增加了光利用效率；催化剂附着网的波浪型结构以及微孔曝气器的设置大大提升了反应速率；采用紫外光臭氧联合技术催化氧化的处理方法，大大提升了有机物的矿化效率。该装置对印染废水进行处理，操作简单，成本低廉，具有光利用效率高、反应速率快、有机物去除率高的特点，装置运行后无腐蚀，无粘结，无废水，不产生任何二次污染，系统使用寿命高。
附图说明
图1为本发明紫外光臭氧联合催化氧化印染废水处理装置示意图；
【附图标记说明】
1：循环水箱；
2：气液混合泵；
3：气液混合罐；
4：压力表；
5：流量计；
6：温度计；
7：控制阀；
8：进水口；
9：微孔曝气器；
10：活性炭层；
11：气泵；
12：臭氧发生器；
13：L型气道；
14：出气口；
15：电机；
16：出水口；
17：紫外光灯；
18：紫外光反射材料；
19：催化剂附着网；
20：叶片；
21：处理箱；
22：冷却水出口；
23：冷却水入口；
24：冷却水循环泵；
25：冷却水箱；
26：冷却水；
27：催化剂更换口；
28：排污口；
25：处理后废水出水口
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本发明提供的紫外光臭氧联合催化氧化处理印染废水装置，联合紫外光与臭氧催化氧化技术，以粉煤灰合成沸石为载体负载TiO2作为催化剂，附着在波浪型催化剂附着网上，处理印染废水。该装置如图1所示，包括处理箱21、循环水箱1、气液混合泵2、气液混合罐3、微孔曝气器9、臭氧发生器12、搅拌器，处理箱21的上端设有进水口8、催化剂更换口27和出气口14，处理箱21的底部设有出水口16、排污口28和处理后废水出水口29，待处理印染废水可直接加入到循环水箱1中，循环水箱1连通出水口16，气液混合泵2的进入口通过管道连通出气口14，循环水箱1与气液混合泵2连通，气液混合泵2的出口通过管道连通气液混合罐3，气液混合罐通过管道连通处理箱21上端的进水口8；处理箱21的内部设有L型气道13，臭氧发生器12通过处理箱底部的设置的管道连通L型气道L型气道13，L型气道13的竖直一侧靠近处理箱的一侧，水平一侧靠近处理箱21的底部，L型气道13朝向处理箱内部中间的一面上设有多个微孔曝气器9，微孔曝气器的设置，使臭氧气体以微气泡形式分散到水中，气液充分混合，造成水流旋转及上下流动，使接触均匀。处理箱21的内部下端设有活性炭层10，活性炭层10是在两层隔板中间放置有活性炭，上下两个隔板为错位孔隔板，这样循环水流动时不至于将活性炭冲出。活性炭层10设于L型气道水平一侧的上方，这样在处理箱内形成一个臭氧催化氧化室，为下一步的紫外光臭氧联合催化氧化做好准备。处理箱21的内部竖直方向的内侧壁上设有多个紫外光灯9，两侧壁上的紫外光灯9交错设置，交错设置使得紫外光灯充分照射，照射面增大，提高反应效率。为了提高紫外光灯的紫外光利用率，将处理箱21的内表面铺设有紫外光反射材料。搅拌器设于处理箱21的上端中间，搅拌器的电机15设于处理箱21的上端外部，搅拌轴伸入处理箱内部，搅拌轴上间隔设有多个叶片20，叶片为半圆弧状，搅拌器使系统进行水力循环，增加液体与气体、紫外光及催化剂的接触面积，提高了反应速率。叶片20的上方和下方均设有催化剂附着网19。催化剂附着网19设为波浪形，催化剂为以粉煤灰合成沸石为载体，负载有TiO2，处理箱21顶部设有催化剂更换口27，可用于催化剂的更换及印染废水的加入。催化剂的制备可通过如下方法获得：对粉煤灰进行机械研磨及磁悬除铁预处理，预处理后的粉煤灰通过碱熔融-水热合成法合成沸石，通过溶胶-凝胶法将TiO2负载在合成沸石上，从而得到催化剂。
具体的，碱熔融-水热合成法合成沸石可采用如下步骤进行：将研磨过筛后的粉煤灰与氢氧化钠按质量比为1:5混合均匀，在530℃下高温煅烧，焙烧时间为1.8h，之后冷却至室温后得到合成粉煤灰沸石的前驱物；研磨至粉末状后，按照液固比为6:1加入水并搅拌，陈化8h，然后在110℃的条件下将其进行晶化12h，最后对获得的反应物进行过滤、洗涤、干燥得到粉煤灰沸石。
溶胶-凝胶法负载TiO2可采用如下步骤进行：18mL无水乙醇与5mL蒸馏水均匀混合得到A溶液；7mL钛酸四丁酯、1.2mL浓盐酸、18mL无水乙醇均匀搅拌得到溶液B；强力搅拌作用下将A溶液逐滴加入到B溶液中，直到形成白色溶胶；取干燥好的粉煤灰沸石与白色凝胶搅拌，按白色凝胶(TiO2)与粉煤灰沸石质量比为1：2.85加入，混合均匀，老化11h，100℃条件下干燥24h，研磨成粉末状，马弗炉中450℃条件下煅烧4h，得到催化剂。
将该催化剂投放到该印染废水处理装置中，其中印染废水中COD浓度为548mg/L，色度为214倍，催化剂投放比例按废水体积的15％，处理后，印染废水COD去除率及脱色率分别达到98.69％和99.98％。
为过滤反应后溶液中的催化剂残渣，在出水口及处理后废水出水口处均设有石英砂滤芯。出水口的出口设为梯形，由于内外两侧结构不同导致两侧压力不同，形成压力差，可减少能量损失。
