CN107555527A - 一种染料废水除酚脱色装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种染料废水除酚脱色装置及方法，属于燃料废水处理设备技术领域。包括塑料管和染料废水箱，染料废水箱的出水口通过出水管路与塑料管的进水口相连通，在该出水管路上设有第一球阀；塑料管的出水口通过进水管路与染料废水箱的进水口相连通，在该进水管路上设有第二球阀；还包括设置在塑料管外周的LED照明单元以及设置在塑料管下方的电子加速器；塑料管由透明材质制成，在塑料管中填装有若干层类水滑石过滤器。本装置通过吸附过程、光催化降解及催化剂再生过程达到染料废水的除酚与脱色处理，充分利用了类水滑石的吸附性能与光催化降解性能，废水可循环处理直至达到排放标准，结构设计合理，操作简单，脱色、除酚同时进行，处理效率高。
Description
技术领域
本发明属于燃料废水处理设备技术领域，涉及一种染料废水除酚脱色装置及方法。
背景技术
随着印染行业的快速发展，染料废水的排放量逐年增大，给水体带来了严重污染。染料废水含有多种染料、染料中间体、浆料及助剂，具有色度深、难降解、可生化性差等特点，被公认为是危害性强、极难有效处理的工业废水之一。我国作为纺织印染大国，染料生产量达到15万t/年，其中约有10％～20％的染料随着加工废水排放到环境水体中，导致水体严重受污染，生态环境严重被破坏，直接威胁到了人类的健康和可持续发展。
目前，有很多种技术方法用来治理染料废水的污染问题，如物理法、化学法、生物法等在染料废水的处理中均可获得一定的效果；再如膜法以其耗能较低、工艺较简单、对环境没有附加污染等特点，在解决染料废水污染上也具有一定的优势；同时，近年来利用超声波的声空化作用治理被污染的水体，通过产生的自由基引发水体污染物的降解，也可有效地解决水体污染问题。但是这些方法在实际运行中又都存在或多或少的局限性，比如处理成本高昂、处理结果不理想、处理程序复杂难控制、或者伴生严重的二次污染等。
所以，目前亟待开发先进且有效的染料废水处理设备，在废水处理时要保证具有清洁性、高效性、适用性以及经济性等原则。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种染料废水除酚脱色装置及方法，该装置结构设计合理，使用方便，简单易控；该方法操作简单，环境友好，废水处理效率高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开的一种染料废水除酚脱色装置，包括塑料管和染料废水箱，染料废水箱的出水口通过出水管路与塑料管的进水口相连通，在该出水管路上设有第一球阀和第一离心泵；塑料管的出水口通过进水管路与染料废水箱的进水口相连通，在该进水管路上设有第二球阀和第二离心泵；
还包括设置在塑料管外周的LED照明单元以及设置在塑料管下方的电子加速器；塑料管由透明材质制成，在塑料管中填装有若干层铁基类水滑石过滤器，在塑料管的出水口一侧还设有取样分析口。
优选地，所述LED照明单元为LED照明电路，由串联相连的开关、电源及若干个LED灯组成。
优选地，还包括与塑料管电连接的加热器，加热器上还连接有用于调节塑料管温度的温度控制器。
优选地，在出水管路上还设有流量计。
优选地，电子加速器的辐照剂量范围为5～10kGy。
本发明还公开了基于上述装置的染料废水处理方法，包括以下步骤：
1)将待处理的染料废水置于染料废水箱中，将塑料管置于暗室条件下，打开第一球阀和第一离心泵，染料废水由染料废水箱经出水管路进入塑料管中进行除酚、脱色处理；
