一种碱性染料废水的净化处理系统的制作方法

本发明涉及到环保领域的废水处理，具体的说是一种碱性染料废水的净化处理系统。

背景技术：

染料废水是含有染料的有色废水，具有组成复杂、碱性高、色度高、难生物降解物质浓度高、水量和水质变化大等特点，是难处理的工业废水之一。

为解决有机染料对环境的污染，人们采用不同方法对含有染料的废水进行处理，目前对染料废水的处理方法主要有物化处理法，辐射法，吸附萃取法，微电解法，生物降解法等，但这些技术或因效率低或因成本高等原因难以得到普遍应用。Fenton氧化法作为一种经典的高级氧化技术，具有高效、简单、温和、普适等优点，但存在几点不足：1、反应需在酸性条件下进行，消耗大量的酸且提高了出水盐度；2、消耗大量催化剂却难以回收；3、产生大量含铁污泥容易引起二次污染；4、出水因含有大量铁离子而呈黄色，影响色度处理效果。

技术实现要素：

为解决现有技术中染料废水处理存在的效率低或成本高的问题，本发明提供了一种碱性染料废水的净化处理系统，通过设置均质池、催化反应池和沉砂池，使得碱性染料废水依次在均质池中充分均质，并在催化反应池中的催化剂作用下与双氧水充分进行反应，最后在沉砂池中生成沉淀并排出净化后的水，具有操作简单、条件温和、成本低廉、能耗低和不产生二次污染等优点，能够高效处理印染行业中常见的碱性染料废水，并能兼容处理中性和酸性条件的废水。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种碱性染料废水的净化处理系统，待处理的碱性染料废水依次经均质池均质、催化反应池反应和沉砂池沉降后完成净化处理，所述均质池包括位于同一直线上但不直接连通的进水管和出水管，进水管的一端封闭，另一端为碱性染料废水进入口，出水管的一端与催化反应池连通，另一端与双氧水进入管连通；在进水管和出水管管壁的两侧沿两者的长度方向均分布有若干通孔，所述进水管上一侧的任意一通孔通过弧形连通管与出水管管壁上同侧的相应通孔连通，以形成若干条分布于进水管和出水管两侧的弧形水流通道，且这些弧形水流通道的长度从进水管的入水口向另一端的方向逐渐缩短，以使最先通过进水管进入弧形连通管的污水最后到达出水管，最后通过进水管进入弧形连通管的污水最先到达出水管。

所述进水管内设置有将其内部分隔成两部分的分流尖劈，且进水管两侧管壁上的通孔分别位于分流尖劈的两侧，所述分流尖劈的底部固定在进水管的封闭端上，且其厚度从底部向另一端逐渐减小，以使其两侧形成两个斜面，在两个斜面上分布有若干排弧形凸棱Ⅰ，且弧形凸棱Ⅰ的凸起高度从分流尖劈的自由端向底端的方向逐渐升高，分流尖劈自由端的端部具有一朝向进水方向凸起的弧形棱，且弧形棱的两侧超出分流尖劈，以使两者连接处形成背向水流方向的卡台，卡台的凸起高度低于最靠近卡台的一排弧形凸棱Ⅰ的凸起高度。

所述出水管内设置有若干组弹性组件，每组弹性组件包括一固定在弧形连通管出水端口处的绷紧钢丝，绷紧钢丝上设置有至少一组的振荡组件，每组振荡组件包括固定在绷紧钢丝上的紧固套和对称设置在紧固套两侧的翼板，且翼板正对弧形连通管的出水端口，以使通过弧形连通管进入到出水管内的水流冲击在翼板的表面。

所述绷紧钢丝的表面密布有凸起。

所述弧形连通管的内壁面上分布有相平行的若干条螺旋凹陷，且螺旋凹陷的旋进方向与水流方向相同。

所述进水管和出水管管壁两侧的通孔均相互错开。

所述催化反应池包括一矩形的池体，在池体的两端分别设置有催化剂入口和排水口Ⅰ，池体两侧的侧壁上排布有若干个进水口Ⅰ，且每个进水口Ⅰ均通过支管与连通均质池1出水管的管道连通；池体两侧内壁上分别设置有若干条导流板，且导流板均朝向催化剂入口一侧倾斜，倾斜角度为与池体侧壁呈80-85°；所述导流板在池体侧壁的投影与紧邻该导流板且位于池体异侧的两个进水口Ⅰ之间连线的投影有部分重合。

