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(duì)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(duì)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(huì)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集團(tuán)，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(duì)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(duì)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(huì)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(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對(duì)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(duì)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集團(tuán)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。