基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置的制作方法

1.本实用新型涉及染料废水处理设备领域。更具体地说，本实用新型涉及一种基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置。


背景技术：

2.随着印染行业的发展，对于染料的需求日益增加，合成染料逐渐被开发并大规模生产应用于各个行业。相关数据显示，我国每年生产商用染料种类达到了10万余种，产量可达70万吨。合成染料的出现虽然解决了天然染料脱色的问题，但也带来了新的难题。由于染料混合物(染料分子和化学品)无法完全附着在织物或纺织品上，约有20％的染料会在印染过程中流失浪费。此外，合成染料分子由于含有助色素(水溶性键合化合物)和发色团(给色化合物)，结构相对复杂且稳定，可以抵抗与水或其他洗涤剂接触时的降解。若含有高浓度染料的废水未经适当处理就大量排入水环境中，会严重影响水体的水质及美感，从而阻碍了生态系统履行的社会功能，并威胁到环境的可持续发展。因此，染料废水的治理势在必行，而其中的首要步骤在于对染料分子中稳定发色基团染料的高效破坏。
3.因此亟待提出一种可以高效处理染料废水的装置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，该装置主要是利用金属改性生物炭高效催化过硫酸盐，产生具有强氧化性的so4·-，将大分子染料分子快速转化为无色的小分子中间产物，从而实现染料废水的快速脱色，最后将其矿化为co2和h2o。随后利用生物炭(非金属改性)的ph调节性以及吸附性能，进一步解决金属改性生物炭/过硫酸盐催化体系酸化及部分金属溶出的缺陷，从而实现对染料废水中染料物质的高效去除。
5.为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，沿着待处理的染料废水的行走方向，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置依次包括：
6.活化仓，其内具有设置金属改性吸附材料的活化区；
7.第一吸附仓，其连通于所述活化仓，所述第一吸附仓内设置吸附材料；以及
8.第二吸附仓，其连通于所述第一吸附仓，所述第二吸附仓内设置吸附材料；
9.其中，待处理的染料废水在进入所述活化仓内之前，先与过硫酸盐混合。
10.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述活化仓内沿着待处理的染料废水的行走方向设置若干分流板，所有所述分流板和所述活化仓的内壁共同形成相对独立的空间，其内填充所述金属改性吸附材料，形成所述活化区。
11.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述第一吸附仓将所述活化仓套设在内，所述活化仓的出液端连通于所述活化仓的
内部空间，其内设置吸附材料。
12.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述活化仓底部设置供待处理的染料废水进入的进液端，所述活化仓上端的内径大于下端顶部的内径，所述活化仓上端敞开且与所述第一吸附仓内部连通，供经活化后的废水溢出并进入所述第一吸附仓内。
13.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述第二吸附仓套设在所述活化仓外部，且所述第二吸附仓位于所述第一吸附仓内部，所述第二吸附仓与所述活化仓形成环状的第二吸附区，所述第一吸附仓与所述第二吸附仓形成环状的第一吸附区。
14.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述第一吸附区内横向设置支撑板，其上方填充吸附材料；
15.所述第一吸附区内设置第一挡板，其在液体冲击下沿着环形的所述第一吸附区旋转；
16.所述第二吸附区内设置第二挡板，其在液体冲击下沿着环形的所述第二吸附区旋转。
17.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述金属改性吸附材料由以下步骤制备：
18.废弃生物质被一次热解，得到生物炭颗粒；
19.混合所述生物炭颗粒与金属盐溶液进行改性处理，得到第一生物炭混合液；
20.将所述第一生物炭混合液进行干燥处理，干燥之后再进行二次热解，再研磨处理，即得到所述金属改性生物炭。
21.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述吸附材料为非金属改性生物炭，其由以下步骤制备：
22.废弃生物质被一次热解，得到生物炭颗粒；
23.混合所述生物炭颗粒与化学溶液进行改性处理，得到第二生物炭混合液；
24.将所述第二生物炭混合液进行干燥处理，干燥之后再进行二次热解，再研磨处理，即得到所述非金属改性生物炭，得到非金属改性生物炭。
25.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述金属盐溶液为以下金属盐类的任意一种或几种的混合：fecl3、feso4、mncl2、mnso4、cocl2或coso4。