所述导流板朝向催化剂入口的一面上分布有若干条与进水方向垂直的弧形凹槽，且弧形凹槽的深度从靠近池体侧壁的一侧向另一侧逐渐加深；所述导流板背向催化剂入口的一面上分布有若干条与进水方向垂直的弧形凸棱Ⅱ，且弧形凸棱Ⅱ的凸起高度从靠近池体侧壁的一侧向另一侧逐渐降低。

所述沉砂池包括分选腔和分选腔底部的集砂腔，且分选腔的下部向内收缩形成与集砂腔顶部连接的斜面，且斜面与水平面的夹角不小于55°；所述分选腔内设置有由传动机构带动的搅拌轴，搅拌轴的底部设置有搅拌叶片，且搅拌叶片位于分选腔底部，分选腔的两侧壁分别设置有进水口Ⅱ和净水出口，集砂腔的底部设置有出砂口。

所述净化处理系统中还设有由至少两组的超声波清洗池串联而成超声清洗装置，超声清洗装置的入口管和出口管分别与沉砂池的出砂口和催化反应池上的催化剂入口连接。

本发明中，催化反应池的催化剂入口中通入的催化剂为Fe₂O₃/ZSM-5催化剂，该催化剂由以下方法制得：将硅铝比为140的ZSM-5分子筛浸渍于0.5mol/L的Fe₂(SO₄)₃中，并向其中加入摩尔浓度为1mol/L的稀硫酸，浸渍时间为8h，且每克ZSM-5分子筛对应8ml硫酸铁溶液和0.5ml稀硫酸，浸渍后在50℃的温度下恒温烘干，最后在800℃下煅烧4h得到。

本发明的催化反应池中发生的反应为非均相类Fenton体系，即将Fe₂O₃负载在ZSM-5分子筛载体上，催化H₂O₂产生具有强氧化能力的•OH来对染料废水进行氧化降解，避免均相Fenton体系因铁离子与反应介质难于分离而引起流失和二次污染，催化剂经过简单的超声清洗可重复利用。同时也免于光照、微波、电、超声等额外的能量输入，是一种简单、温和、高效的废水处理系统，尤其适用于处理强碱性染料废水。另外，本单元出水水质可生化性强，可与生物降解单元实现模块化组合。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明通过设置均质池、催化反应池和沉砂池，使得碱性染料废水依次在均质池中充分均质，并在催化反应池中的催化剂作用下与双氧水充分进行反应，最后在沉砂池中生成沉淀并排出净化后的水，具有操作简单、条件温和、成本低廉、能耗低和不产生二次污染等优点，能够高效处理印染行业中常见的碱性染料废水，并能兼容处理中性和酸性条件的废水；

2）本发明的均质池通过将进水管和出水管隔断，然后用弧形连通管将两者连通，使得最先通过进水管进入弧形连通管的水最后到达出水管，最后通过进水管进入弧形连通管的水最先到达出水管，从而实现了不需要任何附加设备即对废水进行均质的目的；

3）本发明通过在进水管内设置分流尖劈，将废水分成两部分分别通过两侧的弧形连通管汇入到出水管中，这样不仅使得水流更加均匀的通过两侧的弧形连通管，而且通过在分流尖劈的表面设置弧形凸棱Ⅰ，能够与两侧的管壁形成配合，使废水以湍流的形态进入到弧形连通管内，进一步提高了均质的效果；

4）本发明在出水管内设置若干组由绷紧钢丝和振荡组件构成的弹性组件，使得从弧形连通管进入到出水管内的废水能够冲击到振荡组件的翼板上，从而带动整个弹性组件发生一定的震动，起到了对出水管内废水的搅拌均质作用；而且，通过在绷紧钢丝的表面设置凸起，从而增强了这种搅拌均质效果；

