一种利用微波能快速处理废水的方法

专利名称：一种利用微波能快速处理废水的方法
技术领域：
本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种利用微波能快速处理废水的方法，该处理方法是采用高分子絮凝剂结合微波能处理废水的方法。
背景技术：
一、 絮凝沉淀污水处理技术
絮凝沉降法是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水质处理方法。高分子絮凝剂以其良好的凝聚效果、脱色能力和操作简便等优点，在水处理过程中起着不可替代的作用，引起国内外广泛关注。随着人们环保意识的加强，将会出现更多的高效、低毒、经济适用的高分子絮凝剂，同时也将有力地推动对絮凝
过程基础理论的研究。见专利号为200610020454.0的中国发明专利说明书，其
公开了 "一种高浓度有机污水的处理方法"，该处理方法是有机污水在集成降解池经微生物降解和催化氧化降解，再经电化学处理进一步电解氧化降解；经澄清池沉淀分
离后，将污泥焚化、催化氧化剂再生循环使用；污水再经后处理池微生物降解和电化
学处理，沉淀分离，即排放出达标水或循环回用。
但是絮凝沉淀技术进行污水处理也存在一定缺陷，及其难以杀灭微生物。
二、 微波能污水处理技术微波能污水处理技术改变了传统的污水处理方式，使污水处理方法变得更简易有
效。其原理是微波对流体中的不同物质进行选择性分子加热；微波对流体中的吸波物质的物化反应具有强烈的催化作用；流体中的固相微粒在微波场中能迅速汇聚沉降与水分离；微波加热是吸波物质分子直接加热，所以废水置于微波场中，不但温升迅速，而且微波能量非常集中，在较低温度下就能杀灭微生物；由于微波对流体的穿透作用，置于微波场中的流体表现为加热非常均匀；由于流体中吸收微波能的物质分子可直接将微波能转化成热能，因此不会给被处理流体带入任何新的污染物，而且节省综合耗能。
微波能污水处理技术真正实现了污水处理工程的小型分散化，尤其适应了目前企业、小区的污水处理需求，它开始塀弃我们长期以来固守的污水处理厂需要建设大量长距离排污管道网的做法，能节省大量资金。该技术能大量节约污水处理的成本还因为微波对菌、藻类有高频穿透作用，杀伤能力极强，能在短时间内杀灭微生物，有很强的杀菌灭藻功能，其中蓝藻在微波场中只需(30 40)秒，即由微细粒汇聚成大颗粒后沉降与水分离。
微波能进行活水处理，适应性强，处理率高，尤其对污水中难降解有机物的高浓度、高浊度、高色度去除率达到90%以上，高盐度、高重金属含量和石油类污染物的去除率也很高。以该工艺在兰州石化公司的表现为例，其对COD、悬浮物、细菌总数、石油类的去除效果明显，分别达到85.5%、 91.4%、 99%和91%，出水水质满足企业补充新鲜用水的要求。
但是，微波能污水处理技术也存在一定缺陷，例如，有许多有机化合物都不直接吸收微波，所以微波也无法对其进行处理。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服单一使用絮凝沉淀法或微波处理法进行污水处理的缺点，提出一种将二者有机的结合起来的利用微波能快速处理废水的方法，该污水处理方法适应性强，处理率高，经济效益和社会效益显著。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案该处理方法步骤如下1、将废水与絮凝剂混合，并充分搅拌均匀，产生絮凝沉淀；2、将混合絮凝剂的废水通过工业微波处理设备中，进行微波处理；3、经过微波处理的废水成为固-液二相流体，将该流体进行固液分离，同时经过微波处理的废水所产生的气体进行排放或者回收；4、最后将经过固液分离后的液体、淤泥分别进行处理。
本处理方法中，絮凝剂为单纯的铁盐；或者单纯的铝盐；或者铁铝复合盐；或者混合有催化剂的铁铝复合盐。
上述的单纯的铁盐选自FeCl3、PFS、PFC;所述的单纯的铝盐选自PAC、 AS、PAS;所述的铁铝复合盐为上述单纯铁盐与单纯铝盐混合体。
上述的铁铝复合盐中加入的催化剂选自活性炭粉、硅铝钙型、天然矿粉、过渡性金属化合物、纳米粉。
本处理方法中，所述在微波系统中微波功率为10~20KW/h;流经微波系统的进水量为100立方米/h，投加高分子絮凝剂为5ppm，作用时间为0.3秒。
