本發(fā)明屬于污水處理設(shè)備制造領(lǐng)域，具體涉及一種醬油廢水脫色改性填料反應(yīng)器，針對醬油企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的醬油廢水色度構(gòu)成物質(zhì)極其復(fù)雜，難以去除的問題，進(jìn)行材料研發(fā)和設(shè)備設(shè)計(jì)。設(shè)備包括設(shè)備外殼1、進(jìn)水口2、導(dǎo)流渠3、進(jìn)水配水器4、改性填料5、改性填料支撐層6、出水渠7、出水口8、陽極9、陰極10、電線11和直流外電源12;其中，改性填料5由改性碳粉溶液、改性苯胺材料和改性碳纖維制備而成。本發(fā)明能夠顯著降低醬油廢水的色度，具有處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

　　權(quán)利要求書

　　1.本發(fā)明特別涉及一種醬油廢水脫色改性填料反應(yīng)器，其特征在于：該反應(yīng)器包括設(shè)備外殼1、進(jìn)水口2、導(dǎo)流渠3、進(jìn)水配水器4、改性填料5、改性填料支撐層6、出水渠7、出水口8、陽極9、陰極10、電線11、直流外電源12，所述的設(shè)備外殼1下端設(shè)置進(jìn)水口2，所述進(jìn)水口2與所述導(dǎo)流渠3相連，所述導(dǎo)流渠3與所述進(jìn)水配水器4相連，所述進(jìn)水配水器4、所述改性填料5、所述改性填料支撐層6、所述出水渠7均在所述設(shè)備外殼1內(nèi)，其中，所述進(jìn)水配水器在所述改性填料5上部，所述改性填料5在所述改性填料支撐層6上部，所述改性填料支撐層6在所述出水渠7上部，所述的出水渠7與所述的出水口8相連;所述的陽極9和陰極10均放置在所述的設(shè)備外殼1內(nèi);所述的陽極9為鈦基鍍鉑陽極，所述的陽極9和陰極10之間填充改性填料5，所述的陽極9與所述的直流外電源12的正極通過所述電線11相連，所述的陰極10與所述的直流外電源12的負(fù)極通過所述電線11相連。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種醬油廢水脫色改性填料反應(yīng)器，其特征在于：所述設(shè)備外殼1為立方體，材料采用不銹鋼、玻璃鋼、碳鋼防腐或鋼襯塑料;所述進(jìn)水口2設(shè)計(jì)流速為1.0—1.1m/s;所述導(dǎo)流渠3設(shè)計(jì)流速為0.3—0.5m/s;所述出水口8和所述進(jìn)水口1的管中心在同一水平面上;所述進(jìn)水配水器4開孔率為20—25%，孔徑隨著水流方向逐漸增大，過孔流速在0.8—1m/s范圍內(nèi);所述改性填料5為電化學(xué)改性填料，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為20—40min，設(shè)計(jì)比電容為300—400F/mm2;所述改性填料支撐層6為金屬/塑料網(wǎng)格;所述出水渠7設(shè)計(jì)流速為0.6—0.8m/s;所述出水口8設(shè)計(jì)流速為0.8—1.0m/s;所述的陽極9為鈦基鍍鉑陽極;所述的陰極10為鈦板陰極;所述外接直流電源12電壓為220V;所述電線11電流密度為3A/mm2。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種醬油廢水脫色改性填料反應(yīng)器，其特征在于：所述改性填料5由改性碳粉溶液、改性苯胺材料和改性碳纖維制備而成，具體制備方法如下：

　　(1)改性碳粉材料制備：選用含碳量在90%以上的無煙煤，將無煙煤進(jìn)行破碎，得到粒度<0.5mm的煤粒;將煤粒進(jìn)行球磨0.5h，得到粒度<40μm的煤粉;將煤粉放入容器中，按煤粉質(zhì)量(g)與酸溶液體積比(L)為1:10添加酸溶液，酸溶液的體積(L)比組成為蒸餾水：鹽酸：氫氟酸為5:3:2，不斷攪拌，浸泡攪拌時(shí)間為0.5h，取出后采用蒸餾水洗滌;然后將煤粉在90℃的干燥箱中干燥12h;干燥后，按照煤粉質(zhì)量(g)與硼酸體積(L)比1:1將兩者混合，攪拌1h后放入石墨磁舟后放入電爐，以10℃/min的速率從100℃升至700℃，保持2h，然后以10℃/min的速率從700℃升至1500℃，保持3h，以氬氣為保護(hù)氣自然降溫待用;

