水力-超声双空化复合系统及降解废水中染料的方法
养殖污水处理_煤矿印染污水处理设备厂家
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申请日 20200914
公开（公告）日 20201218
IPC分类号 C02F1/36; C02F1/00; B01J23/80; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种水力?超声复合双空化系统及有效降解废水中染料的方法。采用的技术方案是：利用水力?超声复合双空化系统，使用水力空化和超声空化复合两种空化的极端条件下，进行水力?超声复合双空化降解反应。设计带有磁性的Zn0.5Co0.5Fe2O4催化剂，利于催化剂的回收再利用，且一体化催化剂可以更适合双空化的极端情况，而不会使合成催化剂分散而降低催化效率。本发明方法结合两种空化技术，使其相互结合以此高效降解有机染料，适用于大规模处理染料废水。
权利要求书
1.一种水力-超声双空化复合系统，其特征在于，水槽(8)侧面底部通过管道依次与潜水泵(1)、阀门V1(2-1)，流量计(3)，压力表P1(4)，压力表P2(5)，水力空化装置(6)连接，水力空化装置(6)的另一端通过管道插入到水槽(8)的水中。
2.根据权利要求1所述的一种水力-超声双空化复合系统，其特征在于，所述的水力空化装置(6)是文丘里管，文丘里管由收缩段、喉部、扩散段组成，入射半角α为18-27°，收缩段长度为15-25mm，喉部长度为1-4mm，发散半角β为3-9°，扩散段为65-75mm。
3.根据权利要求2所述的一种水力-超声双空化复合系统，其特征在于，所述的水力空化装置(6)、压力表P2(5)置于超声浴槽(7)中。
4.根据权利要求3所述的一种水力-超声双空化复合系统，其特征在于，水槽(8)中设有冷却循环装置(9)。
5.根据权利要求4所述的一种水力-超声双空化复合系统，其特征在于，阀门V2(2-2)的一端通过管道与流量计(3)、阀门V1(2-1)之间的管道连接，另一端插入到水槽(8)的水中。
6.一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，其特征在于，将含有染料废水装入水槽(8)中，加入催化剂Zn0.5Co0.5Fe2O4，打开潜水泵(1)，打开阀门V1(2-1)，关闭阀门V2(2-2)，循环时间为30～150min。
7.根据权利要求6所述的一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，其特征在于，调节染料的初始浓度为5～15mg/L，催化剂的加入量为0.5～1.5g/L，控制水槽(8)的温度为30～50℃，文丘里管入口压力为1.0～7.0bar。
8.根据权利要求7所述的一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，其特征在于，所述染料是酸性橙II、孔雀绿、活性橙中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，其特征在于，所述Zn0.5Co0.5Fe2O4的制备方法是：根据Zn0.5Co0.5Fe2O4的化学量配比，按金属阳离子n(Co)：n(Zn)：n(Fe)＝x：(1-x)：2的摩尔比分别称取适量的Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Co(NO3)2·6H2O粉末完全溶于蒸馏水中，搅拌形成均匀稳定的混合溶液，取的表面活性剂CTAB缓慢加入到混合溶液中，搅拌至混合均匀，转移到反应釜中，高温加热反应，冷却至室温，对所得固体分别用去离子水和无水乙醇反复洗涤离心，在60℃下干燥，得到Zn0.5Co0.5Fe2O4。
10.根据权利要求9所述的一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，其特征在于，所述的高温加热反应为160℃下反应24h。
说明书
一种水力-超声双空化复合系统及降解废水中染料的方法
技术领域
本发明属于水力空化应用技术领域，具体地涉及以Zn0.5Co0.5Fe2O4作为催化剂，使其在水力-超声复合双空化条件下，催化降解有机染料废水的方法。
背景技术
染料是一种有颜色的、能使纤维和其他材料着色的物质，绝大部分染料都是有色的有机化合物，并且大多数的染料都可以在水中溶解。其中，染料用于各种天然纤维纺织物的染色和印花的印染行业，是纺织工业中的重要的组成部分。印染工业是以水为介质的化学和物理加工过程，由于染料、助剂等化学品的添加和排放，纺织品经不断交替的干湿处理，使得印染行业成为纺织产业链中水资源消耗和废水排放的主要环节。因此，会产生大量染料废水。印染废水水质特点为高色度、高化学需氧量(COD)、高pH、高盐度、高硬度、水质成分复杂以及低可生化性等，是一类难处理的工业废水。如果染料废水进入到自然水体中，其高显色能够阻碍光线的穿透，进而影响水生生物的光合作用，并会影响到食物链。此外，因为人工合成的染料结构复杂，常常含有硝基、氨基、苯环及其同系物等有毒基团，在印染生产过程中浆料、溶剂、助剂等也含有金属离子、酚等成分，使印染废水具有很大的毒性，长期接触有害的染料可能会损害人体器官，导致脑，肾，生殖，肌肉，肝脏和神经系统的错乱，危害了人类身体健康以及破坏生态环境。因此，寻求高效节能、无害化处理大规模染料废水的方法已成为当前的研究热点。