2)待吸附一段时间后，从取样分析口中取样进行酚与色度检测，每间隔15～20min取样检测一次，待前后两次数据相差不足10％时，改为每间隔5～10min取样检测一次，待前后两次数据相差不足5％时，改为每间隔2min取样检测一次，待两次数据相差不足1％时，吸附完成；
3)打开第二球阀和第二离心泵，关闭第一球阀和第一离心泵，将塑料管中的燃料废水全部转移至燃料废水箱中，关闭第二球阀和第二离心泵，开启LED照明单元对塑料管进行光催化降解反应，直至塑料管中的铁基类水滑石过滤器的滤饼颜色变浅至恢复原始颜色，结束反应，关闭LED照明单元；
4)启动电子加速器对塑料管辐照20～30min，结束辐照；
5)重复步骤1)～步骤4)直至待处理的染料废水中酚含量及色度达到排放标准。
优选地，本发明还公开了所用铁基类水滑石过滤器的制备方法，包括如下步骤：
(1)取FeCl3·6H2O与NiCl2·6H2O，溶解于超纯水中，搅拌均匀后转移到高压反应釜中；
(2)取C6H5Na3O7·H2O和5.8g CO(NH2)2，加入高压反应釜中，搅拌至溶液均匀后，密封高压反应釜，140～145℃，处理60h，然后冷却至室温，将所得沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤3次后过滤，室温至干燥后，得铁基类水滑石；
(3)将铁基类水滑石研磨，所得粉末与聚乙烯醇按照质量比1:5混合，得混合液；
(4)取若干条与塑料管内径大小相当的海绵，将海绵浸泡于混合液中，待吸附饱和后取出海绵，于45～55℃烘干，然后反复浸泡、烘干处理5次；将最后一次烘干的海绵于650℃下焙烧1小时，冷却，制得圆饼状的铁基类水滑石过滤器。
优选地，步骤(1)中，按1:(3.5～4)的质量比，取FeCl3·6H2O与NiCl2·6H2O；步骤(2)中，按0.2：(5～6)的质量比，取C6H5Na3O7·H2O和5.8g CO(NH2)2，且C6H5Na3O7·H2O与FeCl3·6H2O的质量比为1:10。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的染料废水除酚脱色装置，在塑料管内部放置若干层类水滑石过滤器，能够通过吸附作用吸附染料废水中的酚与染料，有效降低废水中的酚含量，同时对染料废水有显著的脱色作用。使用时通过监测发现吸附饱和后，可以打开设置在塑料管外周的LED照明单元，在光照下，类水滑石过滤器能够对吸附的酚与染料进行光催化降解作用，可以通过观察过滤器滤饼颜色监测光催化降解反应是否完成，待完成时启动设置于塑料管下方的电子加速器对其进行辐照处理，在电子束的辐照作用下，类水滑石过滤器内粘附的小分子降解产物在羟基自由基等作用下被氧化掉，类水滑石过滤器得到再生。染料废水除酚与脱色处理可再次循环进行，废水酚含量与色度达到制定排放标准。本发明的染料废水处理装置不仅可以实现染料废水的有效除酚与脱色，而且操作方便，关键参数均可调，并且核心材料类水滑石过滤器可再生、循环利用，大大降低了废水处理成本。
进一步地，LED照明单元为LED照明电路，由串联相连的开关、电源及若干个LED灯组成。若干LED灯分布在塑料管的上下两端，且位置可以调整，反应过程中可以适当移动LED灯，尽量保证对塑料管照射均匀。如果条件允许，LED灯照射也可用自然光代替。
进一步地，还包括与塑料管电连接的加热器，加热器上还连接有用于调节塑料管温度的温度控制器，可以通过调节温度控制吸附作用的效率，达到对废水除酚与脱色目的。
进一步地，在出水管路上还设有流量计，从而有效控制染料废水的进料流量，从而通过控制第一球阀的开度来调节流量大小。
本发明公开的染料废水的处理方法，不仅可以实现染料废水的有效除酚与脱色，而且操作方便，关键参数均可调，并且核心材料类水滑石过滤器可再生、循环利用，大大降低了废水处理成本。本方法绿色环保、操作方便、成本低、效率高。