5）本发明通过在弧形连通管的内壁面上设置相平行的若干条螺旋凹陷，且螺旋凹陷的旋进方向与水流方向相同，从而使废水在流动过程中会与螺旋凹陷相碰撞，起到了一定的搅拌作用，而且螺旋凹陷也起到了一定程度的导流混匀作用；

6）本发明通过在催化反应池的两侧设置多个进水口Ⅰ，从而实现了分段补给废水，避免了因局部浓度过高而使催化剂中毒，影响催化剂降解效果和寿命；而在催化反应池中设置若干以特殊方式排布的导流板，从而使废水在其中流动时形成湍流，从而有利于催化剂和反应物的扩散和传质；而且导流板朝向催化剂入口的一面上设置弧形凹槽，另一面上设置弧形凸棱Ⅱ，从而极大程度的增强了这种湍流效果；

7）本发明的催化反应池中发生的反应为非均相类Fenton体系，即将Fe₂O₃负载在ZSM-5分子筛载体上，催化H₂0₂产生具有强氧化能力的•OH来对染料废水进行氧化降解，避免均相Fenton体系因铁离子与反应介质难于分离而引起流失和二次污染，催化剂经过简单的超声清洗可重复利用，同时也免于光照、微波、电、超声等额外的能量输入，是一种简单、温和、高效的废水处理系统，尤其适用于处理强碱性染料废水。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为均质池的结构示意图；

图3为出水管内弹性组件的结构示意图；

图4为分流尖劈的结构示意图；

图5为导流板的结构示意图；

附图标记：1、均质池，101、进水管，102、出水管，103、弧形连通管，104、双氧水进入管，105、分流尖劈，1051、弧形凸棱Ⅰ，1052、弧形棱，106、弹性组件，1061、绷紧钢丝，1062、紧固套，1063、翼板，2、催化反应池，201、进水口Ⅰ，202、导流板，2021、弧形凹槽，2022、弧形凸棱Ⅱ，203、催化剂入口，204、排水口Ⅰ，3、沉砂池，301、传动机构，302、分选腔，303、净水出口，304、进水口Ⅱ，305、搅拌叶片，306、集砂腔，307、出砂口，4、超声清洗装置，401、超声波清洗池，402、入口管，403、出口管。

具体实施方式

如图所示，一种碱性染料废水的净化处理系统，待处理的碱性染料废水依次经均质池1均质、催化反应池2反应和沉砂池3沉降后完成净化处理，所述均质池1包括位于同一直线上但不直接连通的进水管101和出水管102，进水管101的一端封闭，另一端为碱性染料废水进入口，出水管102的一端与催化反应池2连通，另一端与双氧水进入管104连通；在进水管101和出水管102管壁的两侧沿两者的长度方向均分布有若干通孔，所述进水管101上一侧的任意一通孔通过弧形连通管103与出水管102管壁上同侧的相应通孔连通，以形成若干条分布于进水管101和出水管102两侧的弧形水流通道，且这些弧形水流通道的长度从进水管101的入水口向另一端的方向逐渐缩短，以使最先通过进水管101进入弧形连通管103的污水最后到达出水管102，最后通过进水管101进入弧形连通管103的污水最先到达出水管102。

以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定：

如，所述进水管101内设置有将其内部分隔成两部分的分流尖劈105，且进水管101两侧管壁上的通孔分别位于分流尖劈105的两侧，所述分流尖劈105的底部固定在进水管101的封闭端上，且其厚度从底部向另一端逐渐减小，以使其两侧形成两个斜面，在两个斜面上分布有若干排弧形凸棱Ⅰ1051，且弧形凸棱Ⅰ1051的凸起高度从分流尖劈105的自由端向底端的方向逐渐升高，分流尖劈105自由端的端部具有一朝向进水方向凸起的弧形棱1052，且弧形棱1052的两侧超出分流尖劈105，以使两者连接处形成背向水流方向的卡台，卡台的凸起高度低于最靠近卡台的一排弧形凸棱Ⅰ1051的凸起高度；

