一种用于茜素红废水处理的特种陶瓷膜分离集成装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于茜素红废水处理的特种陶瓷膜分离集成装置，属于废水处理领域。


背景技术：

2.茜素红是一种蒽醌类染料，具有水溶性好和稳定性高的特点，被广泛地应用于化工染料和酸碱指示剂、吸附指示剂、生物和金属着色剂等领域。在纺织工业中，用茜素红染料染色时，大约有10～15％染料进入到水体中，而成为染料废水。由于茜素红颜色深、毒性大、cod含量高，传统的生化处理方法很难使其降解，又因为它比较稳定，一般的氧化方法降解效率都比较低。因此，对此类废水的处理研究一直在探索中。
3.现有的方法大部分都集中在高级氧化法和光催化技术上。如申请号为201910233553.4的专利公开了一种采用强电离放电技术处理茜素红废水的方法，其原理就是氧气在高压强电场作用下，被电离成臭氧、
·
o、o
2+
、o
2-等活性粒子，再进一步被氧化成高活性的
·
oh，将水中的有机物无选择性地氧化。该方法降解效率高，可达到95％的降解率，速度也快。但该方法只能针对于浓度低的茜素红废水(50mg/l以下)，而且将有回收价值的染料全部氧化为水和co2。
4.陶瓷膜分离技术以其高精度、高效率、高强度、耐酸碱等优势已被广泛地应用于工业水处理中，尤其难以生物降解的特殊性质的废水。黄欣等人采用自制的氧化钛陶瓷膜在ph＝3的条件下对茜素红废水进行了过滤，结果对茜素红色素的截留率为99.1％。这种方法虽然简单有效，色素截留率比较高，但只能对浓度较低的废水(100mg/l以下)可以达到排放或回用的效果，对于浓度较高的染料废水，还不能彻底去除。且所用膜缺少工业化可行性。
5.为了彻底解决茜素红废水的处理问题，同时也为了降低处理成本，增加回收效益，使得该方法更容易工业化，本实用新型专利提供了一种用于茜素红废水处理的特种陶瓷膜分离集成装置。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种用于茜素红废水处理的特种陶瓷膜分离集成装置，该装置将改性陶瓷膜分离装置、催化陶瓷膜分离装置以及臭氧氧化装置集成在一起，既回收降解了废水中的茜素红色素，产生经济效益，降低废水排放量，又将回收降解工艺高度集成在一起，使得整个工艺装置非常紧凑、简单，很适合于工业化生产。
7.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
8.一种用于茜素红废水处理的特种陶瓷膜分离集成装置，包括荷电改性陶瓷膜分离装置和催化反应陶瓷膜分离装置；
9.荷电改性陶瓷膜分离装置包括废水循环罐、废水循环泵、预过滤器和荷电改性陶瓷纳滤膜组件；废水循环泵的进口接废水循环罐的出口，废水循环泵的出口、预过滤器和荷电改性陶瓷纳滤膜组件依次连接，而荷电改性陶瓷纳滤膜组件的浓液出口连接废水循环罐
入口、形成循环；荷电改性陶瓷纳滤膜组件的浓液出口设有浓液排出阀，荷电改性陶瓷纳滤膜组件的滤液出口设有滤液阀；
10.催化反应陶瓷膜分离装置包括滤液罐、催化陶瓷膜循环泵、催化功能陶瓷膜组件和臭氧发生装置；荷电改性陶瓷纳滤膜组件的滤液出口与滤液罐进口连通；催化陶瓷膜循环泵进口与滤液罐出口连通，催化陶瓷膜循环泵出口与催化功能陶瓷膜组件进口连通，催化功能陶瓷膜浓液回流管则回到滤液罐、构成循环；催化功能陶瓷膜组件渗透侧上出口设有滤液排出阀，催化功能陶瓷膜组件渗透侧下出口接臭氧发生装置。
11.上述荷电改性陶瓷纳滤膜组件的浓液出口设有浓液排出阀，达到一定的浓缩倍数后将浓液排出；在荷电改性陶瓷纳滤膜下游设催化反应陶瓷膜装置，可彻底处理陶瓷纳滤膜滤液中的残余茜素红色素。
