[发明专利]一种水力空化催化降解系统及水力空化催化降解染料废水的方法

说明书

本发明公开了一种水力空化催化降解系统及水力空化催化降解染料废水的方法。采用的技术方案是：利用水力空化催化降解系统，于含有染料的废水中加入催化剂，所得混合液通过主循环管道进行循环，以水力空化效应产生的光和热作为激发源，进行水力空化催化降解反应。本发明方法简单新颖，高效彻底，处理成本低，没有副产物生成，不会造成环境污染，适用于大规模处理染料废水。

技术领域

本发明属于水力空化应用领域，具体地涉及以Fe³⁺-doped TiO₂作为催化剂，使其在水力空化条件下，催化降解有机染料废水的方法。

背景技术

有机染料是一种重要的人工合成的有机化合物，作为染色剂，在食品、纺织、塑料、化妆品等领域有着广泛的应用。但同时，工业废水中残留的染料进入环境中，也成为主要的污染物之一。排放到自然界中的染料废水可以阻碍光的穿透和氧的转移，因此它阻碍了水生植物的光合作用从而影响水生生物的生长。并最终干扰自然环境净化过程。此外，由于染料废水的不可生物降解性和毒性，它们对生物造成的危害是长期的和连续的。现有降解有机染料废水的方法主要有物理吸附法、生化法以及光催化氧化法等，但是，这些方法都存在一些问题，如物理吸附法是利用物理方式对染料废水进行吸附，并没有真正的破坏染料分子，仍然会对环境造成二次污染；而生化法处理染料废水主要依靠微生物，其对营养物质、酸碱值以及温度等要求严格，不好控制；此外，光催化氧化法需要找到合适的光催化剂，这种方法还处于不断完善与优化中，需要进一步升级，不断提高染料废水的处理率。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

为了解决大量的染料废水不能完全高效快速彻底处理的难题，本发明提供一种水力空化催化降解系统及水力空化催化降解染料废水的方法。本发明的水力空化催化降解染料废水的方法简单新颖，操作方便，处理成本低，且没有副产物生成，不会造成二次污染，并可以处理大量的染料废水。

本发明采用的技术方案是：一种水力空化催化降解系统，设有用于承装含有染料的废水和催化剂的降解池，降解池外设有冷却腔，冷却腔的下端设有进水口，上端设有出水口，主循环管道的起始端设在降解池的底部并与降解池内腔联通，主循环管道的终端设在降解池的上端，主循环管道的终端置于含有染料的废水和催化剂的液面下，主循环管道上依次设有循环泵、节流阀Ⅰ、压力表Ⅰ、文丘里管、流量计和压力表Ⅱ，设有测温装置。

优选的，所述水力空化催化降解系统设有副循环管道，所述副循环管道的起始端设在循环泵和节流阀Ⅰ之间的管道上，副循环管道的终端设在降解池的上端，且副循环管道的终端置于含有染料的废水和催化剂的液面下，副循环管道上设有节流阀Ⅱ。

优选的，所述水力空化催化降解系统设有副循环管道，所述文丘里管的喉部为正方形；文丘里管扩散段锥角为4°～8°的锥管。

一种水力空化催化降解染料废水的方法，利用上述的水力空化催化降解系统，包括如下步骤：于降解池中加入含有染料的废水和催化剂，所得混合液通过主循环管道进行循环，以水力空化效应产生的光和热作为激发源，进行水力空化催化降解反应。

优选的，调节染料的初始浓度为5.0～15mg/L，含有染料的废水的pH为中性，催化剂的加入量为0.5～1.5g/L，控制降解池的温度为30～50℃，文丘里管入口压力为1.0～5.0bar，循环时间为30～150min。

优选的，所述催化剂是TiO₂粉末或Fe³⁺-doped TiO₂。

优选的，所述TiO₂粉末的制备方法是：将Ti(OBu)₄溶解于乙醇中，搅拌2.0～6.0h获得黄色透明的TiO₂溶胶，于室温下放置12～24h后得到凝胶，将凝胶在100℃下干燥24h后，置于400～700℃的马弗炉中煅烧3.0～5.0h，研磨，得粒径为300～400nm的TiO₂粉末。