又如，所述出水管102内设置有若干组弹性组件106，每组弹性组件106包括一固定在弧形连通管103出水端口处的绷紧钢丝1061，绷紧钢丝1061的两端倾斜固定在出水管102的内壁上，绷紧钢丝1061上设置有至少一组的振荡组件，每组振荡组件包括固定在绷紧钢丝1061上的紧固套1062和对称设置在紧固套1062两侧的翼板1063，且翼板1063正对弧形连通管103的出水端口，以使通过弧形连通管103进入到出水管102内的水流冲击在翼板1063的表面；

进一步的，所述绷紧钢丝1061的表面密布有凸起；

又如，所述弧形连通管103的内壁面上分布有相平行的若干条螺旋凹陷，且螺旋凹陷的旋进方向与水流方向相同；

再如，所述进水管101和出水管102管壁两侧的通孔均相互错开，此时，能够利用两侧水流的交错对冲，进一步增强均质效果；

再如，所述催化反应池2包括一矩形的池体，在池体的两端分别设置有催化剂入口203和排水口Ⅰ204，池体两侧的侧壁上排布有若干个进水口Ⅰ201，且每个进水口Ⅰ201均通过支管与连通均质池1出水管102的管道连通；池体两侧内壁上分别设置有若干条导流板202，且导流板202均朝向催化剂入口203一侧倾斜，倾斜角度为与池体侧壁呈80-85°；所述导流板202在池体侧壁的投影与紧邻该导流板202且位于池体异侧的两个进水口Ⅰ201之间连线的投影有部分重合（如图1所示，离某条导流板202最近的进水口Ⅰ201有三个，其中两个是位于其根部的两侧，另一个进水口Ⅰ201是与其自由端距离最近，这三个进水口Ⅰ201的连线构成将该导流板202围在其中的三角形，此时，导流板202在池体一侧壁的投影与三角形两个位于导流板两侧的两条边在该侧壁的投影有部分重合，不能完全重合）；

进一步的，所述导流板202朝向催化剂入口203的一面上分布有若干条与进水方向垂直的弧形凹槽2021，且弧形凹槽2021的深度从靠近池体侧壁的一侧向另一侧逐渐加深；所述导流板202背向催化剂入口203的一面上分布有若干条与进水方向垂直的弧形凸棱Ⅱ2022，且弧形凸棱Ⅱ2022的凸起高度从靠近池体侧壁的一侧向另一侧逐渐降低；

又再如，所述沉砂池3包括分选腔302和分选腔302底部的集砂腔306，且分选腔302的下部向内收缩形成与集砂腔306顶部连接的斜面，且斜面与水平面的夹角不小于55°；所述分选腔302内设置有由传动机构301带动的搅拌轴，搅拌轴的底部设置有搅拌叶片305，且搅拌叶片305位于分选腔302底部，分选腔302的两侧壁分别设置有进水口Ⅱ304和净水出口303，集砂腔306的底部设置有出砂口307；

最后，所述净化处理系统中还设有由至少两组的超声波清洗池401串联而成超声清洗装置4，超声清洗装置4的入口管402和出口管403分别与沉砂池3的出砂口307和催化反应池2上的催化剂入口203连接。

本发明中，均质池1中污水的平均水力停留时间为4-12h，容量根据处理水量进行设计。双氧水进入管104进入均质池1后程，并与染料废水预混合，出水管102由输送管道与下游催化反应池2的多个进水口Ⅰ201依次连接；以使污水分股从多个进水口Ⅰ201进入催化反应池2，避免了因局部浓度过高而使催化剂中毒，影响催化剂降解效果和寿命；导流板202均朝向催化剂入口203一侧倾斜，且倾斜角度为与池体侧壁呈80-85°，以便形成湍流而有利于扩散和传质，催化反应池2内水力停留时间为10-30min，催化反应池2的排水口Ⅰ204由输送管道与下游沉砂池3分选腔302的进水口Ⅱ304连接；

