专利名称：一种染料废水的处理方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种染料废水处理方法及设备。
背景技术：
有毒有害、难生物降解有机物是造成当前水环境污染的主要来源，废水就是其中一类。染料广泛应用于印染、纺织和造纸业等，造成大量染料废水的排放。其中偶氮染料是合成染料中使用量最大的一种，由于其含有复杂的芳香基团、性质稳定、难以生物降解，故成为染料废水处理的难点之一。对于染料废水的处理的方法也开展了许多研究。曾采取电解、铁盐混凝、吸附等多种方法，效果均不理想。活性炭吸附虽然处理效果还比较令人满意。但再生困难而且成本较高。通常采取的混凝-生物处理技术进行二级处理，但由于染料的毒性较大并且可生物降解性差，去除效果也不理想，难以满足废水回用的要求。
发明内容
本发明就是针对上述问题提供一种利用超声强化臭氧处理染料废水的处理方法及设备，该方法及设备对染料废水的处理效果较好，成本较低。
本发明提供的技术方案是一种染料废水的处理方法，将超声波发生器探头伸入染料废水中，通过超声波发生器产生的超声波对染料废水进行辐射，超声波发生器的输出功率为75～1000W，同时将含臭氧浓度为每升5～120毫克的气体通入染料废水中。
按照本发明，用下述染料废水处理器对染料废水处理。所述染料废水处理器包括反应器外筒、设于反应器外筒内的内导流筒、设于反应器外筒底部的气体分布室和超声波发生器，气体分布室与反应器外筒通过若干气孔相连通，气体分布室底部设有进气口，超声波探头置于内导流筒中，外筒与内导流筒之间的空间为升液区，内导流筒内的空间为降液区，升液区和降液区之间在内导流筒的上部和底部分别相连通；将染料废水淹没内导流筒，并使含臭氧浓度为每升5～120毫克的气体依次通过进气口和气孔进入升液区，同时将超声波发生器探头置于降液区。
本发明还提供了一种染料废水的处理设备包括臭氧发生器、染料废水处理器、超声发生器和臭氧尾气处理装置，臭氧发生器的氧气进口接氧气源，臭氧发生器的臭氧出口与染料废水处理器的进口连接，染料废水处理器的出口与臭氧尾气处理装置的进口相连接，臭氧尾气处理装置的出口与大气相通，超声发生器的超声探头设在染料废水处理器内。
上述染料废水处理器包括反应器外筒、设于反应器外筒内的内导流筒、设于反应器外筒底部的气体分布室和超声波发生器，气体分布室与反应器外筒通过若干气孔相连通，气体分布室底部设有进气口，超声波探头置于内导流筒中，外筒与内导流筒之间的空间为升液区，内导流筒内的空间为降液区，升液区和降液区之间在内导流筒的上部和底部分别相连通。
本发明的处理设备还可设有与升液区相通的取样口。
本发明将超声波技术与臭氧技术相结合以加速臭氧的分解，产生更多的活性*OH，并且加快了臭氧向溶液中的传质速率，提高了污染物降解速率和臭氧利用率，将染料分解为二氧化碳、水以及易溶于水、可生化降解的有机中间产物。本发明大大缩短了对染料废水的处理时间，提高了传质速率和臭氧的利用率，降低了操作成本。
图1为本发明染料废水的处理设备的结构示意图；图2为本发明染料废水的处理设备中的气升式内环流超声反应器的结构示意图。
具体实施例方式
参见附图1，本发明包括氧气瓶1、XFZ-5QI型臭氧发生器2(清华同惠科技资源开发有限公司)、三通阀3、流量计4和6、气升式内环流超声反应器(即染料废水处理器)7(参见附图2)、超声发生器8、臭氧浓度测量装置5(参见Journal of Hazardous Materials，1995，41，95-104，Elsevier Science B.V.)和臭氧尾气处理装置9(参见Journal of Hazardous Materials，1995，41，95-104，Elsevier Science B.V.)，臭氧发生器2的氧气进口接氧气瓶1的出口，臭氧发生器2的臭氧出口通过三通管3、流量计4、6分别与气升式内环流超声反应器7的进口和臭氧浓度测量装置5的进口连接，气升式内环流超声反应器7的出口与臭氧尾气处理装置9的进口相连接，臭氧尾气处理装置9的出口和臭氧浓度测量装置5的出口与大气相通。