12.利用上述装置处理茜素红废水的方法为：将废水循环罐内茜素红废水的ph调节为碱性；废水循环罐内废水用废水循环泵经预过滤器输送到荷电改性陶瓷纳滤膜组件中进行循环过滤，滤液进入到滤液罐中，浓液回流液则回流到废水循环罐中继续过滤，当滤液中茜素红浓度达到10mg/l以下，打开浓液排放阀，回收浓液c中的茜素红色素；将荷电改性陶瓷纳滤膜组件的滤液用催化陶瓷膜循环泵打入到催化陶瓷膜组件中，关闭催化陶瓷膜组件的渗透侧上出口，让滤液在催化陶瓷膜组件的浓缩侧循环，催化陶瓷膜浓缩液全部回到滤液罐中，同时通过催化陶瓷膜组件的渗透侧下出口加入臭氧进行氧化，至茜素红的浓度降至0.5mg/l以下，打开催化陶瓷膜渗透侧上出口关闭着的阀门，排出处理好的达标废水即催化功能陶瓷膜组件滤液。
13.为了便于ph的调节，荷电改性陶瓷膜分离装置还包括氢氧化钠溶液加药箱和氢氧化钠溶液加药泵，氢氧化钠溶液加药泵的进口与氢氧化钠溶液加药箱出口连通，氢氧化钠溶液加药泵的出口与废水循环罐的进口连通。
14.为了提高茜素红的回收率，荷电改性陶瓷膜组件中装有改性的陶瓷纳滤膜元件，改性的陶瓷纳滤膜元件的孔径为1～5nm，孔隙率为30～50％，改性的陶瓷纳滤膜元件由改性剂对陶瓷纳滤膜元件改性制得，陶瓷纳滤膜元件的材质为氧化铝、氧化锆、氧化钛或碳化硅等，改性剂为带有负电荷基团的羧酸或其衍生物，如丙二酸，富马酸、磺基丙氨酸或对羟基苯甲酸等，改性方法是将陶瓷纳滤膜元件在质量浓度为5～10％的羧酸或羧酸衍生物中，充分浸泡(12～18h)，然后在室温下自然晾干，即完成改性，得到荷电改性陶瓷膜纳滤膜。
15.优选，预过滤器的过滤精度为20～40目。
16.为了便于ph的检测，废水循环罐上装有ph值测试仪。ph值测试仪的安装参照现有技术。
17.为了提高水处理效果，催化功能陶瓷膜组件中装有催化功能的陶瓷膜，催化功能的陶瓷膜的材质为氧化铝、氧化锆、氧化钛或碳化硅等，催化功能陶瓷膜的孔隙率为37～50％，催化功能陶瓷膜上负载有氧化铁或氧化锰催化剂，负载量(质量)占膜层质量的2～5％。
18.本实用新型未提及的技术均参照现有技术。
19.本实用新型将荷电改性陶瓷膜分离装置、催化反应陶瓷膜分离装置以及臭氧氧化装置集成到一起处理茜素红废水，既回收了绝大部分的有价值的茜素红色素，增加了效益，降低了成本，又彻底降解了茜素红废水，避免了有毒染料废水对环境的伤害。更为突出的是
根据被处理废水的特点，使用具有特殊功能的陶瓷膜装置进行处理，处理效果可靠、稳定、效率高，且装置紧凑、占地面积小，与现有的吸附、生化、高级氧化工艺相比具有明显的先进性：
20.1、回收了绝大部分的茜素红色素。荷电改性陶瓷膜分离装置的高浓缩倍数的回收过滤，将废水中绝大部分的茜素红色素回收再用，既增加了经济效益，又降低了处理成本，具有很好的经济环保意义。
21.2、彻底处理了茜素红色素废水。在回收了绝大部分茜素红色素后，将改性陶瓷纳滤膜的滤液中残余色素采用负载有铁、锰催化剂的陶瓷膜，在臭氧的作用下进行催化氧化反应降解，彻底消除了残余色素对环境的污染。尤其装置中通过催化功能陶瓷膜组件渗透侧下出口连接臭氧发生器，使得臭氧通过陶瓷膜这个多孔曝气头更均匀地分散在色素废水中，大大地提高了茜素红废水处理的效果，提高了效率。
22.3、工艺简单、处理效率高、效果好，运行稳定、占地面积小。与传统的吸附、生化、高级氧化工艺装置相比，本装置将两个陶瓷膜装置集成，既保证了处理效果和效率，又使得处理装置小而精。易自动化操作，易工业化放大。
附图说明
23.图1为本实用新型用于茜素红废水处理的特种陶瓷膜分离集成装置示意图；
24.图2为本实用新型装置处理不同浓度茜素红废水的效果图；
25.图1中，1为废水循环罐，2为废水循环泵，3为预过滤器，4为荷电改性陶瓷膜组件，5为滤液罐，6为催化陶瓷膜循环泵，7为催化功能陶瓷膜组件，71为催化功能陶瓷膜组件渗透侧上出口，72为催化功能陶瓷膜组件渗透侧下出口，8为氢氧化钠溶液加药泵，9为氢氧化钠溶液加药箱，10为臭氧发生装置，11为荷电改性陶瓷膜组件浓液排出阀；12为荷电改性陶瓷膜组件滤液阀，13为催化陶瓷膜组件渗透侧滤液排出阀。