附图说明
图1为本发明的染料废水处理装置结构示意图。
其中：1为染料废水箱；2为塑料管；3为电子加速器；4为LED灯；5为开关；6为电源；7为取样分析口；8为第二球阀；9为第一球阀；10为第一离心泵；11为第二离心泵；12为流量计；13为温度控制器；14为加热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明公开的一种染料废水除酚脱色装置，其特征在于，包括塑料管1和染料废水箱2，染料废水箱2的出水口通过出水管路与塑料管1的进水口相连通，在该出水管路上设有第一球阀9和第一离心泵10；塑料管1的出水口通过进水管路与染料废水箱2的进水口相连通，在该进水管路上设有第二球阀8和第二离心泵11；
还包括设置在塑料管1外周的LED照明单元以及设置在塑料管1下方的电子加速器3；塑料管1由透明材质制成，在塑料管1中填装有若干层类水滑石过滤器。在塑料管2的出水口一侧设有取样分析口7。
优选地，所述LED照明单元为LED照明电路，由串联相连的开关5、电源6及若干个LED灯4组成。
优选地，还包括与塑料管电连接的加热器14，加热器14上还连接有用于调节塑料管1温度的温度控制器13。
优选地，在出水管路上还设有流量计12。
优选地，电子加速器3的辐照剂量范围为5～10kGy。
本发明公开的的染料废水处理方法，包括以下步骤：
1)将染料废水储存于染料废水箱2中，首先保持塑料管1置于暗室条件下，然后打开第一球阀9，启动第一离心泵10，染料废水进入塑料管1，此时开始染料废水的除酚、脱色处理，进料流量由流量计12测得，流量大小通过改变第一球阀9开度调节，打开加热器14和温度控制器13，设置最佳吸附温度，对塑料管进行温度控制；
2)待吸附进行一段时间后，于取样分析口7取样进行酚与色度检测，每隔15～20min检测一次，待前后两次数据相差不足10％时，改为每隔5～10min检测一次，待前后两次数据相差不足5％时，改为每隔2min检测一次，待两次数据相差不足1％时，吸附完成；
3)然后打开第二球阀8、启动第二离心泵11，关闭第一球阀9与第一离心泵10，将塑料管1内的废水全部移到染料废水箱2，关闭第二球阀8与第二离心泵11，调节温度控制器13控制***至合适的光催化温度，闭合开关5，所有LED灯4进入照明状态，塑料管1内开始光催化降解反应，反应过程中可适当移动LED灯4，尽量保证对塑料管1照射均匀，待滤饼颜色变浅至恢复原始颜色，光催化降解反应结束，断开开关5；
4)启动电子加速器3，辐照剂量在5～10kGy，对塑料管1进行360°均匀照射，照射20～30min至类水滑石再生后，结束电子束辐照；
5)重复上述整个过程，直至染料废水酚与色度达到制定排放标准。
本发明所用的铁基类水滑石过滤器采取自制，方法包括以下步骤：
(1)分别称取FeCl3·6H2O与NiCl2·6H2O按照质量比1:(3.5～4)共10g溶解于1L超纯水中，搅拌均匀后转移到1.5L高压反应釜中；
(2)然后称取0.2g C6H5Na3O7·H2O和5.8g CO(NH2)2加入到高压反应釜中搅拌30min，待溶液均匀后，密封高压反应釜，140～145℃处理60h，冷却至室温，所得沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤3次后过滤，室温至干燥后既得铁基类水滑石；
(3)然后将类水滑石研磨，所得粉末与聚乙烯醇按照质量比1:5混合，得到混合液；
(4)取塑料管1内径大小海绵若干，将海绵浸泡于混合液中，待吸附饱和后取出海绵，于45～55℃烘干，然后再浸泡于混合液中，饱和后于同样温度下烘干，反复5次；最后将烘干海绵于650℃焙烧1小时，冷却，即得圆饼状铁基类水滑石过滤器。