发明内容
为了大规模处理染料废水，本发明提供一种水力-超声复合双空化系统及有效降解废水中染料的方法。
本发明采用的技术方案是：一种水力-超声双空化复合系统，水槽8侧面底部通过管道依次与潜水泵1、阀门V1 2-1，流量计3，压力表P1 4，压力表P2 5，水力空化装置6连接，水力空化装置6的另一端通过管道插入到水槽8的水中。
上述的一种水力-超声双空化复合系统，所述的水力空化装置6是文丘里管，文丘里管由收缩段、喉部、扩散段组成，入射半角α为18-27°，收缩段长度为15-25mm，喉部长度为1-4mm，发散半角β为3-9°，扩散段为65-75mm。
上述的一种水力-超声双空化复合系统，所述的水力空化装置6、压力表P2 5置于超声浴槽7中。
上述的一种水力-超声双空化复合系统，水槽8中设有冷却循环装置9。
上述的一种水力-超声双空化复合系统，阀门V2 2-2的一端通过管道与流量计3、阀门V1 2-1)之间的管道连接，另一端插入到水槽8的水中。
一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，将含有染料废水装入水槽8 中，加入催化剂Zn0.5Co0.5Fe2O4，打开潜水泵1，打开阀门V1 2-1，关闭阀门V2 2-2，循环时间为30～150min。
上述的一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，调节染料的初始浓度为5～15mg/L，催化剂的加入量为0.5～1.5g/L，控制水槽8的温度为30～50℃，文丘里管入口压力为1.0～7.0bar。
上述的一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，所述染料是酸性橙II (AO II)、孔雀绿(FG)、活性橙(RO)中的一种或多种。
上述的一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，所述Zn0.5Co0.5Fe2O4的制备方法是：根据Zn0.5Co0.5Fe2O4的化学量配比，按金属阳离子n(Co)：n(Zn)：n(Fe)＝x： (1-x)：2的摩尔比分别称取适量的Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Co(NO3)2·6H2O粉末完全溶于蒸馏水中，搅拌形成均匀稳定的混合溶液，取的表面活性剂CTAB缓慢加入到混合溶液中，搅拌至混合均匀，转移到反应釜中，高温加热反应，冷却至室温，对所得固体分别用去离子水和无水乙醇反复洗涤离心，在60℃下干燥，得到Zn0.5Co0.5Fe2O4。
上述的一种水力-超声双空化复合系统降解废水中染料的方法，所述的高温加热反应为160℃下反应24h。
本发明创造性的提供了利用水力-超声复合双空化系统降解有机染料。空化通常可以由水动力现象(水力空化)和声学效应(超声空化)产生，并被应用到污水处理中。两种技术都有各自的优点和缺点，水力空化的形成通常是指管路截面的变小而引起的流体增速、压力下降的现象，其能量提供形式是机械能提供空化能量。其可以产生较高的空化泡密度，并且投资成本较低，也为空化技术的大规模应用提供了更大的可能性。而超声空化是由超声换能器产生的，其能量提供形式是施加于换能器的电能提供，因此其产生的空化泡坍塌强度(坍塌时的温度和压力)会更高，即空化效应会更强。两种空腔产生的方法的能量效率是非常不同的。为此，利用两种发生方式各自的优点，即可在一个反应器系统中产生高空化泡密度和高坍塌强度的叠加空化效应，即在水力-超声复合双空化系统中结合两种技术，避免了各自的缺点。此外，现有的水力-超声结合系统通常将超声空化探头深入到水力空化发生区，这样的装置虽然可以产生较强的空化效应，但是探入的超声探头可能会影响水力空化效应的发生。还有的研究是将水力空化与超声空化串联结合，即污染物先通过水力空化后通过超声空化，或先通过超声空化后通过水力空化，这两种方式都没有实现两种技术的结合以及叠加。为此我们将水力空化的发生器 (文丘里管)，放置于槽式超声发生器中，由于超声波具有极强的穿透力，以此可以成功实现水力空化效应与超声空化效应相结合的技术。
水力-超声双空化复合系统的作用下，由于空化泡破裂产生的高温高压，使得染料废水的温度随着空化处理时间的延长而升高，如不控温很快会升高至60～70度，因此装置内设有冷却循环装置，该冷却循环装置将水槽外壁设置为两层中空结构，首先，在中空的夹层中放入冰袋，对水槽中的水起到一定的冷却作用；然后将在外层的两端分别设置进水口和出水口，其中进水口位于水槽外壁的底部，出水口位于水槽外壁另一端的顶部，在进水口处不断通入冷水，再通过另一端的出水口将冷水排出，在冷却水的循环过程中能够带走水槽中的热量。以上两个步骤共同作用，起到对水槽降温、控温的作用，再通过控制冰袋的更换频率以及冷水的流速，进而控制染料废水的温度在30～50℃的范围内。
发明人 （王君;李灌澍;张朝红;伊鲁东;李博骞;）
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