申請日2010.07.27

　　公開(公告)日2011.01.05

　　IPC分類號C02F1/72; C02F1/30

　　摘要

　　本發(fā)明提供了一種微波氧化廢水處理系統(tǒng)及廢水處理方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的水處理效率偏低、常壓下的微波氧化易使水體汽化蒸發(fā)造成能量浪費的問題。技術(shù)方案是：一種微波氧化廢水處理系統(tǒng)，包括微波發(fā)生器、微波催化氧化裝置、加壓泵、加藥裝置、汽水分離器。同時還提供了采用上述系統(tǒng)的廢水處理方法。本發(fā)明在相對高溫高壓條件下進(jìn)行處理，提高了處理效率，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，自動化程度高，操作簡便。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種微波氧化廢水處理系統(tǒng)，包括可調(diào)微波發(fā)生器、微波催化氧化裝置，其特征在于：還包括加壓泵、加藥裝置、汽水分離器，廢水經(jīng)加壓泵加壓后進(jìn)入微波催化氧化裝置，然后進(jìn)入汽水分離器內(nèi)冷卻后排出。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波氧化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述微波催化氧化裝置內(nèi)設(shè)有密閉的管道，所述管道由PVC管構(gòu)成。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波氧化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述PVC管內(nèi)裝有鈦、鐵、錳三元催化劑。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波氧化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述PVC管設(shè)有13根，在所述微波催化氧化裝置內(nèi)均勻間隔環(huán)狀排列。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的微波氧化廢水處理系統(tǒng)，其特征在于：所述汽水分離器上部設(shè)有排氣閥。

　　6.一種微波氧化廢水處理方法，其特征在于包括如下步驟：

　　(1)待處理廢水與氧化劑混合后進(jìn)入加壓泵進(jìn)行加壓;加壓到4-16Kg/cm2;

　　(2)被加壓后的廢水進(jìn)入微波氧化裝置，微波發(fā)生器發(fā)出微波輻照PVC管，廢水在微波和催化劑的作用下迅速降解其中有機污染物，廢水在PVC管內(nèi)停留30-120S，反應(yīng)溫度110-200℃，反應(yīng)壓力0.3-1.6MPa，微波反應(yīng)器功率200-1000W，完成催化氧化反應(yīng);

　　(3)廢水自微波催化氧化裝置進(jìn)入汽水分離器，在汽水分離器內(nèi)冷卻，同時壓力降低;

　　(4)當(dāng)壓力降到常壓時，廢水中的低沸點有機物迅速揮發(fā)通過排氣閥排出。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理方法，其特征在于：所述氧化劑為氧氣或空氣。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理方法，其特征在于：所述廢水為高濃度生物法難降解有毒有害有機廢水，其COD值為3000-200000mg/L。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理方法，其特征在于：經(jīng)過所述廢水處理方法處理后的廢水COD去除率為60-75%。

　　說明書

　　微波氧化廢水處理系統(tǒng)及廢水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體來說，設(shè)計一種微波氧化廢水處理系統(tǒng)及廢水處理方法，所述系統(tǒng)用于處理高濃度、生物法難降解有機廢水。

　　背景技術(shù)

　　高濃度難降解有機廢水是指難降解、可生化性差，其BOD5/COD值很小，通常小于0.2，而COD高或色度高的有機廢水。水量不是很大，但污染負(fù)荷很大，采用傳統(tǒng)的生物法難以達(dá)到預(yù)期的降解效果。其主要來源是造紙、染料、制藥、煉油、有機合成、農(nóng)藥生產(chǎn)等行業(yè)生產(chǎn)廢水。這類廢水一旦進(jìn)入到環(huán)境系統(tǒng)中會造成及其嚴(yán)重的后果，往往引起環(huán)境系統(tǒng)的不可逆損害。