本发明主要的工作过程及原理如下：
本发明主要包括吸附过程、光催化降解过程与催化剂再生过程。
将染料废水储存于染料废水箱2中，处理过程包括以下步骤：
第一步，吸附过程：首先保持塑料管1置于暗室条件下，然后打开第一球阀9，启动第一离心泵10，染料废水进入塑料管1，此时开始染料废水的除酚、脱色处理，进料流量由流量计12测得，流量大小通过改变第一球阀9开度调节，打开加热器14和温度控制器13，设置最佳吸附温度，对塑料管进行温度控制。待吸附进行一段时间后，于取样分析口7取样进行酚与色度检测，每隔15～20min检测一次，待前后两次数据相差不足10％时，改为每隔5～10min检测一次，待前后两次数据相差不足5％时，改为每隔2min检测一次，待两次数据相差不足1％时，吸附完成。
第二步，光催化降解过程：打开第二球阀8、启动第二离心泵11，关闭第一球阀9与第一离心泵10，将塑料管内的废水全部移到水箱2，关闭第二球阀8与第二离心泵11，调节温度控制***至合适的光催化温度，闭合开关5，所有LED灯4进入照明状态，塑料管1内开始光催化降解反应，反应过程中可适当移动LED灯，尽量保证对塑料管1照射均匀，待滤饼颜色变浅至恢复原始颜色，光催化降解反应结束，断开开关5。
第三步，催化剂再生过程：启动电子加速器3，辐照剂量在5～10kGy，对塑料管1进行360°均匀照射，照射20～30min至类水滑石再生后，结束电子束辐照。重复上述整个过程，直至染料废水酚与色度达到制定排放标准。
本发明采用铁基类水滑石过滤器的作用原理如下：
铁基系列类水滑石材料，层板含有Fe(OH)6八面体。导带和价带分别有层板金属元素的d轨道和氧元素的2p轨道贡献，电子主要在这两个能级间跃迁。因而波长小于560nm的光即可将材料价带中的电子激发到导带，铁基类水滑石材料相比其他系列水滑石材料可以大大提高对太阳光的利用效率，且具有明显的可见光活性。铁基类水滑石具有较好的吸附性能和较低的禁带宽度，在可见光条件下就可以充分降解酚类和有色物质。
光催化降解后，部分降解产物粘附在类水滑石材料上，致使类水滑石材料的相应性能降低，这是对其进行电子束辐照处理，在电子束辐照作用下，产生大量的羟基自由基等强氧化物质，这些物质可将类水滑石材料中的杂质氧化去除，同时辐照作用还可对类水滑石的结构进行进一步优化，使其吸附性能、催化性能加强。
本发明应用电子加速器辐照对铁基类水滑石催化剂进行再生处理，主要运用电子束辐照会产生大量的强氧化性羟基自由基等物质，这些活性物质会和铁基类水滑石催化剂中粘附的杂质物质(M)发生如下反应：
M+·OH→·M+H2O (1)
M+·H→·M+H2 (2)
·M→M1+M2 (3)
最终将杂质物质除去，催化剂得到再生。
本发明具有以下优点：
1、本发明通过三个过程(吸附过程、光催化降解、催化剂再生过程)达到染料废水的除酚与脱色处理，充分利用了类水滑石的吸附性能与光催化降解性能，废水可循环处理直至达到排放标准，各单元安排紧凑，反应时间短，脱色、除酚同时进行，处理效率高。
2、除酚、脱色过程不添加任何其他(除铁基类水滑石)化学药剂，不用复杂的分离程序，不会对环境产生额外污染；核心元件(类水滑石过滤器)可重复利用，处理成本显著降低，操作简单方便，该方法保证了染料废水处理的清洁性、高效性、适用性以及经济性，积极地相应了国家节能减排的号召。
Claims (8)
1.一种染料废水除酚脱色装置，其特征在于，包括塑料管(1)和染料废水箱(2)，染料废水箱(2)的出水口通过出水管路与塑料管(1)的进水口相连通，在该出水管路上设有第一球阀(9)和第一离心泵(10)；塑料管(1)的出水口通过进水管路与染料废水箱(2)的进水口相连通，在该进水管路上设有第二球阀(8)和第二离心泵(11)；
