专利名称：微波氧化废水处理系统及废水处理方法
技术领域：
本发明属于废水处理领域，具体来说，设计一种微波氧化废水处理系统及废水处 理方法，所述系统用于处理高浓度、生物法难降解有机废水。
背景技术：
高浓度难降解有机废水是指难降解、可生化性差，其B0D5/C0D值很小，通常小于 0.2，而COD高或色度高的有机废水。水量不是很大，但污染负荷很大，采用传统的生物法难 以达到预期的降解效果。其主要来源是造纸、染料、制药、炼油、有机合成、农药生产等行业 生产废水。这类废水一旦进入到环境系统中会造成及其严重的后果，往往引起环境系统的 不可逆损害。已有的催化湿式氧化法通常是在高温(200-350°C )、高压(2_20MPa)下，以CI02 作为氧化剂，在催化剂作用下，氧化去除水中有机物，最终达到矿化的目的。在国外这种技 术发展较快，20世纪70年代开始，日本相继成立了湿式催化装置处理各种有机废水，如日 本三菱石油化学公司处理乙烯生产废水洗涤液，其操作条件200°C，3. 45MPa，停留60分 钟，处理量为120m3/d，进水COD为7. 5_15g/L，COD去除率为67% -80% ；日本川崎朝日化 学公司处理丙烯氰生产废水，其操作条件250°C . 7MPa,停留90分钟，处理量790m3/d，进水 COD 为 37-46g/L,出水 COD 为 14. 8-16. lg/L，C0D 去除率为 60% -65% ·从 80 年代到 90 年 代有较多的研究报道，目前该技术仍在研究深化中。中国科学院大连化学物理研究所的杜 鸿章等与冶金部鞍山焦化耐火材料设计研究院的尹承龙等，在I997年发表了关于催化湿 式氧化法处理难降解高浓度有机废水的研究结果。其详细情况见《水处理技术》，杜鸿章， 1997年6月发表的“难降解高浓度有机废水湿式催化净化技术”文章。该项研究中主要反应 器是由TA3型钛钢加工成的，其设计压力为12MPa，使用温度小于360°C .反应器内径16mm， 长500mm。工艺过程中使用的设备有空气瓶、压力表、前压力控制器、气体调节阀、质量流量 计、水计量管等。处理废水的步骤氧化剂气体(空气)来自钢瓶，经前压力控制器调至所 需压力，在经质量流量计后与高微量进料泵输来的原水混合预热后，由反应器底部进入反 应器，反应器内上、下添装瓷粒.中间装催化剂，床层高约7. 5cm，反应后的物料由反应器上 端出来，依次经冷凝器和分离器冷却、分离，液体进入储水罐时取样分析，气体经后压力调 节器及尾气流量计放空。反应的最佳工艺条件为270°C . 9MPa，空气量为6. 2L/h，进料空速 为2.0h-l。该工艺的不足之处(1)反应必须在270°C、9MPa条件下进行方可得到满意结 果；(2)自制催化剂的价格昂贵；(3)废水与反应器直接接触，容易对反应器的材质腐蚀。微波作为一种电磁波，被誉为20世纪最伟大的发明之一，与传导加热相比，微波 具有加热速度快、加热效率高、加热均勻、温度由物体内部向外部扩散等特点。已经有大量 研究表明，对于化学反应，微波除具有热效应之外，还具有非热效应.微波每秒上亿次交变 的电场与磁场将对大分子有机物的链状结构进行强烈的振荡，使其破坏与断裂、形成小分 子结构，再进行催化氧化，最终分解为C02和H20.近些年来微波已被广泛的应用到湿式催 化氧化领域中，如大连理工大学发明的“微波催化氧化处理难解有机废水的工艺与装置”，专利号=02118708. 8。该项研究中的工艺包括格栅去杂、絮凝沉降、催化氧化与蒸汽冷凝。 催化氧化是在微波反应器中进行，最佳工艺条件为氧化剂质量与废水COD质量的比例为 1. 0-20%,温度低于100°C，停留时间4-17min，废水COD去除率在95%左右。该工艺的不足 之处在于(1)由于废水在常压下进行微波辐射，极易使废水的温度达到沸点，由于汽化的 原因会造成大量的能量浪费；(2)反应温度只能达到100°C，从化学反应动力学来看，对化 学反应速度有所限制。
发明内容
本发明提供了一种微波氧化废水处理系统及废水处理方法，可以解决现有技术存 在的水处理效率偏低、常压下的微波氧化易使水体汽化蒸发造成能量浪费的问题。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现—种微波催化氧化废水处理系统，包括微波发生器、微波催化氧化装置，还包括加 压泵、加药装置、汽水分离器，废水经加压泵加压后进入微波催化氧化装置，然后进入汽水 分离器内减压氧化后排出。本发明的基本构思是利用微波电磁能传播技术与汽水分离器相结合的一种新型 水处理系统，在反应体系施加一定的压力，既提高了反应温度，又保证了反应在液相中进 行，而且充分体现了微波“非热效应”的优势一降解速度快、降解效率高、能量利用率高、设 备不易被腐蚀。