　　已有的催化濕式氧化法通常是在高溫(200-350℃)、高壓(2-20MPa)下，以CIO2作為氧化劑，在催化劑作用下，氧化去除水中有機物，最終達(dá)到礦化的目的。在國外這種技術(shù)發(fā)展較快，20世紀(jì)70年代開始，日本相繼成立了濕式催化裝置處理各種有機廢水，如日本三菱石油化學(xué)公司處理乙烯生產(chǎn)廢水洗滌液，其操作條件：200℃，3.45MPa，停留60分鐘，處理量為120m3/d，進(jìn)水COD為7.5-15g/L，COD去除率為67%-80%;日本川崎朝日化學(xué)公司處理丙烯氰生產(chǎn)廢水，其操作條件：250℃.7MPa，停留90分鐘，處理量790m3/d，進(jìn)水COD為37-46g/L，出水COD為14.8-16.1g/L，COD去除率為60%-65%.從80年代到90年代有較多的研究報道，目前該技術(shù)仍在研究深化中。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的杜鴻章等與冶金部鞍山焦化耐火材料設(shè)計研究院的尹承龍等，在1997年發(fā)表了關(guān)于催化濕式氧化法處理難降解高濃度有機廢水的研究結(jié)果。其詳細(xì)情況見《水處理技術(shù)》，杜鴻章，1997年6月發(fā)表的“難降解高濃度有機廢水濕式催化凈化技術(shù)”文章。該項研究中主要反應(yīng)器是由TA3型鈦鋼加工成的，其設(shè)計壓力為12MPa，使用溫度小于360℃.反應(yīng)器內(nèi)徑16mm，長500mm。工藝過程中使用的設(shè)備有空氣瓶、壓力表、前壓力控制器、氣體調(diào)節(jié)閥、質(zhì)量流量計、水計量管等。處理廢水的步驟：氧化劑氣體(空氣)來自鋼瓶，經(jīng)前壓力控制器調(diào)至所需壓力，在經(jīng)質(zhì)量流量計后與高微量進(jìn)料泵輸來的原水混合預(yù)熱后，由反應(yīng)器底部進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)上、下添裝瓷粒.中間裝催化劑，床層高約7.5cm，反應(yīng)后的物料由反應(yīng)器上端出來，依次經(jīng)冷凝器和分離器冷卻、分離，液體進(jìn)入儲水罐時取樣分析，氣體經(jīng)后壓力調(diào)節(jié)器及尾氣流量計放空。反應(yīng)的最佳工藝條件為270℃.9MPa，空氣量為6.2L/h，進(jìn)料空速為2.0h-1。該工藝的不足之處：(1)反應(yīng)必須在270℃、9MPa條件下進(jìn)行方可得到滿意結(jié)果;(2)自制催化劑的價格昂貴;(3)廢水與反應(yīng)器直接接觸，容易對反應(yīng)器的材質(zhì)腐蝕。

　　微波作為一種電磁波，被譽為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，與傳導(dǎo)加熱相比，微波具有加熱速度快、加熱效率高、加熱均勻、溫度由物體內(nèi)部向外部擴散等特點。已經(jīng)有大量研究表明，對于化學(xué)反應(yīng)，微波除具有熱效應(yīng)之外，還具有非熱效應(yīng).微波每秒上億次交變的電場與磁場將對大分子有機物的鏈狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行強烈的振蕩，使其破壞與斷裂、形成小分子結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行催化氧化，最終分解為CO2和H2O.近些年來微波已被廣泛的應(yīng)用到濕式催化氧化領(lǐng)域中，如大連理工大學(xué)發(fā)明的“微波催化氧化處理難解有機廢水的工藝與裝置”，專利號：02118708.8。該項研究中的工藝包括：格柵去雜、絮凝沉降、催化氧化與蒸汽冷凝。催化氧化是在微波反應(yīng)器中進(jìn)行，最佳工藝條件為：氧化劑質(zhì)量與廢水COD質(zhì)量的比例為1.0-20%，溫度低于100℃，停留時間4-17min，廢水COD去除率在95%左右。該工藝的不足之處在于：(1)由于廢水在常壓下進(jìn)行微波輻射，極易使廢水的溫度達(dá)到沸點，由于汽化的原因會造成大量的能量浪費;(2)反應(yīng)溫度只能達(dá)到100℃，從化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)來看，對化學(xué)反應(yīng)速度有所限制。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明提供了一種微波氧化廢水處理系統(tǒng)及廢水處理方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的水處理效率偏低、常壓下的微波氧化易使水體汽化蒸發(fā)造成能量浪費的問題。

　　為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

　　一種微波催化氧化廢水處理系統(tǒng)，包括微波發(fā)生器、微波催化氧化裝置，還包括加壓泵、加藥裝置、汽水分離器，廢水經(jīng)加壓泵加壓后進(jìn)入微波催化氧化裝置，然后進(jìn)入汽水分離器內(nèi)減壓氧化后排出。

　　本發(fā)明的基本構(gòu)思是利用微波電磁能傳播技術(shù)與汽水分離器相結(jié)合的一種新型水處理系統(tǒng)，在反應(yīng)體系施加一定的壓力，既提高了反應(yīng)溫度，又保證了反應(yīng)在液相中進(jìn)行，而且充分體現(xiàn)了微波“非熱效應(yīng)”的優(yōu)勢--降解速度快、降解效率高、能量利用率高、設(shè)備不易被腐蝕。利用微波的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)使有機污染物在催化劑和氧化劑存在的條件下進(jìn)行微波氧化反應(yīng)。而后在汽水分離器內(nèi)減壓氧化，使得有機物極易被汽化，處理比較容易。

　　進(jìn)一步地，為了防止反應(yīng)器被高濃度有機廢水腐蝕，特別是壓力容器易造成安全隱患，所述微波催化氧化裝置內(nèi)設(shè)有密閉的管道，所述管道由PVC管構(gòu)成，通過微波輻照所述管道而降解廢水。

　　再進(jìn)一步地，為了降低成本，所述聚四氟乙烯管內(nèi)裝有鈦、鐵、錳三元催化劑，解決了現(xiàn)有技術(shù)采用的催化劑價格昂貴，在使用過程中易中毒或流失，造成水處理成本偏高，企業(yè)難以承受的問題。