对于上述技术方案，本发明将絮凝沉淀法和微波处理法有机结合起来进行污水处
理。其原理为利用某种强烈吸收微波的"敏化剂"把微波能传给这些物质而诱发化学
反应。利用这些"敏化剂"就可以在微波辐射下实现某些催化反应,这就是所谓微波诱导催化反应。而许多的高分子絮凝剂都有这种敏化剂的效果。通过高强度连续波微波辐射聚焦到某种絮凝剂的表面,由于絮凝剂表面点位与微波能的强烈相互作用,微波能将被转变成热能,从而使某些表面点位选择性的被很快加热至很高温度(例如很容易超过
1400°C)。尽管反应其中的水没有明显升温，但已产生高温高压的作用，当水中的有机污
染物与受激发的表面点位接触时却可发生反应。絮凝剂的作用不仅仅在于把热能聚焦，而且还可以借它与反应物和产物相互作用的选择性而影响反应的进程。微波化学污水处理技术就是利用微波对化学反应的这些作用,对水中的污染物通过物理及化学作用进行降解,转化，从而实现污水净化的目的。此外，絮凝剂本身在污水前处理过程中具有很好的脱色，脱除悬浮物质和胶体物质的效果，这对于降低微波处理的负荷与能耗， 提高最终的出水水质都具有重要的意义。
另一方面，采用本发明提出的利用微波能处理污水的方法，具有污水处理设备小、 处理量大、占地小、出水和污泥都可达到直接回用标准等优点，因而适应各种规模的 污水处理要求，避免了集中式污水处理庞大的管网建设。同时，本发明提出的微波能 污水处理方法可广泛用于造纸、电镀、印染、食品等高浓度难降解污水以及生活污水 的处理，其能彻底降解COD、 BOD 、固化污泥中的重金属等，具有较好的处理效 果。
由于单独采用微波能进行污水处理的能力是有限的，企图纯粹依靠微波能来处理 大量的污水存在很大的困难。因此，本发明采用物化处理技术对污水进行前处理，既 可以减轻微波处理的一部分负担，又可解决单纯使用物化处理时，需要消耗大量物化 试剂，费用高的问题；最重要的是能将微波技术与物化技术结合起来，不但能发挥微 波对污水的独特作用、还能大大加速物化处理速度，就是基于上述认识，才推出了本 污水处理方法。该方法的实质是将常规的物化处理技术与微波能处理技术按最佳处 理时间的分配、最佳的处理能力的搭配而组成的污水处理系统，该系统能在最短的时 间内，充分发挥物化反应对污染物的作用以及微波能对物化反应的影响力和微波能对 水污染物的特殊功能，使污水得以净化。
综上所述，经本发明处理后的水质达到GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排 放一级标准A标准，及中华人民共和国建设部部标准CJ25.1-89生活杂用水水质标准， 实现污水就地资源化。


图1是本发明处理方法的流程图2是本发明微波处理设备的示意图。
具体实施例方式
本发明所采用的废水处理方法包括以下步骤
一、 将废水与絮凝剂混合，并充分搅拌均匀，产生絮凝沉淀；
二、 将混合絮凝剂的废水通过工业微波处理设备中，进行微波处理；
三、 经过微波处理的废水成为固一液二相流体，将该流体进行固液分离，同时 经过微波处理的废水所产生的气体进行排放或者回收；
四、 最后将经过固液分离后的液体、淤泥分别进行处理。
其中，在微波系统中微波功率为10~20KW/h;流经微波系统的进水量为80~120 立方米/h，投加高分子絮凝剂为4 6ppm，作用时间为至少0.3秒。
本方法使用时应注意以下问题
絮凝剂的筛选
在进行废水处理前，首先要筛选出絮凝剂，筛选出低成本、高效能药剂的筛选。 这里说的高效能，并非单纯指混凝反应学上的高效能，而是同时具有混凝反应与
微波能吸收两者兼备的高效能，因此研究工作必须是实验室装置与5000吨/日工业化 装置同步进行，本发明采用的实验室装置是一套六联混凝试验微波消解器+系列水质 测定仪+系列化学药剂分析仪。
经过试验，本发明采用的絮凝剂中单纯的铁盐选自FeCl3、 PFS、 PFC;所述的单 纯的铝盐选自PAC、 AS、 PAS;所述的铁铝复合盐为上述单纯铁盐与单纯铝盐混合体。
其中，所述的铁铝复合盐中加入的催化剂选自活性炭粉、硅铝钙型、天然矿粉、过
渡性金属化合物、纳米粉。 微波波源的选择