本发明所用的催化剂为Fe₂O₃/ZSM-5催化剂，该催化剂由以下方法制得：将硅铝比为140的ZSM-5分子筛浸渍于0.5mol/L的Fe₂(SO₄)₃中，并向其中加入摩尔浓度为1mol/L的稀硫酸，浸渍时间为8h，且每克ZSM-5分子筛对应8ml硫酸铁溶液和0.5ml稀硫酸，浸渍后在50℃的温度下恒温烘干，最后在800℃下煅烧4h得到；

沉砂池3上部的分选腔302的下部向内收缩形成与集砂腔306顶部连接的斜面，且斜面与水平面的夹角不小于55°，搅拌叶片305转速为5-10r/min，水力停留时间为30-60s，净水出口303可与生物滤池、反渗透装置等其它深度处理模块连接，进一步提高出水水质。回收催化剂的出砂口307由输送管道与超声清洗装置4的进口连接；

超声清洗装置4由至少两组超声波清洗池401串联而成，这些超声波清洗池401中的清洗介质根据染料性质不同可选用不同极性溶剂，亦可都选用水做为清洗介质，出口管403由输送管道与催化反应池2的催化剂入口203连接，以使清洗后的催化剂便可再次进入体系重复使用。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1所示，本实施例是由环状均质池1、催化反应池2、沉砂池3和净化处理系统构成。酸性大红染料废水由进水管101进入环状均质池1，水力停留时间为4h；30wt.%的H₂O₂由双氧水进入管104进入环状均质池1后程（即出水管102），二者预混合后分股进入催化反应池2，循环使用的催化剂入口203进入催化反应池2，停留时间为20min。降解出水在沉砂池3中进行液固分离，叶轮转速为5r/min，水力停留时间为45S，澄清出水由净水出口303流出，可在此处取样检测。分离后的催化剂进入净化处理系统以H₂O为清洗剂进行清洗回收再循环。

使用浸渍法制取Fe₂O₃/ZSM-5催化剂，根据邻菲啰啉法对反应体系中的铁离子浓度进行检测，在强酸及强碱情况下，铁离子的浓度分别为1.6×10^-6mol/L和0.4×10^-6mol/L，溶解的铁离子很少，说明催化剂是以非均相的状态存在，铁离子的作用可忽略不计，加之Fenton试剂在碱性条件下会失活，本方案反而在碱性条件下降解效果最好，可以确定能够氧化染料的•OH是由非均相催化剂Fe₂O₃/ZSM-5催化H₂O₂产生的，而不是均相的Fenton反应。

酸性大红染料废水浓度为1kg/t，30wt.%的H₂O₂投加量为2kg/t，催化剂的加入量为2.5kg/t，可循环使用，pH值为12。出水利用分光光度法取样测得酸性大红降解率为99.5%。

实施例2

单元操作和催化剂同实施例1；

酸性大红染料废水浓度为1kg/t，30wt.% H₂O₂投加量为2kg/t，催化剂的加入量为2.5kg/t，可循环使用，pH值为10。出水利用分光光度法取样测得酸性大红降解率为65.6%。

实施例3

单元操作和催化剂同实施例1；

酸性大红染料废水浓度为1kg/t，30wt.% H₂O₂投加量为2kg/t，催化剂的加入量为2.5kg/t，可循环使用，pH值为7。出水利用分光光度法取样测得酸性大红降解率为22.3%。延长催化反应池2内污水停留时间至30min，酸性大红降解率为30.1%。若进一步延长停留时间可获得更高降解率。

实施例4

单元操作和催化剂同实施例1；

酸性大红染料废水浓度为1kg/t，30wt.% H₂O₂投加量为2kg/t，催化剂的加入量为2.5kg/t，可循环使用，pH值为3。利用分光光度法取样测得酸性大红降解率为74.4%，说明该体系在酸性条件下也有良好降解效果。

实施例5

单元操作同实施例1；

酸性大红染料废水浓度为1kg/t，30wt.% H₂O₂投加量为2kg/t，催化剂为循环使用10次后的回收催化剂，其加入量为2.5kg/t，pH值为12。出水利用分光光度法取样测得酸性大红降解率为90.9%，证明催化剂的使用寿命较长。