本发明的气升式内环流超声反应器7由气体分布室22，外筒10、设置在外筒10内的同心内导流筒12和密封板14构成。气体分布室22带有臭氧气体进口管21和气体分布板23，外筒10两端各带有法兰13和20，外筒10设有取样口18。密封板14带有臭氧出口管16。外筒10一端与气体分布室22之间通过法兰20和气体分布板23连接，外筒10另一端的法兰13和密封板14相连。气体分布板23上在相应于外筒10和内导流筒12环隙的区域11(升液区)均匀分布着小孔24，内导流筒内的空间为降液区19，升液区11和降液区19之间在内导流筒12的上部和底部分别相连通，超声波探头15置于内导流筒12中的降液区19内。这样气体分布均匀，混合性能好，并且提高了传质效果，减缓了流动剪切应力。反应器7内外管径的选择原则是升液区11与降液区19的截面积基本相等，这样可以减小流体流动阻力。气体由进口管21进入气体分布室22，通过气体分布板23的气孔24形成均匀的小气泡带动外筒10和内导流筒12环隙间液体向上流动，经过同心内导流筒12上部的超声场，超声波本身向下辐射有推动液体介质向下运动的趋势，气泡经导流筒12被超声破碎为更为细碎的气泡，并在超声的辐射作用下，沿着导流筒内部19(降液区)向下流动到反应器底部，这样可在反应器外筒10和内导流筒12之间形成一个环形流体流动区域。一方面破碎气泡，促进气液传质；另一方面臭氧气体又进入了内导流筒12重新参与反应，而非直接从顶部的出气口逸出，这样不仅提高了臭氧的利用率，还形成介质流动，使介质混合均匀。
根据本发明的工艺流程，首先将染料废水置入反应器7中，染料废水液面17淹没内导流筒12，将三通阀3切换到臭氧流量和浓度测量装置5的位置，打开氧气瓶1，调节流量计4至所需气速50～200L/h，由臭氧浓度测量装置8确定臭氧浓度5～120毫克/升。切换三通阀3使含臭氧气体进入气升式内环流超声反应器7中，调节流量计6至所需气速50～200L/h，超声功率设置在75～1000W范围内，对染料废水进行氧化处理，由气升式内环流超声反应器7出来的尾气进臭氧尾气处理装置9分解处理后，排入大气。
以下通过对染料废水处理的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1在本实施例中，选取偶氮染料中的甲基橙为研究对象，模拟染料废水，甲基橙的含量为400mg/L，按上述步骤操作，处理10分钟后可达96％以上的脱色去除率。详细操作条件与处理结果如下所示一、操作条件气体流量100L/h；臭氧浓度20mg/L；染料溶液浓度400mg/L；超声功率200W；超声频率18kHz；二、实验结果
实施例2在本实施例中，选取偶氮染料中的甲基橙为研究对象，模拟染料废水，甲基橙的含量为400mg/L，按上述步骤操作，处理30分钟后可达55％以上的COD去除率。详细操作条件与处理结果如下所示一、操作条件气体流量100L/h；臭氧浓度31mg/L；染料溶液浓度400mg/L；超声功率200W；38kHz；二、实验结果
实施例3在本实施例中，选取偶氮染料中的甲基橙为研究对象，模拟染料废水，甲基橙的含量为400mg/L，改变超声的输出功率(P)，操作步骤同上，详细操作条件与处理结果如下所示
