一种浸式负压-正压水力空化联用降解废水中金胺O同时产热的方法

一种浸式负压-正压水力空化联用降解废水中金胺o同时产热的方法
技术领域
1.本发明属于水力空化应用领域，具体地涉及以孔板作为空化器，使金胺o在负压和正压水力空化联用条件下降解，同时将产生的热量回收并加以利用的方法。


背景技术：

2.纺织印染工业是我国传统的支柱产业之一，已有一个多世纪的发展历史。20世纪90年代以来，随我国经济快速发展，用水量和排水量也急剧增长。纺织工业发展主要阻碍就是环保问题，约80％纺织废水来自印染行业。若以纤维加工量的70％需进行印染加工计，则年排放废水在30亿吨左右。故由此而造成的生态破坏及经济损失是不可估量的，因而要实现印染行业的可持续发展，必须首先解决印染行业的污染问题。
3.传统染料废水的处理方法有：吸附法、膜分离法、化学氧化法、混凝法、电解法和生物法等。这些方法都存在一些弊端，例如，吸附法和膜分离法只是将污染物从一种介质转移到另一种介质，没有在根本上将污染物消除。化学氧化法需要加入大量的化学试剂，增加了处理成本，在反应的过程中会有副产物生产，造成二次污染。目前需要寻找一种处理量大，成本低，处理效果好，无二次污染的新型处理技术。
4.水力空化作为一种高级氧化技术，将其应用于废水降解是非常有前途的。水力空化效应是指在液体经过的管道某处，人为制造低压强、高流速的状态，当液体压强小于饱和蒸汽压时，液体中的气泡就会不断膨胀，体积变大。而随着流体运动，气泡到达高压强、低流速区域之后，气泡就会塌缩、爆裂。这一过程中在极短的时间间隔内释放大量的能量，产生局部高温和高压。在这些极端条件下，水分子分裂成具有强氧化性的物质，如羟基自由基和超氧自由基。这些具有强氧化性的自由基分子有利于降解有机污染物。


技术实现要素：

5.为了解决大量的印染废水不能被完全高效彻底处理的难题，本发明提供一种浸式负压-正压水力空化联用降解废水中金胺o同时产热的方法。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种浸式负压-正压水力空化联用降解废水中金胺o同时产热的方法，利用浸式负压-正压水力空化联用降解产热系统，包括如下步骤：打开阀门ⅰ，于降解池中加入含有金胺o的废水，通过自吸泵将负压水罐内的气体抽出，负压水罐内出现负压环境，降解池的废水抽入主循环管道流入负压水罐内，经负压孔板后进入自吸泵，自吸泵将废水输入回水管道，废水经回水管道上的正压孔板后流回降解池；通过副线管道上的阀门ⅱ控制正压孔板的入口端压力为1.0～5.0bar，循环降解90min后，打开阀门ⅲ，将降解池中降解后的热水排入保温水罐中。
7.所述浸式负压-正压水力空化联用降解产热系统，包括降解池、负压水罐、负压孔板、自吸泵、正压孔板和保温水罐；所述降解池外设置隔热层，主循环管道一端设置在降解池上端且在废水液面下，另一端与设置在负压水罐内的负压孔板的入口端连接，负压水罐
与自吸泵连接，回水管路一端与自吸泵连接，另一端与降解池连接，回水管路上设有正压孔板；副线管道的起始位置在自吸泵和正压孔板之间，终止位置设置在降解池内，其上设置有阀门ⅱ；阀门ⅲ连接降解池和保温水罐。
8.优选的，上述的方法，负压孔板的厚度为2mm～6mm。
9.优选的，上述的方法，负压孔板上开有20～40个通孔。
10.优选的，上述的方法，负压孔板上的通孔为圆孔，圆孔直径为0.5mm～2mm。
11.优选的，上述的方法，正压孔板的厚度为2mm～6mm。
12.优选的，上述的方法，正压孔板上开有2～10个通孔。
13.优选的，上述的方法，正压孔板上的通孔为圆孔，圆孔直径为2mm～4mm。
14.优选的，上述的方法，调节降解池内废水中金胺o的初始浓度为10mg/l～30mg/l。
15.本发明的有益效果是：
16.1.本发明直接以孔板作为空化器，利用水力空化效应产生的强氧化性自由基降解含有金胺o的废水。
17.2.本发明创造性的采用负压和正压联用的形式，实现了一次循环的过程中进行两次水力空化降解，提高了降解效率。
18.3.本发明在降解废水的同时回收利用产生的热能，由于反复的水力空化反应，使废水的温度得以提高，提高的温度会加剧水力空化反应，使降解更彻底。而降解后的热水被保存利用。
附图说明
19.图1为浸式负压-正压水力空化联用降解产热系统结构示意图。
20.图2为不同入口压力对水力空化降解的影响示意图。
21.图3为不同正压孔板孔数对水力空化降解的影响示意图。
