CN205367790U - 降解染料废水的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种降解染料废水的装置，包括降解反应器，该降解反应器中设有经活化处理后的多孔吸附剂；以及发射出空化作用而使降解反应器内废水分解的超声波发生器。能够快速且高效率处理废水的降解染料废水的装置。

Description

降解染料废水的装置

技术领域

本实用新型涉及工业废水处理技术领域，具体涉及一种降解染料废水的装置。

背景技术

目前我国各种染料产量已达90万吨，染料废水已成为环境重点污染源之一。染料行业品种繁多，工艺复杂。其废水中含有大量的有机物和盐份，具有COD高，色泽深，酸碱性强等特点，一直是废水处理中的难题。目前，国内外处理染料废水的方法主要有光催化氧化法、化学法、生物降解法和电解法，但这些方法成本均高，使得大量高浓度、难降解的染料废水得不到有效的处理。在这种背景下，发展一种降解效率高，处理成本低，环境无污染，降解反应条件温和，耐酸碱腐蚀，工业化应用前景大的处理方法是十分迫切的任务。

超声波是指频率在2×10⁴Hz～10¹²Hz范围内的声波，其波长短，在均匀介质中能够定向直线传播。当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理的和化学的变化，可产生4种效应：机械效应、空化作用、热效应及化学效应。借助其独特的性能优势，超声波在生物学、医学、农学、制药、材料学、化学、物理学等领域都有相当广泛的用途。利用超声波降解水中的化学污染物则是近年来发展起来的一项新型水处理技术，它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身，具有反应条件温和、速度快、适用范围广等特点。但该方法的降解时间长、效率慢，温度控制困难，会产生大量的热量，因此使该方法的应用受到限制。

多孔性固体(如活性炭、吸附树脂等)与染料废水接触，利用吸附剂表面活性，将染料废水中的有机物和金属离子吸附并浓集于其表面，达到净化水的目的。多孔碳材料具有丰富的孔道结构，耐酸、耐碱、耐腐蚀等特性，高的比表面积和孔体积，因此具有较好的物理吸附能力，可以吸附水中细小的固体颗粒、重金属离子和绝大部分有机污染物，具有重要的实验价值和理论意义。综合目前的研究状况可以发现，虽然有一些研究者提出了较多的方法来处理染料废水污染，但是仍然有很多问题需要进一步解决。基于此研究背景，设计和制备新的降解吸附设备是一种可取的，显著提高降解效率的方法。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够快速且高效率处理废水的降解染料废水的装置。

解决上述技术问题的技术方案如下：

降解染料废水的装置，包括降解反应器，该降解反应器中设有经活化处理后的多孔吸附剂；以及

发射出空化作用而使降解反应器内废水分解的超声波发生器。

优选地，所述降解反应器包括具有中空夹层的箱体，在箱体内设置有多块隔块，每块隔块上均安装有所述多孔吸附剂。

优选地，所述箱体为玻璃材质的箱体。

优选地，所述隔块呈交错设置。

优选地，还包括冷却循环装置，该冷却循环装置包括第一管道、第二管道以及装用冷却液体的容器，容器通过第一管道与箱体的真空夹层连通，容器还通过第二管道与箱体的真空夹层连通。

优选地，多孔吸附剂呈块状，厚度为2—10mm。

优选地，多孔吸附剂为多孔碳或者多孔碳纤维。

优选地，还包括储废液罐、第一输送泵、第二输送泵、储清液罐，储废液罐通过第一输送泵与降解反应器的进液口连接，储清液罐通过第二输送泵与降解反应器的出液口连接。

优选地，所述第一输送泵和第二输送泵均为自吸泵。

优选地，降解反应器为多个，相邻两个降解反应器之间通过输送泵连接。

采用了上述方案，废水在降解反应器中内，利用外加超声波发生器，通过在水中或水面之上的空间形成空化作用，在液相空化气泡崩溃的瞬间产生～5000K的高温和～50MPa的高压，还伴有强烈的冲击波，使得液相中的水蒸气发生热分解反应，从而产生具有强氧化能力的羟基自由基(-OH)，使得水中的有机物在这种极端的条件下分解。与此同时，为解决超声降解速率慢的问题，反应器中额外添加了经活化处理以扩大比表面积的多孔吸附剂，多孔吸附剂的物理形态具有更大的接触面积，避免了粒状或粉末状吸附材料在处理流动液体时，会发生紧密堆积的缺陷，使得在超声降解的同时，有机物分子被吸附到多孔吸附剂的孔道中，达到快速的水质净化目的。