一、操作条件气体流量100L/h；臭氧浓度20mg/L；染料溶液浓度400mg/L；二、实验结果
实施例4在本实施例中，选取偶氮染料中的甲基橙为研究对象，模拟染料废水，甲基橙的含量为400mg/L，改变气体臭氧的浓度(C)，操作步骤同上，详细操作条件与处理结果如下所示一、操作条件气体流量100L/h；染料溶液浓度400mg/L；超声功率200W；20kHz二、实验结果
由实验结果看，在本发明所涉及的反应器中利用超声强化臭氧氧化甲基橙，可以迅速使甲基橙脱色，也可以达到较高的COD去除率。随着超声功率的增大，甲基橙的脱色效率显著提高；气相臭氧浓度越大，甲基橙脱色越快。并且由实验结果可以看出，本发明的气升式内环流超声反应器混合性能好，气体分布均匀并且提高了传质效果，减缓了流动剪切应力。可以达到较好的脱色和矿化效果。
权利要求
1.一种染料废水的处理方法，其特征是将超声波发生器探头伸入染料废水中，通过超声波发生器产生的超声波对染料废水进行辐射，超声波发生器的输出功率为75～1000W，同时将含臭氧浓度为每升5～120毫克的气体通入染料废水中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是用染料废水处理器对所述染料废水处理，染料废水处理器包括反应器外筒、设于反应器外筒内的内导流筒、设于反应器外筒底部的气体分布室和超声波发生器，气体分布室与反应器外筒通过若干气孔相连通，气体分布室底部设有进气口，超声波探头置于内导流筒中，外筒与内导流筒之间的空间为升液区，内导流筒内的空间为降液区，升液区和降液区之间在内导流筒的上部和底部分别相连通；将染料废水淹没内导流筒，并使含臭氧浓度为每升5～120毫克的气体依次通过进气口和气孔进入升液区，同时将超声波发生器探头置于降液区。
3.一种染料废水的处理设备，其特征是包括臭氧发生器、染料废水处理器、超声发生器和臭氧尾气处理装置，臭氧发生器的氧气进口接氧气源，臭氧发生器的臭氧出口与染料废水处理器的进口连接，染料废水处理器的出口与臭氧尾气处理装置的进口相连接，臭氧尾气处理装置的出口与大气相通，超声发生器的超声探头设在染料废水处理器内。
4.根据权利要求3所述的处理设备，其特征是染料废水处理器包括反应器外筒、设于反应器外筒内的内导流筒、设于反应器外筒底部的气体分布室和超声波发生器，气体分布室与反应器外筒通过若干气孔相连通，气体分布室底部设有进气口，超声波探头置于内导流筒中，外筒与内导流筒之间的空间为升液区，内导流筒内的空间为降液区，升液区和降液区之间在内导流筒的上部和底部分别相连通。
5.根据权利要求3或4所述的处理设备，其特征是设有与升液区相通的取样口。
全文摘要
本发明涉及一种染料废水处理方法，将超声波发生器探头伸入染料废水中，超声波发生器的输出功率为75～1000W，同时将含臭氧浓度为每升5～120毫克的气体通入染料废水中。本发明还提供了一种染料废水的处理设备包括臭氧发生器、染料废水处理器、超声发生器和臭氧尾气处理装置，臭氧发生器的氧气进口接氧气源，臭氧发生器的臭氧出口与染料废水处理器的进口连接，染料废水处理器的出口与臭氧尾气处理装置的进口相连接，臭氧尾气处理装置的出口与大气相通，超声发生器的超声探头设在染料废水处理器内。本发明对染料废水的处理时间短，传质速率和臭氧的利用率高，操作成本低。
文档编号C02F1/78GK1609010SQ20041006105
公开日2005年4月27日 申请日期2004年11月8日 优先权日2004年11月8日
发明者张晖, 段丽杰, 张道斌, 吴峰 申请人:武汉大学