还包括设置在塑料管(1)外周的LED照明单元以及设置在塑料管(1)下方的电子加速器(3)；塑料管(1)由透明材质制成，在塑料管(1)中填装有若干层铁基类水滑石过滤器，在塑料管(1)的出水口一侧还设有取样分析口(7)。
2.根据权利要求1所述的染料废水除酚脱色装置，其特征在于，所述LED照明单元为LED照明电路，由串联相连的开关(5)、电源(6)及若干个LED灯(4)组成。
3.根据权利要1所述的染料废水除酚脱色装置，其特征在于，还包括与塑料管(2)电连接的加热器(14)，加热器(14)上还连接有用于调节塑料管(1)温度的温度控制器(13)。
4.根据权利要1所述的染料废水除酚脱色装置，其特征在于，在出水管路上还设有流量计(12)。
5.根据权利要求1所述的染料废水除酚脱色装置，其特征在于，电子加速器(3)的辐照剂量范围为5～10kGy。
6.采用权利要求1～5中任意一项所述的染料废水除酚脱色装置处理染料废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将待处理的染料废水置于染料废水箱(2)中，将塑料管(1)置于暗室条件下，打开第一球阀(9)和第一离心泵(10)，染料废水由染料废水箱(2)经出水管路进入塑料管(1)中进行除酚、脱色处理；
2)待吸附一段时间后，从取样分析口(7)中取样进行酚与色度检测，每间隔15～20min取样检测一次，待前后两次数据相差不足10％时，改为每间隔5～10min取样检测一次，待前后两次数据相差不足5％时，改为每间隔2min取样检测一次，待两次数据相差不足1％时，吸附完成；
3)打开第二球阀(8)和第二离心泵(11)，关闭第一球阀(9)和第一离心泵(10)，将塑料管(1)中的燃料废水全部转移至燃料废水箱(2)中，关闭第二球阀(8)和第二离心泵(11)，开启LED照明单元对塑料管(1)进行光催化降解反应，直至塑料管(1)中的铁基类水滑石过滤器的滤饼颜色变浅至恢复原始颜色，结束反应，关闭LED照明单元；
4)启动电子加速器(3)对塑料管(1)辐照20～30min，结束辐照；
5)重复步骤1)～步骤4)直至待处理的染料废水中酚含量及色度达到排放标准。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铁基类水滑石过滤器的制备方法，包括如下步骤：
(1)取FeCl3·6H2O与NiCl2·6H2O，溶解于超纯水中，搅拌均匀后转移到高压反应釜中；
(2)取C6H5Na3O7·H2O和5.8g CO(NH2)2，加入高压反应釜中，搅拌至溶液均匀后，密封高压反应釜，140～145℃，处理60h，然后冷却至室温，将所得沉淀先后用去离子水和无水乙醇各洗涤3次后过滤，室温至干燥后，得铁基类水滑石；其中，C6H5Na3O7·H2O与FeCl3·6H2O的质量比为1:10；
(3)将铁基类水滑石研磨，所得粉末与聚乙烯醇按照质量比1:5混合，得混合液；
(4)取若干条与塑料管(1)内径大小相当的海绵，将海绵浸泡于混合液中，待吸附饱和后取出海绵，于45～55℃烘干，然后反复浸泡、烘干处理5次；将最后一次烘干的海绵于650℃焙烧1小时，冷却，制得圆饼状的铁基类水滑石过滤器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，按1:(3.5～4)的质量比，取FeCl3·6H2O与NiCl2·6H2O；步骤(2)中，按0.2：(5～6)的质量比，取C6H5Na3O7·H2O和5.8gCO(NH2)2，且C6H5Na3O7·H2O与FeCl3·6H2O的质量比为1:10。
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