22.图4为不同初始浓度对水力空化降解的影响示意图。
23.图5为不同温度对水力空化降解影响示意图。
24.图6为不同金胺o溶液体积对水力空化降解的影响示意图。
25.图7为不同金胺o与h2o2的摩尔比对水力空化降解的影响示意图。
26.图8为不同自由基捕获剂对水力空化降解的影响示意图。
27.图中，1-阀门ⅰ，2-主循环管道，3-降解池，4-隔热层，5-负压水罐，6-负压孔板，7-自吸泵，8-回水管道，9-流量计，10-压力表，11-正压孔板，12-温度计，13-副线管道，14-阀门ⅱ，15-阀门ⅲ，16-保温水罐。
具体实施方式
28.实施例1浸式负压-正压水力空化联用降解产热系统
29.如图1所示，浸式负压-正压水力空化联用降解产热系统，包括降解池(3)、负压水罐(5)、负压孔板(6)、自吸泵(7)、正压孔板(11)和保温水罐(16)。
30.降解池(3)外设置隔热层(4)。主循环管道(2)一端设置在降解池(3)的上端并始终处于废水液面下，另一端与设置在负压水罐(5)内的负压孔板(6)的入口端连接，负压水罐(5)出口与自吸泵(7)连接。回水管道(8)一端与自吸泵(7)连接，另一端深入降解池(3)底
端。回水管道(8)上依次设有流量计(9)、压力表(10)、正压孔板(11)和温度计(12)。降解池(3)通过阀门ⅲ(15)与保温水罐(16)连通。
31.副线管道(13)，起始于自吸泵(7)和流量计(9)之间，终止于降解池(3)下端，其上设置有阀门ⅱ(14)。副线管道(13)的作用是通过其上的阀门ⅱ(14)控制正压孔板(11)的入口端压力。
32.优选的，负压孔板(6)的厚度为2mm～6mm。负压孔板(6)上开有20～40个通孔。负压孔板(6)上的通孔为圆孔，圆孔直径为0.5mm～2mm。
33.优选的，正压孔板(11)的厚度为2mm～6mm。正压孔板(11)上开有2～10个通孔。正压孔板(11)上的通孔为圆孔，圆孔直径为2mm～4mm。
34.实施例2浸式负压-正压水力空化联用降解废水中金胺o同时产热的方法
35.利用实施例1的浸式负压-正压水力空化联用降解产热系统，方法如下：
36.打开阀门ⅰ(1)，向降解池(3)内加入含有金胺o的废水，调节金胺o的初始浓度为10mg/l～30mg/l。打开自吸泵(7)，通过自吸泵将负压水罐(5)内的气体抽出，使负压水罐(5)内出现负压环境，含有金胺o的废水进入主循环管道(2)，进而进入负压水罐(5)内，先流经负压孔板(6)，通过控制负压水罐(5)出口的流量使负压孔板(6)始终处于液面下，废水通过负压水罐(5)出口经自吸泵(7)进入回水管道(8)，继续流经正压孔板(11)后流回降解池(3)，一次循环中进行两次水力空化降解。调节副线管道(13)上的阀门ⅱ(14)，使正压孔板(11)的入口端压力为1.0～5.0bar。如此循环降解90min后，打开阀门ⅲ(15)，将降解池(3)内处理好的热废水输入保温储罐(16)中储存。
37.使用uv-vis分光光度计测定溶液中金胺o的浓度，所述uv-vis分光光度计在k＝300～550nm的波长下测定，在432nm附近处有最大吸收峰，属于双键、共轭双键或苯环的π-π电子跃迁。通过测量浓度与吸光度的标准曲线，求得浓度与吸光度的线性关系。
38.降解率(％)＝[c
0-c
t
]/c0×
100％
[0039]
其中，c0是金胺o溶液的初始浓度，c
t
是水力空化一定时间(t)后的瞬时浓度。
[0040]
(一)不同入口压力条件下对水力空化降解金胺o同时产热的影响
[0041]
打开阀门ⅰ(1)，向降解池(3)内加入含有金胺o的废水10l，调节废水中金胺o的初始浓度为20mg/l。打开自吸泵(7)，使含有金胺o的废水进入主循环管道(2)，依次通过负压孔板(6)和正压孔板(11)，一次循环中进行两次水力空化降解。调节副线管道(13)上的阀门ⅱ(14)，使正压孔板(11)的入口端压力分别为2.0bar、3.0bar、4.0bar和5.0bar。废水通过正压孔板(11)后返回降解池(3)，循环降解90min。
[0042]
负压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为40孔。
[0043]
正压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为3孔。
[0044]