微波是一种波长从lmm到lm左右的电磁波。由于微波的频率很高 G00MHz 300GMHz)，所以也叫超频电磁波,它具有电磁波的诸如反射、透射、干涉、衍射、偏振以及伴随着电磁波能进行能量传输等波动特性。
实验和理论都证明，在单位体积的物料内损耗的微波功率(也可以理解为单位体 积的物料中吸收的微波功率)Pa与电场强度E的2次方、频率f、介质损耗系数tgS 以及物料的介电常数e r之间有下列关系
Pa=(l/1.8)fXE2X er XtgS X10-2
式中
Pa —单位体积的物料所吸收的微波功率(瓦/厘米3);
f一微波频率，(赫)；
E—电场强度，(伏/厘米)； 由于电场强度实际上难以测量得到，只能大略折算。
工业用的微波现阶段其频率一般只限于915MHz和2450MHz两种。微波对吸波 物质(如水)的穿透能力与其振荡频率有关，振荡频率愈高，穿透能力愈弱，频率为 2450 MHz (波长为12.2厘米的微波，对水的渗透深度为2.3cm，对污水的穿透的深度 约为3 — 5cm;频率为915 MHz波长为32.8厘米的微波，对水的渗透深度为20cm， 对污水的渗透深度约为22 25 cm。
利用微波的超高频率、反射性、穿透性、被吸收性、波动性等特性去进行污水处 理，尽管微波波源的生产各种各样，但污水处理所需的波源有其固有的特点，如大功 率等。加之微波的各种元器件的供应也有它自身的局限性，如:微波波源的核心-磁控 管，现阶段大量使用的磁控管，915 MHz的，最大功率为20kW，没有小于20kW的 系列产品，且使用寿命不高(约3000小时)、更换成本高，但其穿透深度大，相对来 说处理器结构较简单；2450MHz的，由于应用范围广，常用的最大功率为10kW，现 已小型化(从几百瓦 几十千瓦都有)、更换简单、价格低、易购买，但处理器较复 杂。基于这一情况，根据制造难易程度、维修经济性好、主要零件易采购、反应效果、功率大小等因素，权衡利弊去选用不同的波源。 微波系统的设计
本发明的微波处理设备包括 一用于将减缓流入废水流速的前排空水箱1; 一用
于将废水与絮凝剂混合、搅拌的混合器2; —对废水进行微波处理的处理器3，该处
理器3包括一微波反应腔31、安装在微波反应腔31 —侧的波源32和位于微波反应腔 31内的主流道33，其中微波废水通过主流道33穿经微波反应腔31; —用于排出废气
的后排空水箱4; 一对处理后的废水进行固液分离的沉淀室5;上述的前排空水箱l、
混合器2、处理器3、后排空水箱4以及沉淀室5依次连通。
前排空水箱1的作用有二
一是将带有压力输送的体系破坏，使其后的污水流动呈自流状态，减少污水输送的 能量消耗。这是因为，污水通常需要采用泵将水泵入，这样通过泵泵入的污水内具有 一定压力，所以前排空水箱l可将压力破坏，使污水在水位高差形成的自然状态下流 入下一个设施中。
二是使物化试剂的加入变得容易实现。
前排空水箱容积的计算公式。
Ql =CXQ 其中Q——单位时间污水处理量(m3/h) Ql——前排空水箱容积(m3) C——前容积系数，一般可取0.015 0.020 例假设 Q = 100(m3/h), 00.015 贝ij Ql==1.5 (m3)
搅拌的混合器2用于将絮凝剂与污水充分混合，搅拌均匀。根据对实验系统的反 复实验、分析。污水在此停留时间可以根据具体情况设置，这个时间应该是长一点比短一点好，但兼顾最经济的制造成本和能够满足系统能给与物化反应所需的时间要 求，我们得出污水在此最佳停留时间为大于或等于24分钟为宜。
处理器3中主流道33的管径的设计主要考虑连通管内流体的合理流速，流速过 快将引起系统噪声过大，过小则会造成管道造价过高，两者需兼顾，经试验，我们认 为管内的污水流速不大于0.4m/s较为合适。主流道管通径计算公式 Dl =(8.84X1(T4 X Q) X 2 其中 D1--连接管通径(m)
Q——单位时间污水处理量(m3/h) 例.'假设 Q=100(m3/h) 贝UDl=0.297 (m) 后排空水箱4的作用是让从微波处理器中出来且含有大量气体的污水有一个排气 的地方，以防止这些气体的存在而影响沉淀池的沉淀效果，从实测得到，10~20分钟 后气体基本可从水中排出。同时也可让水自流到沉淀室，节省输送能量。后排空水箱 容积的计算公式