26.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述第一吸附仓下方设置单向进水口，允许经所述第一吸附仓处理后的液体流向所述第二吸附仓内；
27.所述活化仓底部设置用于输出废水的排水端；
28.所述第一吸附仓、所述第二吸附仓下方均设置用于反冲洗的反冲布水管，所述反冲布水管连通外部的清水水源。
29.本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型中的装置主要是利用金属改性生物炭高效催化过硫酸盐，产生具有强氧化性的so4·-，将大分子染料分子快速转化为无色的小分子中间产物，最后将其矿化为co2和h2o。随后利用生物炭(非金属改性)的ph调节性以及
吸附性能，进一步解决金属改性生物炭/过硫酸盐高级氧化技术体系酸化及部分金属溶出的缺陷，从而实现对染料废水中染料物质的高效去除。
30.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
31.图1为一实施例中基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置的结构示意图。
32.图2为另一实施例中基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置的结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
34.以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
35.本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
36.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
37.为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，沿着待处理的染料废水的行走方向，如图1所示，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置依次包括：
38.活化仓1，其内具有设置金属改性吸附材料的活化区4；
39.第一吸附仓2，其连通于所述活化仓，所述第一吸附仓2内设置吸附材料；以及
40.第二吸附仓3，其连通于所述第一吸附仓2，所述第二吸附仓3内设置吸附材料；
41.其中，待处理的染料废水在进入所述活化仓1内之前，先与过硫酸盐混合。
42.上述实施方案中，所述活化仓1中的金属改性生物炭高效催化过硫酸盐，产生具有强氧化性的so4·-，将大分子染料分子快速转化为无色的小分子中间产物，最后将其矿化为co2和h2o，从而有效去除废水中的大分子染料分子。其中，所述过硫酸盐可以是固体的纯过硫酸盐或者也可以是液体的过硫酸盐溶液，二者均可，或者是其它含有过硫酸盐的原料均可。
43.但是，经过活化过程的出水不可避免地出现酸化及金属离子溶出问题，因此为了
解决该问题，在所述活化仓1后设置了所述第一吸附仓2、所述第二吸附仓3，所述第一吸附仓2、所述第二吸附仓3内的所述吸附材料为非金属改性生物炭，这么设置的目的为：(1)中和出水的ph值；(2)吸附溶出的金属离子；(3)吸附染料分子；(4)生物炭部分活化ps，消耗过硫酸盐；(5)拦截悬浮物质。进一步解决金属改性生物炭/过硫酸盐高级氧化技术体系酸化及部分金属溶出的缺陷，从而实现对染料废水中染料物质的高效去除。
44.上述实施方案中，首先污水由所述活化仓1进行活化处理，活化处理之后，再进入所述第一吸附仓2内，进入其内生物炭炭层，由于炭层面积大，水力停留时间长，为生物炭吸附中和提供了充足的时间。经过生物炭的吸附中和作用，污水再进入第二吸附仓3进行进一步吸附处理。
45.需要进一步说明的是，所述活化仓1的进水端12用于进污水，所述活化仓1的出水端与第一吸附仓2的进水端连通，所述第一吸附仓2的出水端与所述第二吸附仓3的进水端连通，所述第三吸附仓的出水端供净化后的水流出。
46.而且为了延长污水与所述活化仓1中的金属改性吸附材料的接触时间，提高活化处理效果，可将所述活化仓1的进水端12设置在底端。
47.如图2所示，在另一优选方案中，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述活化仓1内沿着待处理的染料废水的行走方向设置若干分流板11，所有所述分流板11和所述活化仓1的内壁共同形成相对独立的空间，并不是真的完全绝对独立，而是相对于所述活化仓1内的其它空间相对独立，相对独立的空间内填充所述金属改性吸附材料，形成所述活化区11。所述金属改性吸附材料可以通过一定方式固定在所述活化区11内，比如将所述金属改性吸附材料固定在网状结构内，再将网状结构固定在所述活化区11即可。现提供所述分流板11的其中一种分布方式如下，所有所述分流板11包括位于上方的环向分布的多个上侧分流板和位于下方的环向分布的多个下侧分流板，且所述上侧分流板和所述下侧分流板分别倾斜，且均相对朝向，形成相对独立的空间。
48.在另一优选实施方案中，所述第一吸附仓2将所述活化仓套设在内，所述活化仓1的出液端连通于所述活化仓1的内部空间，其内设置吸附材，所述吸附材料为非金属改性生物炭。