　　(2)改性碳粉溶液制備：將步驟1中制備的改性碳粉材料和硝酸鈉按照1:1的質(zhì)量(g)比混合，緩慢加入濃硫酸中，濃硫酸的體積(L)與改性碳粉材料質(zhì)量(g)比為30:1，將承裝混合物的容器置于冰水浴中，連續(xù)攪拌30min，然后加入高錳酸鉀，高錳酸鉀的質(zhì)量(g)與改性碳粉材料質(zhì)量(g)比為5:1，然后將承裝混合物的容器置于恒溫水浴中，恒溫水浴水溫為15—18℃，持續(xù)攪拌反應(yīng)1h后，將恒溫水浴溫度調(diào)整為34—36℃，持續(xù)攪拌反應(yīng)2h，然后將承裝混合物的容器置于恒溫水浴中，恒溫水浴水溫為98—100℃，加入去離子水，去離子水的體積比(L)與改性碳粉材料的體積(L)比為60:1，持續(xù)攪拌反應(yīng)15min后，滴入雙氧水，雙氧水的體積濃度為30%，體積(L)比與改性碳粉材料的體積(L)比為4:1，持續(xù)攪拌反應(yīng)15min，添加稀鹽酸，直至溶液呈中性;將上述的混合也超聲處理5—6h，得到改性碳粉溶液待用;

　　(3)改性苯胺材料制備：將苯胺蒸餾處理后，加入1mol/L的鹽酸，配成濃度為0.05mol/L的苯胺溶液，超聲20min后置于冰水浴中，持續(xù)攪拌30min，然后加入過硫酸銨溶液，加入的過硫酸銨與苯胺摩爾(mol)比為1:1，持續(xù)攪拌7h，將混合液過濾，取固體物，用無水乙醇和蒸餾水反復(fù)洗滌后，冷凍干燥待用;

　　(4)碳纖維材料制備：取碳纖維材料，破碎成粒度小于2mm的碳纖維顆粒，將碳纖維顆粒放入容器中，按碳纖維顆粒質(zhì)量(g)與酸溶液體積(L)比為1:10添加酸溶液，酸溶液的體積(L)比組成為蒸餾水：鹽酸：氫氟酸為5:3:2，不斷攪拌，浸泡攪拌時(shí)間為0.5h，取出后采用蒸餾水洗滌;然后將碳纖維顆粒在90℃的干燥箱中干燥12h待用;

　　(5)改性填料制備：將步驟3制備的改性苯胺材料、步驟4制備的碳纖維材料和步驟2制備的改性碳粉溶液混合，三者的比例為質(zhì)量(g):質(zhì)量(g):體積(L)比=(4-6):(1-2):1，持續(xù)攪拌15min;然后將混合液超聲2h;然后將混合物置于聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓水熱釜中，調(diào)至180℃，反應(yīng)5—6h后取出冷凍干燥待用;

　　(6)改性填料成型：以鈦網(wǎng)為電極集流體，以不銹鋼條為引線，將步驟5制備的改性填料壓制成一定尺寸的成型填料。

　　說明書

　　一種醬油廢水脫色改性填料反應(yīng)器

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于污水處理設(shè)備制造領(lǐng)域，具體涉及一種醬油廢水脫色改性填料反應(yīng)器，針對醬油企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的醬油廢水色度構(gòu)成物質(zhì)極其復(fù)雜，難以去除的問題，進(jìn)行材料研發(fā)和設(shè)備設(shè)計(jì)。

　　背景技術(shù)