本实用新型与现有技术相比较，具有以下有益效果：

(1)本实用新型弥补现有超声降解染料废水处理技术的不足，开发出一种绿色、高效的染料废水处理方法，实现对水体中有机物的降解，将内部呈交联结构的多孔吸附剂的吸附性能与超声波处理染料废水的空化作用相结合，可以达到高效、快速的降解染料废水的目的，提供一种降解效率高、处理成本低的方法和装置。

(2)设计连续的处理体系，该体系中液体的流动动力主要取决于自吸泵的传输，通过调控注入与引出液体的流量比，超声波发生器的功率、频率、超声时间，以及块状活多孔吸附剂的添加量与更换方式，可以达到连续化处理染料废水的目的，这就为超声降解提供了动态处理模式，增加了处理量。

(3)多孔吸附剂加入降解反应器的隔板上，能够在液面形成污染物浓集区域，提高超声波空化作用产生的活性物质与有机物的接触，提高了反应几率。超声波与多孔吸附剂的联合使用可以大大提高能量利用率，在相对较短时间内达到对有机染料的降解除色作用。

(4)本超声波降解废水处理装置还可以通过自吸泵进行多重串联运作，达到高效处理废水的目的。能够在减少处理时间的同时，使得水中有机染料的降解脱除率提高到100％。

附图说明

图1为本实用新型装置的第一实施方式结构示意图；

图2为降解反应器的立体结构示意图；

图3为本实用新型中第二实施方式的示意图；

1-储废液罐；2-第一输送泵；3-管道；4-箱体；5-超声波发生器；6-多孔吸附剂；7-隔块；8-第二输送泵。9-管道；10-储清液罐；11-冷却液输出口；12-第一管道；13-冷却液输入口；14-容器；15-第二管道。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的降解染料废水的装置，包括降解反应器以及超声波发生器5，降解反应器中设有经活化处理后的多孔吸附剂6；所述降解反应器包括具有中空夹层的箱体4，所述箱体4为玻璃材质的箱体，进一步地，箱体4采用有机玻璃，体积为60cm×15cm×15cm。在箱体4内设置有多块隔块7，优选地，箱体4内设置有多块隔块7，每块隔块7长度和宽度分别为10cm×10cm，厚度为5mm，每块隔板之间的间隔为5cm，这些隔块7呈交错设置，从而在箱体4内形成曲折的路径，以使废水沿着曲折的路径流动。每块隔块7上均安装有所述多孔吸附剂6，多孔吸附剂6预先经过活化处理，使其比表面积大于1000m²/g。活化处理是将多孔吸附剂置于高温环境中并通入活化剂。所述高温环境的温度为750—850℃，活化剂为水蒸气。本实施方式中多孔吸附剂为多孔碳或者多孔碳纤维，且该多孔吸附剂呈块状，厚度为2—10mm，优选地，多孔吸附剂6的长度和宽度分别为8cm×8cm，厚度为3mm；本实施方式中，多孔吸附剂优先采用多孔碳纤维。超声波发生器5发射出空化作用而使降解反应器内废水分解，超声波发生器5设置于降解反应器的下部，超声波发生器5可以部分地将将降解反应器的下部包容，超声波发生器5采用高频率参数，超声波的频率为20—80kHz，功率为100—900W，温度为20—60℃，超声时间为30—120min。

还包括储废液罐1、第一输送泵2、第二输送泵8、储清液罐10，储废液罐1通过第一输送泵2与降解反应器的进液口连接，储废液罐1与第一输送泵2通过管道3连接，该管道3优先采用硅胶管，第一输送泵2优先采用自吸泵。储清液罐10通过第二输送泵8与降解反应器的出液口连接。储清液罐10与第二输送泵8通过管道9连接，该管道9优先采用硅胶管，第二输送泵8优先采用自吸泵。