49.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述活化仓1底部设置供待处理的染料废水进入的进液端12，所述活化仓1上端的内径大于下端顶部的内径，所述活化仓1上端敞开且与所述第一吸附仓2内部连通，供经活化后的废水溢出并进入所述第一吸附仓2内。
50.更详细的，所述活化仓1的上部为渐扩开口状(类圆台状)，中部为圆柱状，下部为漏斗状，这样当水流过快的时候，上部为渐扩开口状，可以减缓水流流速，使得其慢慢的溢流，并流至所述第一吸附仓2内，不会溅起浪花，所述活化仓1的顶端设置溢流集水槽，当污水由外部的染料废水储存罐5中流出，并与经由过硫酸盐储存罐10流出的过硫酸盐溶液混合，再由所述活化仓1底端的进液端12进入所述活化仓1内的所述活化区4，过硫酸盐立即被金属改性生物炭所活化，产生大量具有强氧化性的活性物质，进而攻击混合液中的染料分子，大分子染料随即被脱色并氧化降解，转化为易于处理的小分子中间体或完全矿化为co2和h2o。由于内部设置分流板11，水流在活化区形成水流循环，利于金属改性生物炭、过硫酸盐、染料的充分接触反应。经过处理的水流继续上升至中心活化区末端，也就是所述活化仓
1的顶端，再溢流经由溢流集水槽进入所述第一吸附仓2内。
51.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述第二吸附仓3套设在所述活化仓1外部，且所述第二吸附仓3位于所述第一吸附仓2内部，所述第二吸附仓3与所述活化仓1形成环状的第二吸附区，所述第一吸附仓2与所述第二吸附仓3形成环状的第一吸附区。所述第一吸附仓2下方设置单向进水口，允许经所述第一吸附仓2处理后的液体流向所述第二吸附仓3内；
52.经过第一吸附仓2内的非金属改性生物炭对污水进行进一步ph调节以及吸附，再经由所述单向进水口进入到所述第二吸附仓3内。
53.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述第一吸附区内横向设置支撑板21，其上方填充吸附材料；所述第一吸附区内设置第一挡板22，其在液体冲击下沿着环形的所述第一吸附区旋转；所述第一挡板22位于所述支撑板21下方，不需要借助外部的动力，就可以对液体进行搅拌，方便其内的杂质沉底，无法进入下一流程进行吸附处理。
54.所述第二吸附区内设置第二挡板31，其在液体冲击下沿着环形的所述第二吸附区旋转，不需要借助外部的动力，就可以对液体进行搅拌，方便其内的杂质沉底，无法进入下一流程进行吸附处理。
55.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述金属改性吸附材料由以下步骤制备：
56.废弃生物质被热解制备，得到生物炭颗粒；其中，所述废弃生物质为污水污泥、黍糠、秸秆、花生壳、棉花壳、艾草、桃核中的一种或几种组合；所述生物炭颗粒的制备过程如下：以废弃生物质为原料，压碎研磨后放置于通入氮气的管式炉中热解1～6h，热解温度为200～800℃。热解所得的生物炭颗粒经过多次洗涤去灰后，放入烘箱干燥。为了便于后期改性，对干燥后的生物炭进行研磨，使其粒径控制在0.50～0.80mm。
57.混合所述生物炭颗粒与金属盐溶液进行改性处理，得到第一生物炭混合液；其目的是使生物炭成功负载具有高效过硫酸盐活化性能的过渡金属。所述金属盐溶液过渡金属盐类的任意一种或几种的混合，具体举例，其可为以下金属盐类的任意一种或几种的混合：fecl3、feso4、mncl2、mnso4、cocl2或coso4。
58.将所述第一生物炭混合液进行干燥处理，干燥之后再进行二次热解，再研磨处理，即得到所述金属改性生物炭。
59.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述吸附材料为非金属改性生物炭，其由以下步骤制备：
60.废弃生物质被热解制备，得到生物炭颗粒；其中，所述废弃生物质为污水污泥、黍糠、秸秆、花生壳、棉花壳、艾草、桃核中的一种或几种组合；所述生物炭颗粒的制备过程如下：以废弃生物质为原料，压碎研磨后放置于通入氮气的管式炉中热解1～6h，热解温度为200～800℃。热解所得的生物炭颗粒经过多次洗涤去灰后，放入烘箱干燥。为了便于后期改性，对干燥后的生物炭进行研磨，使其粒径控制在0.50～0.80mm。
61.混合所述生物炭颗粒与化学溶液进行改性处理，得到第二生物炭混合液；其中，改性方法为酸改性、碱改性、物理改性、氧化剂改性、还原剂改性等方法中的一种或多种，其目的主要是为了改变原始生物炭孔隙结构，增大比表面积，增强吸附能力。化学溶液为磷酸、
盐酸、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、过硫酸钠等。以磷酸改性为例，磷酸改性生物炭制备步骤如下：将生物炭颗粒投入质量百分数50％的磷酸溶液中，充分浸渍，将其混合液放置于恒温水浴摇床中，在50℃，转速160rpm/min条件下振荡3h。以碳酸钾改性为例，碳酸钾改性生物炭制备步骤如下：将生物炭颗粒投入质量百分数23％的碳酸钾溶液中，充分浸渍，将其混合液放置于恒温水浴摇床中，在35℃，转速200rpm/min条件下振荡。