　　醬油作為人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫恼{(diào)味品之一，在滿足人們飲食需要的同時(shí)，其生產(chǎn)過程也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。研究表明，生產(chǎn)1t醬油需要消耗7～10t的水，將帶來約6～9t的廢水。廢水中的主要成分包括糧食殘留物、發(fā)酵過程產(chǎn)物、微量洗滌劑、消毒劑、大量的鹽分、各種微生物及微生物的分泌物和代謝產(chǎn)物，呈現(xiàn)較高的BOD、COD和色度。天然釀造的醬油多以大豆、面粉、麩皮等糧食為原料，廢水的BOD/COD大于0.5，易于生物降解。但色度構(gòu)成物質(zhì)極其復(fù)雜，生成醬油天然色素的酶褐變、非酶褐變反應(yīng)的各種產(chǎn)物、中間產(chǎn)物以及人工著色劑焦糖色都會隨著生產(chǎn)過程中各個(gè)工序的清洗水排出。它們都具有由2個(gè)或2個(gè)以上生色基共軛生成的生色，使有機(jī)物分子在可見光區(qū)域具有吸收峰，從而使廢水具有色度。

　　對于醬油廢水色度的去除目前主要有物化法和生物法。

　　(1)物化法

　　物化法主要有氣浮法、活性炭吸附法和混凝沉淀法。

　　氣浮法存在的問題是，首先，氣浮法的原理是在水中產(chǎn)生大量細(xì)微氣泡，細(xì)微氣泡與廢水中小懸浮粒子相黏附，形成整體密度小于水的“氣泡顆粒”復(fù)合體，懸浮粒子隨氣泡一起浮升到水面，形成泡沫浮渣，從而使水中懸浮物得以去除。而醬油廢水的色度主要由復(fù)雜的有機(jī)物形成，因此氣浮去除的效果并不理想，并且由于醬油廢水色度污染物的特殊結(jié)構(gòu)，在氣浮工藝充氧過程中，廢水中的色度還有加深的趨勢，增加了后續(xù)工藝處理的難度;

　　活性炭吸附法的原理是利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，活性炭可用于制藥廢水、印染廢水的有效脫色，但是由于醬油廢水生色基團(tuán)不同于前兩種廢水，已經(jīng)有研究證明活性炭吸附并不能有效去除醬油廢水中的色度;

　　混凝沉淀法是目前醬油廢水中比較常用的物化法，其一般不單獨(dú)使用而與生物法等其它工藝聯(lián)用，但混凝沉淀法去除醬油廢水中的色度時(shí)也存在兩個(gè)問題：其一是，如果選用鐵鹽類混凝劑，鐵鹽可促進(jìn)醬油的酶褐變，鐵離子也可與某些降解的中間物質(zhì)生成有色鐵鹽，導(dǎo)致色度去除效果變差;其二是，物化反應(yīng)投藥量特別大，例如某生物法和混凝法聯(lián)用處理醬油廢水工藝，其選用以氯化鈣為混凝劑時(shí)，氯化鈣的投加量達(dá)到1.3g/L時(shí)，出水色度才到40倍，以每公斤氯化鈣1.70元計(jì)算，每日每噸廢水處理運(yùn)行成本增加了約2.21元。

　　(2)生物法

　　醬油廢水的BOD/COD大于0.5，可生化性好，適宜用生物法處理，但是生物法去除醬油廢水色度也存在兩個(gè)問題。其一是，構(gòu)成醬油廢水色度的物質(zhì)成分及其生成色度的反應(yīng)途徑都十分復(fù)雜，色度構(gòu)成物質(zhì)及其它成分降解的中間產(chǎn)物會在好氧條件下，通過各種褐變反應(yīng)途徑導(dǎo)致色度的增加，因此在生化反應(yīng)中伴隨著COD的降低，色度卻逐漸升高。其二是，隨著有機(jī)物的進(jìn)一步降低，各種色度構(gòu)成物質(zhì)減少，COD和色度開始同步下降，但由于殘留的色度物質(zhì)的抗生化性較強(qiáng)，不易降解，剩余COD和色度都不能通過好氧氧化而達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對上述問題，本發(fā)明特別涉及一種醬油廢水脫色改性填料反應(yīng)器，針對醬油企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的醬油廢水色度構(gòu)成物質(zhì)極其復(fù)雜，難以去除的問題，進(jìn)行材料開發(fā)與設(shè)備設(shè)計(jì)，以達(dá)到去除醬油廢水中色度的目的。