不同入口压力条件下对水力空化降解金胺o的影响如图2所示。随着循环时间的延长，不同压力条件下的孔板的降解效率都在提高，在压力为4bar下的孔板降解金胺o废水的降解效率最高，可达到48.87％。同时根据升温趋势表明，在压力为5bar下的孔板升温速率比其他压力条件下快，能够将10l水在30分钟内升温50.60℃。由于实验过程中，溶液温度长时间且大幅度超过60℃会对试验设备产生影响，所以进行90分钟试验时控制降解池(3)内溶液温度不超过60℃。
[0045]
(二)不同正压孔板孔数条件下对水力空化降解金胺o同时产热的影响
[0046]
打开阀门ⅰ(1)，向降解池(3)内加入含有金胺o的废水10l，调节废水中金胺o的初始浓度为20mg/l。打开自吸泵(7)，使含有金胺o的废水进入主循环管道(2)，依次通过负压孔板(6)和正压孔板(11)，一次循环中进行两次水力空化降解。调节副线管道(13)上的阀门ⅱ(14)，使正压孔板(11)的入口端压力为4.0bar。废水通过正压孔板(11)后返回降解池(3)，循环降解60min。
[0047]
由于实验过程中降解池(3)内溶液温度超过60℃幅度较小且时间较短，本次实验不进行控温。
[0048]
负压孔板固定选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为40孔。
[0049]
正压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数分别为2孔、3孔、4孔。
[0050]
不同正压孔板孔数条件下对水力空化降解金胺o的影响如图3所示。在循环降解60min后，孔板孔数为3的条件下降金胺o废水的降解效率最高，可达到30％。同时根据60min升温情况表明，孔板孔数为3的升温速率比其它的孔板快，能够将10l水在60分钟内升温65℃。
[0051]
(三)不同初始浓度条件下对水力空化降解金胺o同时产热的影响
[0052]
打开阀门ⅰ(1)，向降解池(3)内加入含有金胺o的废水10l，调节废水中金胺o的初始浓度为分别为10mg/l、20mg/l、30mg/l。打开自吸泵(7)，使含有金胺o的废水进入主循环管道(2)，依次通过负压孔板(6)和正压孔板(11)，一次循环中进行两次水力空化降解。调节副线管道(13)上的阀门ⅱ(14)，使正压孔板(11)的入口端压力为4.0bar。废水通过正压孔板(11)后返回降解池(3)，循环降解60min。
[0053]
由于实验过程中降解池(3)内溶液温度超过60℃幅度较小且时间较短，本次实验不进行控温。
[0054]
负压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为40孔。
[0055]
正压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为3孔。
[0056]
不同初始浓度条件下对水力空化降解金胺o的影响如图4所示，在循环降解60min后，溶液初始浓度为30mg/l的条件下的孔板降解金胺o废水的降解效率最高，可达到32.20％。同时根据升温情况表明，不同初始浓度条件下对产热的影响不大。
[0057]
(四)不同温度条件下对水力空化降解金胺o的影响
[0058]
打开阀门ⅰ(1)，向降解池(3)内加入含有金胺o的废水10l，调节废水中金胺o的初始浓度为分别为20mg/l。打开自吸泵(7)，使含有金胺o的废水进入主循环管道(2)，依次通过负压孔板(6)和正压孔板(11)，一次循环中进行两次水力空化降解。调节副线管道(13)上的阀门ⅱ(14)，使正压孔板(11)的入口端压力为4.0bar。废水通过正压孔板(11)后返回降解池(3)，循环降解60min。
[0059]
在实验过程中始终控制降解池(3)内的废水的温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃。
[0060]
负压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为40孔。
[0061]
正压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为3孔。
[0062]
不同温度条件下对水力空化降解金胺o的影响如图5所示，在循环降解60min后，溶液温度为60℃的条件下的孔板降解金胺o废水的降解效率最高，可达到48.89％。
[0063]