利用微波的热效应和非热效应使有机污染物在催化剂和氧化剂存在的条件 下进行微波氧化反应。而后在汽水分离器内减压氧化，使得有机物极易被汽化，处理比较容 易ο进一步地，为了防止反应器被高浓度有机废水腐蚀，特别是压力容器易造成安全 隐患，所述微波催化氧化装置内设有密闭的管道，所述管道由PVC管构成，通过微波辐照所 述管道而降解废水。再进一步地，为了降低成本，所述聚四氟乙烯管内装有钛、铁、锰三元催化剂，解决 了现有技术采用的催化剂价格昂贵，在使用过程中易中毒或流失，造成水处理成本偏高，企 业难以承受的问题。 更进一步地，所述PVC管设有13根，在所述微波催化氧化装置内均勻间隔环状排 列。为了方便排出汽化的有机物，所述汽水分离器上部设有排气阀，低沸点有机物通 过排气阀挥发排出。一种微波氧化废水处理方法，包括如下步骤(1)待处理废水与氧化剂混合后进入加压泵进行加压；加压到4-16Kg/cm2 ；(2)被加压后的废水进入微波催化氧化装置，微波发生器发出微波辐照PVC管， 废水在微波的作用下迅速降解其中有机污染物，废水在PVC管内停留30-120S，反应温度 110-200°C，反应压力0. 3-1.6MPa，微波反应器功率200-1000W，完成催化氧化反应，废水的 COD 降低 50-65% ；(3)废水自微波催化氧化装置进入汽水分离器，在汽水分离器内氧化剂继续与废 水中的有机物反应，同时压力降低；(4)当压力降到常压时，废水中的低沸点有机物迅速挥发通过排气阀排出。
根据废水COD浓度的不同，相应采取不同的工艺参数，如反应温度、反应压力、微 波反应器功率，一般是随其水COD浓度越大，其工艺参数的选择就越接近参数范围的上限 值，反之选取下限值。针对现有湿式催化氧化技术，必须在200-35(TC高温，2_20MPa高压下反应，反应 条件比较苛刻，对设备的要求较高，建造成本也较高的问题，通过加压泵对系统加压，提高 了反应温度，又保证了反应在液相中进行，而且充分体现了微波“非热效应”的优势一降解 速度快、降解效率高、能量利用率高、设备不易被腐蚀。利用微波的热效应和非热效应使有 机污染物在催化剂和氧化剂存在的条件下进行微波氧化反应。而后在汽水分离器内减压氧 化，使得有机物极易被汽化，处理比较容易。针对常压下的微波辅助催化氧化易使水体汽化 蒸发，造成能量浪费；而且反应温度最高iocrc，从反应动力学角度分析，限制反应速率的 缺点，本发明都得到了解决。进一步地，所述氧化剂为氧气、空气。进一步地，所述微波装置装置吸入的氧化剂为空气。进一步地，所述废水为高浓度生物法难降解有毒有害有机废水，其COD值为 3000-200000mg/L。进一步地，经过所述废水处理方法处理后的废水COD去除率为60-75%。本发明的上述微波氧化处理高浓度难降解有机废水的方法，主要包括微波辐射氧 化、出水排放或回用、降解和停留时间，微波炉内均勻间隔环状排列13根PVC管，内置钛、 铁、锰三元催化剂，污水在进入微波催化装置前，与定量的氧化剂混合，再经水泵加压后进 入微波氧化装置，在微波的作用下，可迅速氧化分解污水中的有机污染物质，反应管内压力 与温度同步升高到临界值，在反应管内停留30-120S后，氧化反应完成。此装置具有结构紧 凑，占地面积小，自动化程度高，操作简便，效率高。上述废水处理系统进行废水处理时的注意事项装置启动前应全面检查仪器、设 备及管线的完好性及其连接处有无渗漏，在确保上述检查结果合格后，方可启动废水处理 系统。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是(1)利用微波辐射进行处理，由于微波的热效应和非热效应同时起作用，所以有机 物降解速度快、效率高，比现有的传导加热方法提高20% -40% ；(2)在相对高温高压条件下进行处理，提高了处理效率；(3)采用PVC管作为废水接受微波辐照的管道，所以废水并不与金属材质直接接 触大大降低了废水对容器的腐蚀，使设备的使用寿命延长了 2-3倍；(4)内置钛、铁、锰三元催化剂提高了处理效果；(5)本发明系统结构紧凑，占地面积小，自动化程度高，操作简便，效率高。