　　更進(jìn)一步地，所述PVC管設(shè)有13根，在所述微波催化氧化裝置內(nèi)均勻間隔環(huán)狀排列。

　　為了方便排出汽化的有機物，所述汽水分離器上部設(shè)有排氣閥，低沸點有機物通過排氣閥揮發(fā)排出。

　　一種微波氧化廢水處理方法，包括如下步驟：

　　(1)待處理廢水與氧化劑混合后進(jìn)入加壓泵進(jìn)行加壓;加壓到4-16Kg/cm2;

　　(2)被加壓后的廢水進(jìn)入微波催化氧化裝置，微波發(fā)生器發(fā)出微波輻照PVC管，廢水在微波的作用下迅速降解其中有機污染物，廢水在PVC管內(nèi)停留30-120S，反應(yīng)溫度110-200℃，反應(yīng)壓力0.3-1.6MPa，微波反應(yīng)器功率200-1000W，完成催化氧化反應(yīng)，廢水的COD降低50-65%;

　　(3)廢水自微波催化氧化裝置進(jìn)入汽水分離器，在汽水分離器內(nèi)氧化劑繼續(xù)與廢水中的有機物反應(yīng)，同時壓力降低;

　　(4)當(dāng)壓力降到常壓時，廢水中的低沸點有機物迅速揮發(fā)通過排氣閥排出。

　　根據(jù)廢水COD濃度的不同，相應(yīng)采取不同的工藝參數(shù)，如反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、微波反應(yīng)器功率，一般是隨其水COD濃度越大，其工藝參數(shù)的選擇就越接近參數(shù)范圍的上限值，反之選取下限值。

　　針對現(xiàn)有濕式催化氧化技術(shù)，必須在200-350℃高溫，2-20MPa高壓下反應(yīng)，反應(yīng)條件比較苛刻，對設(shè)備的要求較高，建造成本也較高的問題，通過加壓泵對系統(tǒng)加壓，提高了反應(yīng)溫度，又保證了反應(yīng)在液相中進(jìn)行，而且充分體現(xiàn)了微波“非熱效應(yīng)”的優(yōu)勢--降解速度快、降解效率高、能量利用率高、設(shè)備不易被腐蝕。利用微波的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)使有機污染物在催化劑和氧化劑存在的條件下進(jìn)行微波氧化反應(yīng)。而后在汽水分離器內(nèi)減壓氧化，使得有機物極易被汽化，處理比較容易。針對常壓下的微波輔助催化氧化易使水體汽化蒸發(fā)，造成能量浪費;而且反應(yīng)溫度最高100℃，從反應(yīng)動力學(xué)角度分析，限制反應(yīng)速率的缺點，本發(fā)明都得到了解決。

　　進(jìn)一步地，所述氧化劑為氧氣、空氣。

　　進(jìn)一步地，所述微波裝置裝置吸入的氧化劑為空氣。

　　進(jìn)一步地，所述廢水為高濃度生物法難降解有毒有害有機廢水，其COD值為3000-200000mg/L。

　　進(jìn)一步地，經(jīng)過所述廢水處理方法處理后的廢水COD去除率為60-75%。

　　本發(fā)明的上述微波氧化處理高濃度難降解有機廢水的方法，主要包括微波輻射氧化、出水排放或回用、降解和停留時間，微波爐內(nèi)均勻間隔環(huán)狀排列13根PVC管，內(nèi)置鈦、鐵、錳三元催化劑，污水在進(jìn)入微波催化裝置前，與定量的氧化劑混合，再經(jīng)水泵加壓后進(jìn)入微波氧化裝置，在微波的作用下，可迅速氧化分解污水中的有機污染物質(zhì)，反應(yīng)管內(nèi)壓力與溫度同步升高到臨界值，在反應(yīng)管內(nèi)停留30-120S后，氧化反應(yīng)完成。此裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，自動化程度高，操作簡便，效率高。

　　上述廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行廢水處理時的注意事項：裝置啟動前應(yīng)全面檢查儀器、設(shè)備及管線的完好性及其連接處有無滲漏，在確保上述檢查結(jié)果合格后，方可啟動廢水處理系統(tǒng)。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

　　(1)利用微波輻射進(jìn)行處理，由于微波的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)同時起作用，所以有機物降解速度快、效率高，比現(xiàn)有的傳導(dǎo)加熱方法提高20%-40%;

　　(2)在相對高溫高壓條件下進(jìn)行處理，提高了處理效率;

　　(3)采用PVC管作為廢水接受微波輻照的管道，所以廢水并不與金屬材質(zhì)直接接觸大大降低了廢水對容器的腐蝕，使設(shè)備的使用壽命延長了2-3倍;

　　(4)內(nèi)置鈦、鐵、錳三元催化劑提高了處理效果;

　　(5)本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，自動化程度高，操作簡便，效率高。