还包括冷却循环装置，该冷却循环装置包括第一管道12、第二管道15以及装用冷却液体的容器14，容器14为一个槽体，在容器14内装有水或其他液体，为了让水保持在较低的恒温状态，容器14可以自身具备制冷的功能。容器14通过第一管道12与箱4的真空夹层连通，容器14还通过第二管道15与箱体4的真空夹层连通。在箱体4上设有冷却液输入口13以及冷却液输出口11，冷却液输入口13以及冷却液输出口11均与箱体4上的真空夹层连通，容器14通过第一管道12与箱体4上的冷却液输入口13连接，容器14通过第二管道15与箱体4上的冷却液输出口11连接。

参照图1和2，将厚度为3mm的活性碳纤维放入管式炉中用水蒸气在800℃的温度下进行活化20min，以扩大孔径来进行孔结构的调整(相应增大2nm以上的孔径比例)，增加活性碳纤维的比表面积(大于1000m²/g)，使其能够有效地吸附水中的大分子有机物，在活性碳纤维的表面上发生反应。取2g尺寸8cm×8cm×3mm为活性碳纤维9片，插入隔板7中，储废液罐1中加入500mL含有甲基橙浓度为50mg/mL的模拟废水，开启第一输送泵2，将废水输入到降解反应器中，废水在降解反应器中被活性碳纤维吸附5min；开启超声波反应器5(频率53kHz、功率200W)，同时开启低温恒温槽的冷却循环装置，经过30min的联合处理；开启第二输送泵10，将处理后的水样输送到储清液罐10中。

在图1所示的第一实施方式中，只示意出了一个降解反应器。如图3所示，可以设置多个降解反应器(本实施方式中为3个)，相邻两个降解反应器之间通过输送泵连接，输送泵优先采用自吸泵，其余结构与实施方式一相同。同样利用本实施方式对废水进行处理的过程为：将厚度为3mm的活性碳纤维放入管式炉中用水蒸气在800℃的温度下进行活化20min，以扩大孔径来进行孔结构的调整(相应增大2nm以上的孔径比例)，增加活性碳纤维的比表面积(大于1000m²/g)，使其能够有效地吸附水中的大分子有机物，在活性碳纤维的表面上发生反应。取2g尺寸8cm×8cm×3mm为活性碳纤维27片，分别插入3个降解反应器的隔板中，储废液罐中加入1500mL含有甲基橙浓度为50mg/mL的模拟废水。此时，预先开启超声波反应器10(频率53kHz、功率500W)，以及冷却循环装置；随后，同时开启储废液罐1、降解反应器入口的自吸泵，此时，废液先后连续经过三个降解反应器，经过30min的联合处理，不但速度快而且降解效率高。

Claims (9)

1.降解染料废水的装置，其特征在于，包括降解反应器，该降解反应器中设有经活化处理后的多孔吸附剂；以及

发射出空化作用而使降解反应器内废水分解的超声波发生器；

还包括储废液罐、第一输送泵、第二输送泵、储清液罐，储废液罐通过第一输送泵与降解反应器的进液口连接，储清液罐通过第二输送泵与降解反应器的出液口连接。

2.根据权利要求1所述的降解染料废水的装置，其特征在于，所述降解反应器包括具有中空夹层的箱体，在箱体内设置有多块隔块，每块隔块上均安装有所述多孔吸附剂。

3.根据权利要求2所述的降解染料废水的装置，其特征在于，所述箱体为玻璃材质的箱体。

4.根据权利要求2所述的降解染料废水的装置，其特征在于，所述隔块呈交错设置。

5.根据权利要求2所述的降解染料废水的装置，其特征在于，还包括冷却循环装置，该冷却循环装置包括第一管道、第二管道以及装用冷却液体的容器，容器通过第一管道与箱体的真空夹层连通，容器还通过第二管道与箱体的真空夹层连通。

6.根据权利要求1所述的降解染料废水的装置，其特征在于，多孔吸附剂呈块状，厚度为2—10mm。

7.根据权利要求6所述的降解染料废水的装置，其特征在于，多孔吸附剂为多孔碳或者多孔碳纤维。

8.根据权利要求1所述的降解染料废水的装置，其特征在于，所述第一输送泵和第二输送泵均为自吸泵。

9.根据权利要求1至7任意一项所述的降解染料废水的装置，其特征在于，降解反应器为多个，相邻两个降解反应器之间通过输送泵连接。