62.将所述第二生物炭混合液进行干燥处理，干燥之后再进行二次热解，再研磨处理，即得到所述金属改性生物炭，得到非金属改性生物炭。
63.在其中一优选实施例，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置中，所述活化仓1底部设置用于输出废水的排水端，其采用阀门控制；
64.当所述活化仓1内用于活化过硫酸盐的金属改性生物炭失去活性时，将染料废水和过硫酸盐混合液的进水端12关闭，打开用于控制清水的阀门(所述活化仓1的进水端12还连接于外部的清水水源7)，加大水流流速，由于强水流的作用，金属改性生物炭可以轻易的随水流流出，排入所述第一吸附仓2。由于所述活化区11内流速快，活化反应速度快，金属改性生物炭会逐渐失去对过硫酸盐的活性，但其仍然具有较好的的吸附性能，这是因为吸附相较于高级氧化速度较慢。因此金属改性生物炭进入所述第一吸附仓2之后仍然可发挥其吸附作用。
65.所述第一吸附仓、所述第二吸附仓下方均设置用于反冲洗的反冲布水管6，所述反冲布水管6连通外部的清水水源7。实际应用中，各管道上都安装有控制其启闭的阀门和泵。
66.具体说明的是，还设置了回收管道8，其一端连接于所述第一吸附仓2和所述第二吸附仓3，以将其内的生物炭(金属改性生物炭和非金属改性生物炭)都进行吸附回收利用，所述回收管道8另一端连通于生物炭回收池9。
67.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.一种基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，其特征在于，沿着待处理的染料废水的行走方向，所述基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置依次包括：活化仓，其内具有设置金属改性吸附材料的活化区；第一吸附仓，其连通于所述活化仓，所述第一吸附仓内设置吸附材料；以及第二吸附仓，其连通于所述第一吸附仓，所述第二吸附仓内设置吸附材料；其中，待处理的染料废水在进入所述活化仓内之前，先与过硫酸盐混合。2.根据权利要求1所述的基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，其特征在于，所述活化仓内沿着待处理的染料废水的行走方向设置若干分流板，所有所述分流板和所述活化仓的内壁共同形成相对独立的空间，其内填充所述金属改性吸附材料，形成所述活化区。3.根据权利要求1所述的基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，其特征在于，所述第一吸附仓将所述活化仓套设在内，所述活化仓的出液端连通于所述活化仓的内部空间，其内设置吸附材料。4.根据权利要求3所述的基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，其特征在于，所述活化仓底部设置供待处理的染料废水进入的进液端，所述活化仓上端的内径大于下端顶部的内径，所述活化仓上端敞开且与所述第一吸附仓内部连通，供经活化后的废水溢出并进入所述第一吸附仓内。5.根据权利要求3所述的基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，其特征在于，所述第二吸附仓套设在所述活化仓外部，且所述第二吸附仓位于所述第一吸附仓内部，所述第二吸附仓与所述活化仓形成环状的第二吸附区，所述第一吸附仓与所述第二吸附仓形成环状的第一吸附区。6.根据权利要求5所述的基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，其特征在于，所述第一吸附区内横向设置支撑板，其上方填充吸附材料；所述第一吸附区内设置第一挡板，其在液体冲击下沿着环形的所述第一吸附区旋转；所述第二吸附区内设置第二挡板，其在液体冲击下沿着环形的所述第二吸附区旋转。7.根据权利要求1所述的基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，其特征在于，所述第一吸附仓下方设置单向进水口，允许经所述第一吸附仓处理后的液体流向所述第二吸附仓内；所述活化仓底部设置用于输出废水的排水端；所述第一吸附仓、所述第二吸附仓下方均设置用于反冲洗的反冲布水管，所述反冲布水管连通外部的清水水源。

技术总结
本实用新型公开一种基于生物炭协同过硫酸盐催化的染料废水快速脱色装置，沿着待处理的染料废水行走方向，依次包括：活化仓，其内具有设置金属改性吸附材料的活化区；第一吸附仓以及第二吸附仓，设置吸附材料，且均连通于所述活化仓；其中，待处理的染料废水在进入所述活化仓内之前，先与过硫酸盐混合。本实用新型利用金属改性生物炭高效催化过硫酸盐，产生具有强氧化性的SO4·-，将大分子染料分子快速转化为无色小分子中间产物，实现染料废水快速脱色，最后将其矿化为CO2和H2O。随后利用生物炭(非金属改性)的ph调节性及吸附性能，解决金属改性生物炭/过硫酸盐高级氧化技术体系酸化及部分金属溶出的缺陷。部分金属溶出的缺陷。部分金属溶出的缺陷。


技术研发人员：仇玥 邢明党 朱成煜 陈琪 陈懋朋 袁正浩
受保护的技术使用者：武汉市承远市政工程设计有限公司
技术研发日：2021.05.19
技术公布日：2022/5/25