　　一種用于去除醬油廢水色度的改性填料配套設(shè)備，其特征在于，該反應(yīng)器包括設(shè)備外殼1、進(jìn)水口2、導(dǎo)流渠3、進(jìn)水配水器4、改性填料5、改性填料支撐層6、出水渠7、出水口8、陽極9、陰極10、電線11、直流外電源12，所述的設(shè)備外殼1下端設(shè)置進(jìn)水口2，所述進(jìn)水口2與所述導(dǎo)流渠3相連，所述導(dǎo)流渠3與所述進(jìn)水配水器4相連，所述進(jìn)水配水器4、所述改性填料5、所述改性填料支撐層6、所述出水渠7均在所述設(shè)備外殼1內(nèi)，其中，所述進(jìn)水配水器在所述改性填料5上部，所述改性填料5在所述改性填料支撐層6上部，所述改性填料支撐層6在所述出水渠7上部，所述的出水渠7與所述的出水口8相連;所述的陽極9和陰極10均放置在所述的設(shè)備外殼1內(nèi);所述的陽極9為鈦基鍍鉑陽極，所述的陽極9和陰極10之間填充改性填料5，所述的陽極9與所述的直流外電源12的正極通過所述電線11相連，所述的陰極10與所述的直流外電源12的負(fù)極通過所述電線11相連。

　　進(jìn)一步地，所述設(shè)備外殼1為立方體，材料采用不銹鋼、玻璃鋼、碳鋼防腐或鋼襯塑料;

　　進(jìn)一步地，所述進(jìn)水口2設(shè)計(jì)流速為1.0—1.1m/s;

　　進(jìn)一步地，所述導(dǎo)流渠3設(shè)計(jì)流速為0.3—0.5m/s;

　　進(jìn)一步地，所述出水口8和所述進(jìn)水口1的管中心在同一水平面上;

　　進(jìn)一步地，所述進(jìn)水配水器4開孔率為20—25%，孔徑隨著水流方向逐漸增大，過孔流速在0.8—1m/s范圍內(nèi);

　　進(jìn)一步地，所述改性填料5為電化學(xué)改性填料，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為20—40min，設(shè)計(jì)比電容為300—400F/mm2;

　　進(jìn)一步地，所述改性填料支撐層6為金屬/塑料網(wǎng)格;

　　進(jìn)一步地，所述出水渠7設(shè)計(jì)流速為0.6—0.8m/s;

　　進(jìn)一步地，所述出水口8設(shè)計(jì)流速為0.8—1.0m/s;

　　進(jìn)一步地，所述的陽極9為鈦基鍍鉑陽極;

　　進(jìn)一步地，所述的陰極10為鈦板陰極;

　　進(jìn)一步地，所述外接直流電源12電壓為220V;

　　進(jìn)一步地，所述電線11電流密度為3A/mm2。

　　進(jìn)一步地，所述改性填料5由改性碳粉溶液、改性苯胺材料和改性碳纖維制備而成，具體制備方法如下：

　　1.改性碳粉材料制備：選用含碳量在90%以上的無煙煤，將無煙煤進(jìn)行破碎，得到粒度<0.5mm的煤粒;將煤粒進(jìn)行球磨0.5h，得到粒度<40μm的煤粉;將煤粉放入容器中，按煤粉質(zhì)量(g)與酸溶液體積比(L)為1:10添加酸溶液，酸溶液的體積(L)比組成為蒸餾水：鹽酸：氫氟酸為5:3:2，不斷攪拌，浸泡攪拌時(shí)間為0.5h，取出后采用蒸餾水洗滌;然后將煤粉在90℃的干燥箱中干燥12h;干燥后，按照煤粉質(zhì)量(g)與硼酸體積(L)比1:1將兩者混合，攪拌1h后放入石墨磁舟后放入電爐，以10℃/min的速率從100℃升至700℃，保持2h，然后以10℃/min的速率從700℃升至1500℃，保持3h，以氬氣為保護(hù)氣自然降溫待用;