(五)不同金胺o溶液体积条件下对水力空化降解金胺o同时产热的影响
[0064]
打开阀门ⅰ(1)，向降解池(3)内加入含有金胺o的废水分别为10l、15l、20l，调节废
水中金胺o的初始浓度为分别为20mg/l。打开自吸泵(7)，使含有金胺o的废水进入主循环管道(2)，依次通过负压孔板(6)和正压孔板(11)，一次循环中进行两次水力空化降解。调节副线管道(13)上的阀门ⅱ(14)，使正压孔板(11)的入口端压力为4.0bar。废水通过正压孔板(11)后返回降解池(3)，循环降解60min。
[0065]
由于实验过程中降解池(3)内溶液温度超过60℃幅度较小且时间较短，本次实验不进行控温。
[0066]
负压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为40孔。
[0067]
正压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为3孔。
[0068]
不同金胺o溶液体积条件下对水力空化降解金胺o的影响如图6所示，在循环降解60min后，金胺o溶液体积为10l的条件下的孔板降解金胺o废水的降解效率最高，可达到30％。同时根据60min升温情况表明，金胺o溶液体积为10l的条件下升温速率比其它的条件下快，能够将10l水在60分钟内升温65℃。
[0069]
(六)不同h2o2与金胺o比例条件下对水力空化降解金胺o同时产热的影响
[0070]
打开阀门ⅰ(1)，向降解池(3)内加入含有金胺o的废水10l，调节废水中金胺o的初始浓度为20mg/l。打开自吸泵(7)，使含有金胺o的废水进入主循环管道(2)，依次通过负压孔板(6)和正压孔板(11)，一次循环中进行两次水力空化降解。调节副线管道(13)上的阀门ⅱ(14)，使正压孔板(11)的入口端压力为4.0bar。废水通过正压孔板(11)后返回降解池(3)，循环降解60min。
[0071]
分别按照金胺o与h2o2摩尔比为1:0、1:25、1:50和1:75，向降解池(3)中加入h2o2。
[0072]
由于实验过程中降解池(3)内溶液温度超过60℃幅度较小且时间较短，本次实验不进行控温。
[0073]
负压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为40孔。
[0074]
正压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为3孔。
[0075]
不同h2o2与金胺o比例条件下对水力空化降解金胺o的影响如图7所示。在循环降解60min后，金胺o与h2o2为1:75的条件下降金胺o废水的降解效率最高，可达到41.71％。同时根据60min升温情况表明，不同h2o2与金胺o比例对产热的影响不大。
[0076]
(七)不同自由基捕获剂条件下对水力空化降解金胺o同时产热的影响
[0077]
打开阀门ⅰ(1)，向降解池(3)内加入含有金胺o的废水10l，调节废水中金胺o的初始浓度为20mg/l。打开自吸泵(7)，使含有金胺o的废水进入主循环管道(2)，依次通过负压孔板(6)和正压孔板(11)，一次循环中进行两次水力空化降解。调节副线管道(13)上的阀门ⅱ(14)，使正压孔板(11)的入口端压力为4.0bar。废水通正压孔板(11)后返回降解池(3)，循环降解60min。
[0078]
按照金胺o比异丙醇(ipa)摩尔比为1:10向降解池(3)加入异丙醇(ipa)。
[0079]
按照金胺o比对苯醌(bq)摩尔比为1:10向降解池(3)加入苯醌(bq)。
[0080]
由于实验过程中降解池(3)内溶液温度超过60℃幅度较小且时间较短，本次实验不进行控温。
[0081]
负压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为40孔。
[0082]
正压孔板选择厚度为4mm，通孔为圆形，圆的直径为2mm，孔数为3孔。
[0083]
加入不同自由基捕获剂对水力空化降解金胺o的影响如图8所示。异丙醇(ipa)和
对苯醌(bq)作为
·
oh和
·o2-的自由基捕获剂。加入ipa和bq的条件下，金胺o降解率分别为27.33％和13.38％，说明
·o2-和
·
oh均参与水力空化过程，且
·o2-对降解反应的影响大于
·
oh。同时根据60min升温情况表明，自由基对产热的影响不大。