26.a为茜素红废水，b为氢氧化钠溶液，c为荷电改性陶瓷膜浓缩排放液，d为荷电改性陶瓷膜浓缩回流液，e为荷电改性陶瓷膜滤液，f为臭氧，g为催化陶瓷膜浓缩回流液，h为催化陶瓷膜滤液。
具体实施方式
27.为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
28.本技术“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。
29.实施例1
30.如图1所示，一种用于茜素红废水处理的特种陶瓷膜分离集成装置，包括荷电改性陶瓷膜分离装置和催化反应陶瓷膜分离装置；
31.荷电改性陶瓷膜分离装置包括废水循环罐1、废水循环泵2、预过滤器3和荷电改性
陶瓷纳滤膜组件4；废水循环泵2的进口接废水循环罐1的出口，废水循环泵2的出口、预过滤器3和荷电改性陶瓷纳滤膜组4件依次连接，而荷电改性陶瓷纳滤膜组件4的浓液出口连接废水循环罐入口、形成循环；荷电改性陶瓷纳滤膜组件4的浓液出口设有浓液排出阀11，荷电改性陶瓷纳滤膜组件的滤液出口设有滤液阀12；
32.催化反应陶瓷膜分离装置包括滤液罐5、催化陶瓷膜循环泵6、催化功能陶瓷膜组件7和臭氧发生装置10；荷电改性陶瓷纳滤膜组件4的滤液出口与滤液罐5进口连通；催化陶瓷膜循环泵6进口与滤液罐5出口连通，催化陶瓷膜循环泵6出口与催化功能陶瓷膜组件7进口连通，催化功能陶瓷膜浓液回流管则回到滤液罐构成催化反应陶瓷膜装置内循环；催化功能陶瓷膜组件7渗透侧上出口设有滤液排出阀13，催化功能陶瓷膜组件渗透侧下出口接臭氧发生装置10。
33.实施例2
34.在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：为了便于ph的调节，荷电改性陶瓷膜分离装置还包括氢氧化钠溶液加药箱9和氢氧化钠溶液加药泵8，氢氧化钠溶液加药泵8的进口与氢氧化钠溶液加药箱9出口连通，氢氧化钠溶液加药8泵的出口与废水循环罐1的进口连通。
35.实施例3
36.在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：为了便于ph的检测，废水循环罐上装有ph值测试仪。ph值测试仪的安装参照现有技术。
37.荷电改性陶瓷膜组件中装有改性的陶瓷纳滤膜元件，改性的陶瓷纳滤膜元件的孔径为3nm，孔隙率为38％，改性的陶瓷纳滤膜元件的材质为氧化铝，将陶瓷纳滤膜在质量浓度为8％的丙二酸水溶液中，浸泡16h，然后在室温下自然晾干，完成改性。催化功能陶瓷膜组件中装有催化功能的陶瓷膜，催化功能的陶瓷膜的材质为氧化铝，催化功能陶瓷膜的孔隙率为40％，催化功能陶瓷膜上负载有氧化锰催化剂，负载量(质量)占膜层质量的3％。
38.利用上述装置处理茜素红废水(浓度200mg/l)的方法为：通过氢氧化钠溶液加药泵将氢氧化钠溶液加药箱中的氢氧化钠溶液b加入废水循环罐内，调节茜素红废水a的ph为12；废水循环罐内废水用废水循环泵经预过滤器(精度为30目)输送到荷电改性陶瓷纳滤膜组件中进行循环过滤，滤液进入到滤液罐中，浓缩回流液d则回流到废水循环罐中继续过滤，当滤液中茜素红浓度达到8mg/l以下，打开浓液排放阀，回收浓液c中的茜素红色素；将荷电改性陶瓷纳滤膜组件的滤液e用催化陶瓷膜循环泵打入到催化陶瓷膜组件中，关闭催化陶瓷膜组件的渗透侧上出口，让催化陶瓷膜浓缩回流液g在催化陶瓷膜组件的浓缩侧循环，催化陶瓷膜浓缩液全部回到滤液罐中，同时通过催化陶瓷膜组件的渗透侧下出口加入f臭氧进行氧化，至茜素红的浓度降至0.5mg/l以下，打开催化陶瓷膜渗透侧上出口关闭着的阀门，排出处理好的达标废水即催化功能陶瓷膜组件滤液h，上述方法茜素红的回收率大于99.5％。
39.采用上述方法，对不同浓度的茜素红废水进行处理。结果见图2：由图2可以看出：对于不同浓度的茜素红废水，经过荷电陶瓷纳滤膜过滤后，滤液中的茜素红浓度都小于8mg/l，而残余滤液再经过催化陶瓷膜处理后，催化陶瓷膜滤液出水完全达到0.5mg/l以下，没有任何色度。