　　2.改性碳粉溶液制備：將步驟1中制備的改性碳粉材料和硝酸鈉按照1:1的質(zhì)量(g)比混合，緩慢加入濃硫酸中，濃硫酸的體積(L)與改性碳粉材料質(zhì)量(g)比為30:1，將承裝混合物的容器置于冰水浴中，連續(xù)攪拌30min，然后加入高錳酸鉀，高錳酸鉀的質(zhì)量(g)與改性碳粉材料質(zhì)量(g)比為5:1，然后將承裝混合物的容器置于恒溫水浴中，恒溫水浴水溫為15—18℃，持續(xù)攪拌反應(yīng)1h后，將恒溫水浴溫度調(diào)整為34—36℃，持續(xù)攪拌反應(yīng)2h，然后將承裝混合物的容器置于恒溫水浴中，恒溫水浴水溫為98—100℃，加入去離子水，去離子水的體積比(L)與改性碳粉材料的體積(L)比為60:1，持續(xù)攪拌反應(yīng)15min后，滴入雙氧水，雙氧水的體積濃度為30%，體積(L)比與改性碳粉材料的體積(L)比為4:1，持續(xù)攪拌反應(yīng)15min，添加稀鹽酸，直至溶液呈中性;將上述的混合也超聲處理5—6h，得到改性碳粉溶液待用;

　　3.改性苯胺材料制備：將苯胺蒸餾處理后，加入1mol/L的鹽酸，配成濃度為0.05mol/L的苯胺溶液，超聲20min后置于冰水浴中，持續(xù)攪拌30min，然后加入過硫酸銨溶液，加入的過硫酸銨與苯胺摩爾(mol)比為1:1，持續(xù)攪拌7h，將混合液過濾，取固體物，用無水乙醇和蒸餾水反復(fù)洗滌后，冷凍干燥待用;

　　4.碳纖維材料制備：取碳纖維材料，破碎成粒度小于2mm的碳纖維顆粒，將碳纖維顆粒放入容器中，按碳纖維顆粒質(zhì)量(g)與酸溶液體積(L)比為1:10添加酸溶液，酸溶液的體積(L)比組成為蒸餾水：鹽酸：氫氟酸為5:3:2，不斷攪拌，浸泡攪拌時(shí)間為0.5h，取出后采用蒸餾水洗滌;然后將碳纖維顆粒在90℃的干燥箱中干燥12h待用;

　　5.改性填料制備：將步驟3制備的改性苯胺材料、步驟4制備的碳纖維材料和步驟2制備的改性碳粉溶液混合，三者的比例為質(zhì)量(g):質(zhì)量(g):體積(L)比=(4-6):(1-2):1，持續(xù)攪拌15min;然后將混合液超聲2h;然后將混合物置于聚四氟乙烯內(nèi)襯高壓水熱釜中，調(diào)至180℃，反應(yīng)5—6h后取出冷凍干燥待用;

　　6.改性填料成型：以鈦網(wǎng)為電極集流體，以不銹鋼條為引線，將步驟5制備的改性填料壓制成一定尺寸的成型填料。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

　　1、本發(fā)明具有設(shè)備靈活性強(qiáng)，一體化程度高的特點(diǎn)，適于各類醬油廢水工藝，可以單獨(dú)使用，也可以通過管道連接直接放置在原有處理系統(tǒng)中，放置在生化段前可以降低生化處理的負(fù)擔(dān)，放置在廢水系統(tǒng)總排放口前可以保證出水色度達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn);

　　2、制備的改性填料具有優(yōu)良的性能，通過特定的功能將醬油廢水中的2個(gè)或2個(gè)以上生色基共軛生成的生色直接氧化成低鏈或無機(jī)化合物，顯著降低醬油廢水的色度，處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低。