Q2 = DXQ
其中Q——单位时间污水处理量(m3/h) Q2——后排空水箱容积(m3) D——后容积系数,一般可取0.15 0.35 例假设Q=100(m3/h)， D=0.25 贝ij Q2=25 (m3) 沉淀室5采用通常污水处理系统中常用的竖流式沉淀室。 本发明与现有的技术相比具有以下优点
(1)通过选用合适的药剂，使微波能够在较低的能耗下，催化分解有机物、无机的污染物。
(2) 能高效地杀灭有害微生物及病原体，分离后的污泥不会产生二次污染。
(3) 在较短时间内，可产生高质量清水，达地表水三类标准。
(4) 设备占地面积小，可集成大规模建设处理、或小规模分散处理建设。
(5) 污水处理不受天候影响，随时开机运行或停机。
(6) 可以实施远距离监分散处理的污水处理装备运行状况，方便职能部门有效管理。
(7) 微波能污水处理装备是在前期加药剂的，通过微波能降解过程和阳离子药剂 絮凝过程是同时发生，极大地提高了微波能的利用效率。
使用本发明时，首先根据不同类型的污水的特点选用合适的絮凝剂，并确定最佳 投药量和投药方式(本部分的工作已经在实验室完成)。使用者可根据试验数据选择。 然后，污水通过水泵泵入到前置排空水箱1中泄压，再流入混合器2中，此时投入絮 凝剂(选择单纯的铁盐选自FeCl3)，将废水与絮凝剂混合、搅拌。经过絮凝剂初步处 理的污水再经过流体处理专用微波器3进行微波法处理，其中微波炉的波源选择2450 MHz，主要是考虑到其应用范围广，常用的最大功率为10kW，现已小型化(从几百 瓦 几十千瓦都有)、更换简单、价格低、易购买，基本能满足污水处理的要求。其 中化学絮凝剂在微波场中的作用机理可以推断得出以下结论
A. 药剂成份及其与污染物反应产物，甚至絮凝体(污泥)，在微波场中都起到了 微波能吸收截体作用。
B. 微波场促进了药剂分子的水解、聚合，强化了水介聚合产物对水中污染物的 吸咐作用，大分子COD总量脱除率可达100%。
C. 微波场促进了药剂分子与水中污染物分子的化学作用(反应、络合、催化、 氧化、还原等等)，使污染物大分子链断裂，小分子降解，所以COD总脱除率高达90%以上。
D. 微波场促进了药剂与水形成的絮凝体的脱水，使排出的污泥含水率由原泥的 98%以上降低到71%，沉降快。
E. 微波场使污泥中微生物细胞膜破裂或DNA链断开，因而使排出污泥细菌含量 降低98%以上。
F. 微波场使金属离子改性，并与污泥(或絮凝体)吸咐更牢固，使排出污泥的 重金属浸出毒性很小，达到国家规定标准，污泥中粪大肠杆菌，粪链球菌和巴氏细菌 达到未检出水平，表明污泥已经无害化。
经过微波处理后，处理物进入后排空水箱4，此时处理过程中产生的气体可以排 放或者回收再利用，剩下的流体流入沉淀室5进行固液分离得到清水和污泥，其中清 水可以进入生产循环利用，污泥是作为高校有机复合肥料很好的原料。 实例1添加铁铝高分子絮凝剂5ppm，微波功率20KW/h,作用0.3秒，进水100立方 米/h
污水取自某污水处理厂，原水pH为7.3， NH3-N为31.6ppm， COD为352ppm， BOD为54ppm，色度为92，细菌总数为24000，经功率为20KW/h微波处理0.3秒后 的出水pH为7.17， NH3-N为3.42ppm，脱除率为97.2% ; COD为9ppm，脱除率为 100% ; BOD<2ppm，脱除率达99.5% ;色度为7，脱除率83.8%;细菌总数为420， 脱除率为98.3% 。出水达到I类A排放标准和地面m类回用标准。 实例2生活污水处理实验
污水取自某商业区生活污水，原污水中含挥发酚0.012mg/L、氰化物0.004 mg/L、 COD 109 mg/L、悬浮物94.8 mg/L、氨氮14.5 mg/L、 BOD5 49.3 mg/L、细菌总数198667 个/L，添加铁铝高分子絮凝剂3ppm，经功率20KW/h微波处理0.3秒，出水中含挥发 酚0.004mg/L、氰化物0.002 mg/L、 COD 15.8 mg/L、悬浮物8.1 mg/L、氨氮8 mg/L、BOD54.3mg/L、细菌总数1693个/L，去除率分别达到66.7%、 50%、 85.5%、 91.5%、 44.8%、 91.3%和99.1%。实验达到了地面III类回用标准和工业新鲜水补充水质标准。 实例3电镀废水处理实验