图1是本发明的微波催化氧化废水处理装置的结构示意图；图中的符号及其说明1、加压泵；2、可调微波发生器；3、微波催化氧化装置；3-1、PVC管；4、加药装置； 5、汽水分离器。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。一种微波催化氧化废水处理系统，包括可调微波发生器2、微波催化氧化装置3， 加压泵1、加药装置4、汽水分离器5，废水经加压泵1加压后进入微波催化氧化装置3，然后 进入汽水分离器5内减压氧化后排出。下面结合具体实施例对本发明作更进一步地说明如图1所示，一种微波催化氧化废水处理系统，包括加压泵1、可调微波发生器2、 微波催化氧化装置3、加药装置4、汽水分离器5，废水经加压泵1加压后进入微波催化氧化 装置3，然后进入汽水分离器5内氧化后排出，汽水分离器5上部设有排气阀，低沸点有机物 通过排气阀挥发排出。为了防止反应器被高浓度有机废水腐蚀，特别是压力容器易造成安全隐患，微波 催化氧化装置3内设有密闭的管道，管道由PVC管3-1构成，通过微波辐照管道而降解废 水。PVC管内装有钛、铁、锰三元催化剂，降低了催化剂的价格。PVC管3-1设有13根，在微波催化氧化装置3内均勻间隔环状排列。如图2所示的废水处理方法的流程示意图，利用上述微波催化氧化废水处理系统 进行废水处理的方法，步骤如下首先，取样分析，采用重铬酸钾法测定出水样COD值15000mg/l ；其次，工艺参数的 选定水量500L、反应温度200°C、压力0. 6MPa，在微波反应器内停留时间2min ；第一步，取废水引入PVC管道内，催化剂是经过酸洗、碱洗并活化的铁锰碳固体催 化剂。第二步，设备检查供电系统、微波系统泄露情况、微波反应器相关部件的密封情 况、设备安全性、渗漏状况；第三步，经检查各方面合格后密封反应器，打开定量加液泵向加压泵前废水槽内 通入氧气。第四步，打开加压水泵将混合的废水与氧化剂加压打入PVC反应管内，当压力表 显示反应器内部压力达设定值0. 6MPa时，启动微波发生器进行微波加热催化。第五步.当废水由室温升到设定温度200°C后，保持30-120秒，打开反应器出口阀 门，连续向汽水分离器泄压排水，第六步，汽水分离器内的液体达到一定液位后将从汽水分离器底部排出用温度到 35度以下，直接进生化池进行生化。第七步，出水质量检测，也采用重铬酸钾法测定出水COD值1050mg/l，并计算COD 去除率。该工艺条件下出水COD去除率为73%。不同的废水，通常上述方法处理的废水为高浓度生物法难降解有毒有害有机废 水，其COD值为3000-200000mg/L。可根据其COD值，调整微波反应器的功率(200-1000W)， 进行催化氧化处理。经过所述废水处理方法处理后的废水COD去除率为60-75%。 加压泵内的氧化剂还可以选用氧气或空气。
权利要求
一种微波氧化废水处理系统，包括可调微波发生器、微波催化氧化装置，其特征在于还包括加压泵、加药装置、汽水分离器，废水经加压泵加压后进入微波催化氧化装置，然后进入汽水分离器内冷却后排出。
2.根据权利要求1所述的微波氧化废水处理系统，其特征在于所述微波催化氧化装 置内设有密闭的管道，所述管道由PVC管构成。
3.根据权利要求2所述的微波氧化废水处理系统，其特征在于所述PVC管内装有钛、 铁、锰三元催化剂。
4.根据权利要求3所述的微波氧化废水处理系统，其特征在于所述PVC管设有13根， 在所述微波催化氧化装置内均勻间隔环状排列。
5.根据权利要求1或4所述的微波氧化废水处理系统，其特征在于所述汽水分离器 上部设有排气阀。
6.一种微波氧化废水处理方法，其特征在于包括如下步骤(1)待处理废水与氧化剂混合后进入加压泵进行加压；加压到4-16Kg/cm2；(2)被加压后的废水进入微波氧化装置，微波发生器发出微波辐照PVC管，废水在微 波和催化剂的作用下迅速降解其中有机污染物，废水在PVC管内停留30-120S，反应温度 110-200°C，反应压力0. 3-1. 6MPa，微波反应器功率200-1000W，完成催化氧化反应；(3)废水自微波催化氧化装置进入汽水分离器，在汽水分离器内冷却，同时压力降低；(4)当压力降到常压时，废水中的低沸点有机物迅速挥发通过排气阀排出。
7.根据权利要求5所述的废水处理方法，其特征在于所述氧化剂为氧气或空气。
8.根据权利要求5所述的废水处理方法，其特征在于所述废水为高浓度生物法难降 解有毒有害有机废水，其COD值为3000-200000mg/L。
9.根据权利要求5所述的废水处理方法，其特征在于经过所述废水处理方法处理后 的废水COD去除率为60-75%。
全文摘要
本发明提供了一种微波氧化废水处理系统及废水处理方法，可以解决现有技术存在的水处理效率偏低、常压下的微波氧化易使水体汽化蒸发造成能量浪费的问题。技术方案是一种微波氧化废水处理系统，包括微波发生器、微波催化氧化装置、加压泵、加药装置、汽水分离器。同时还提供了采用上述系统的废水处理方法。本发明在相对高温高压条件下进行处理，提高了处理效率，系统结构紧凑，占地面积小，自动化程度高，操作简便。
文档编号C02F1/72GK101935085SQ20101024277
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者刘凤鸣, 孙振坤 申请人:青岛鑫源环保设备工程有限公司