为了能有效控制处理箱内反应温度，还设有冷却水循环系统，具体将处理箱的反应器壁设为双层结构，内部为空腔，用于充满冷却水26，处理箱外部设有冷却水箱25，处理箱的反应器壁的上端设有冷却水出口22，下端设有冷却水入口23，冷却水箱25通过管道连通冷却水出口22和冷却水入口23，并在冷却水入口23与冷却水箱25之间的管道上设有冷却水循环泵24。根据冷却水循环泵的功率可调节冷却水的流速，从而控制催化氧化反应温度。为了控制或监测在循环反应过程中气体和液体混合物的压力、流量及温度在气液混合罐3与进水口8连通的管道上设有压力表4、流量计5和温度计6，为了可控制流量的大小，在气液混合罐3与进水口8连通的管道设有控制阀7，控制阀可设在靠近进水口的附近。
工作时，未处理印染废水可直接加入循环水箱1内，由循环水箱1经气液混合泵2通入的气体一起流向气液混合罐3，在气液混合罐3将气体和循环水混合后，气液混合物经压力表4、流量计5、温度计6及控制阀7到达进水口8，此时，臭氧经臭氧发生器12及气泵11由L型气道13传至微孔曝气器9，微孔曝气器9上方设有活性炭层10，循环水在臭氧催化氧化室即处理箱21内先被臭氧氧化，其中微孔曝气器9起到了增加接触面积，提高反应速率的作用。循环水穿过活性炭层后来到紫外光臭氧联合催化氧化反应区，紫外光臭氧催化氧化反应器21右侧面设有微孔曝气器9，顶部设有搅拌器，搅拌器带有多组搅拌的叶片20，每组叶片20前后设有波浪型催化剂附着网19，催化剂采用粉煤灰沸石负载TiO2，紫外光臭氧催化氧化处理箱21两侧设有多组紫外光灯17，且处理箱内表面铺设有紫外光反射材料18，循环水在紫外光灯17及臭氧、催化剂作用下发生氧化催化反应，反应后的剩余气体及液体通过循环水箱1与气液混合泵2回到系统继续循环，直到达到处理效果，废液可由处理后废水出水口29进行排放。并且，紫外光臭氧催化氧化处理箱21顶部设有催化剂更换口27，可用于催化剂的更换处理，紫外光臭氧催化氧化处理箱21底部设有排污口28，可用于废物废渣的收集处理。反应过程中，冷却水箱25中的冷却水通过循环水泵24从冷却水入口23进入装置壁面，在紫外光臭氧催化氧化反应处理箱21壁内循环流动，从冷却水出口22回到冷却水箱25，以保证反应器内反应温度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种紫外光臭氧联合催化氧化印染废水处理装置，其特征在于，其包括：其包括处理箱、循环水箱、气液混合泵、气液混合罐、微孔曝气器、臭氧发生器和搅拌器，所述处理箱的上端设有进水口、催化剂更换口和出气口，处理箱的底部设有出水口、排污口和处理后废水出水口，所述循环水箱连通出水口，气液混合泵连通出气口，循环水箱与气液混合泵连通，气液混合泵的出口连通气液混合罐，气液混合罐连通进水口；处理箱的内部设有L型气道，臭氧发生器通过处理箱底部的管道连通L型气道，L型气道的竖直一侧靠近处理箱的一侧，水平一侧靠近处理箱的底部，L型气道朝处理箱内部设有多个微孔曝气器，处理箱的内部下端设有活性炭层，活性炭层设于L型气道水平一侧的上方；处理箱的内部竖直方向的内侧壁上设有多个紫外光灯，两侧壁上的紫外光灯交错设置，所述搅拌器设于处理箱的上端中间，搅拌器的电机设于处理箱的上端外部，搅拌轴伸入处理箱内部，搅拌轴上间隔设有多个叶片，叶片的上下方均设有催化剂附着网，催化剂附着网固定在搅拌轴上。
2.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述催化剂附着网为波浪形，所述催化剂为以粉煤灰合成沸石为载体负载TiO2。
3.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述催化剂的制备方法为：对粉煤灰进行机械研磨及磁悬除铁预处理，预处理后的粉煤灰通过碱熔融-水热合成法合成沸石，溶胶-凝胶法将TiO2负载在合成沸石上，从而得到催化剂。
4.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述处理箱的内部竖直方向的内侧壁上设有紫外光反射材料。
5.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述装置还包括冷却水循环泵和冷却水箱，所述处理箱的反应器壁设为双层结构，内部为空腔，冷却水箱通过管道连通反应器壁的上端和下端，在冷却水箱与反应器壁的下端的管道上还设有冷却水循环泵形成冷却水循环系统。
6.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述叶片为半圆弧状。
7.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述出水口处和处理后废水出水口处均设有石英砂滤芯，所述出水口设为梯形形状。
8.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述气液混合罐与进水口连通的管道上还设有压力表、流量计和温度计，靠近进水口的位置还设有控制阀。
9.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述臭氧发生器连通处理箱底部的管道上还设有气泵，用于控制臭氧发生器中臭氧的流速。
10.如权利要求1所述的印染废水处理装置，其特征在于，所述活性炭层为两层隔板中间放置有活性炭，隔板为开有错位孔的隔板。
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