取某电镀厂的电镀废水进行微波处理实验，原污水pH为1.64， COD为182 mg/L， 六价铬0.162 mg/L，氰化物11.1 mg/L，氨氮10.6 mg/L，磷酸盐9.46 mg/L，铜16.5 mg/L， 铅0.504 mg/L，锌8.15mg/L，添加铁铝高分子絮凝剂3ppm，经功率20KW/h微波处 理0.3秒，出水pH为7.56， COD为40.0 mg/L,六价铬0.033 mg/L，氰化物0.018mg/L， 氨氮0.24mg/L，磷酸盐未检出，铜0.311mg/L，铅未检出，锌未检出。出水稳定达标， 经检测各项出水指标都达到广东省《水污染物排放限值》(DB44/26-2001) 实例4印染废水处理实验
取某印染厂的印染污水进行微波污水处理实验，原水PH值为8.1，色度789， SS 897mg/L， BOD5 88 mg/L， CODcr 476 mg/L ， NH3-N27mg/L， CU19mg/L，总硬 度89，添加铁铝高分子絮凝剂2ppm，经功率20KW/h微波处理0.3秒，出水PH值为 7.4，色度48，去除率为94.0°/。， SS54.7mg/L，去除率为94.0%， BOD5 12.1 mg/L， 去除率86.3%， CODcr 57.2 mg/L，去除率88.0%， NH3-N 4.3 mg/L，去除率84.1%, CL- 3.3 mg/L去除率为82.6%，总硬度0.48 (以CaC03计)，去除率达99.5%，出水达 到印染废水排放标准DB44/26第二时段二类一级。
权利要求
1、一种利用微波能快速处理废水的方法，其特征在于该处理方法包括如下步骤一、将废水与絮凝剂混合，并充分搅拌均匀，产生絮凝沉淀；二、将混合有絮凝剂的废水通过工业微波处理设备中，进行微波处理；三、经过微波处理的废水成为固—液二相流体，将该流体进行固液分离，同时对经过微波处理的废水所产生的气体进行排放或者回收；四、最后将经过固液分离后的液体、淤泥分别进行处理。
2、 根据权利要求1所述的一种利用微波能快速处理废水的方法，其特征在 于所述的絮凝剂为单纯的铁盐；或者单纯的铝盐；或者铁铝复合盐；或者混合有 催化剂的铁铝复合盐。
3、 根据权利要求2所述的一种利用微波能快速处理废水的方法，其特征在 于所述的单纯的铁盐选自FeCl3、 PFS、 PFC;所述的单纯的铝盐选自PAC、 AS、 PAS;所述的铁铝复合盐为上述单纯铁盐与单纯铝盐混合体。
4、 根据权利要求2所述的一种利用微波能快速处理废水的方法，其特征在于所述的铁铝复合盐中加入的催化剂选自活性炭粉、硅铝钙型、天然矿粉、过渡 性金属化合物、纳米粉。
5、 根据权利要求1-4中任意一条所述的一种利用微波能快速处理废水的方法，其特征在于所述微波设备的微波功率为10~20KW/h;流经微波设备的进水量为80~120立方米/h，投加高分子絮凝剂为4 6ppm，作用时间为至少0.3秒。
全文摘要
本发明公开了一种利用微波能快速处理废水的方法。本发明采用的技术方案是将絮凝沉淀法和微波处理法进行有机的结合起来，即采用物化处理技术对污水进行前处理，减轻微波处理的负担，并提高微波处理的效率，同时可解决单纯使用物化处理时，需要消耗大量物化试剂，费用高的问题。采用本发明提出的利用微波能处理污水的方法，具有污水处理设备小、处理量大、占地小、出水和污泥都可达到直接回用标准等优点，因而适应各种规模的污水处理要求，避免了集中式污水处理庞大的管网建设。通过本发明经该技术处理后的水质达到GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放一级标准A标准，及中华人民共和国建设部部标准CJ25.1-89生活杂用水水质标准，实现污水就地资源化。
文档编号C02F1/30GK101456604SQ20081022063
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者张峥嵘, 徐荣险, 杨刚毅, 祝光富, 黄少斌 申请人:广东上九生物降解塑料有限公司