利用微波增强碳基复合微电解滤料处理有机废水的方法与流程

本发明涉及一种利用微波增强碳基复合微电解滤料处理有机废水的方法，属于污水处理技术领域。

背景技术：

微电解处理废水的方法主要是利用电位差较大的材料在电解质溶液中形成的原电池所产生的微电流进行氧化还原废水中的污染物，来达到净化效果的方法。铁碳微电解法就是最常见的一种，利用铁和碳在酸性环境下形成微电流来处理废水，由于铁和碳两种材料价格低廉，因而在污水处理工程上应用最为普遍。

铁碳微电解的反应如下：

阳极(Fe)：Fe-2e→Fe²⁺；

阴极(C)：2H⁺+2e→2[H]→H₂；

当有O₂时，还有进一步发生如下反应：

O₂+4H⁺+4e→2H₂O；

O₂+2H₂O+4e→4OH^-；

2Fe²⁺+O₂+4H⁺→2H₂O+Fe³⁺。

当废水的pH值调节到中性时，Fe²⁺和Fe³⁺离子也能起到沉淀絮凝的作用，从而去除水中的污染物。

微波是一种高效迅速能量传递方式，微波对于废水的作用可以促进水分子和废水中污染物的分子运动，有利于加速废水处理的各种反应的进行。因此，将微波作用与微电解反应结合起来，能够通过微波进行催化促进微电解反应的发生，达到更好的净化效果。

已经有文献报道对于将微波辐射与微电解结合来处理废水的方法进行了研究。有一些是将微电解工艺和微波辐照分段进行，一般是在微电解反应出水后然后经过微波辐照后再进行调节pH值沉淀，例如《水处理技术》第36卷12期的“微电解－微波辐照联用技术处理敌百虫农药废水”文章中，王子波等人采用的就是两段法。在铁碳微电解反应出水后再进行微波辐照，微波所增强的并不是微电解反应过程，而是由于在微电解出水中所含有的Fe²⁺在与投入的H₂O₂形成了Fenton反应，微波所增强的是Fenton反应的效果。另外微波辐照前还投入了活性炭粉，活性炭粉在微波作用下由于吸附作用和局部热点的高温导致的有机物分解。这种分段法由于在实际应用中会存在费用提高，工程占地面积增大的问题。此外，也有是将微电解反应的同时加微波的，例如《环境工程学报》第4卷第5期“微波辐照活性炭/铁屑处理橡胶促进剂生产废水”的文章中，就研究了以废铁屑和活性炭进行微电解的同时进行微波辐照的效果。虽然效果明显，但这种方法存在一些实际使用上的问题。首先是安全性问题，由于微波场中尖端金属容易放电打火，因此对废铁屑进行微波加热存在一定的安全隐患。另外由于需要微电解装置中同时有微波作用装置，实际工程上的装置设计会更复杂，例如需要添加微波发生器、导波管和微波溃口等。传统废铁屑和活性炭的微电解填料容易发生板结和钝化，一旦发生则需要对装置内的微电解滤料进行更换，这不但会非常费时费力，而且对于装置维护来说也造成很大困难。正因为如此，虽然文献中数据结果非常好，原理和过程也简单，但没法真正进行实用化。而通过用复合微电解滤料附加微波辐射的办法就可以解决以上问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用微波增强碳基复合微电解滤料处理有机废水的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种利用微波增强碳基复合微电解滤料处理有机废水的方法，其包括如下步骤：

将有机废水的pH值调节至3～4后，通入填充有碳基复合微电解滤料的微波电解反应装置内，启动电源和微波源，进行微波辐射下的微电解反应后，调节pH值到7，排出。

作为优选方案，所述微波源的功率为1～3kW。

作为优选方案，所述碳基复合微电解滤料的制备方法为：

在常温下将质量比为(1～9)：1的一种或多种金属粉末与碳质中间相粉末进行充分的混合，然后压制成型，在绝氧的条件下对其加热，控制温度为500～900℃，保温40～80min，然后自然冷却至室温即可。

作为优选方案，所述碳基复合微电解滤料的形状为规则形状。

作为优选方案，所述碳基复合微电解滤料的粒径为1～2cm。

作为优选方案，所述微波电解反应装置包括：反应罐、金属管、微波源和微波发射头，所述微波源设置于反应罐的外侧，所述金属管设置于反应罐内，所述微波发射头穿设于金属管内，且微波发射头与微波源通过管路相连接。

作为优选方案，所述碳基复合微电解滤料的填充高度高于金属管至少10cm。

作为优选方案，所述反应罐包括金属壳体和附着于所述金属壳内侧的聚合物内衬。

作为优选方案，所述金属管的管壁上设有微波溃口，管壁外侧还包覆有聚合物层。

作为优选方案，所述反应罐内还设置有曝气装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明是用复合微电解滤料替代传统的铁屑和焦炭填料以增强微波辐射时的安全性，同时解决了传统填料的板结、钝化和更换等问题；

2、同时通过微波装置的结构设计实现了本技术工程化应用的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中微波电解反应装置的结构示意图；

图2为本发明中反应罐的结构示意图；

图3为本发明中金属管的放大示意图；

图中：1、反应罐；2、微波源；11、罐体；12、金属管；13、进水口；14、出水口；21、微波发射头；121、聚合物层；122、微波溃口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1～3所示，本发明提供的微波电解反应装置包括：反应罐1、金属管12、微波源2和微波发射头21，微波源2设置于反应罐1的外侧，金属管12设置于反应罐1内，微波发射头21穿设于金属管12内，微波发射头21与微波源2通过管路相连接，碳基复合微电解滤料的填充高度高于金属管12至少10cm，反应罐的罐体11包括金属壳体和附着于所述金属壳内侧的聚合物内衬，还包括进水口13和出水口14，进水口13设置于罐体11的下部，出水口14设置于进水口13的对侧上部；金属管12的外侧的包覆有聚合物层121组成，且金属管12的管壁上设有微波溃口122，反应罐内还设置有曝气装置。电解装置和曝气装置均属于本领域的公知常识，因此图中未示。

实施例1

本实施例涉及一种某医药厂的制药废水，原水COD值为55000mg/L。经过复合微电解滤料单独处理，在pH值为3，停留时间为30min，滤料填充量为1t，废水流速为2t/h的条件下，出水COD为45000mg/L。在相同微电解处理条件下同时添加10mL/L的H₂O₂但不加微波辐照，出水COD为41000mg/L。在相同微电解处理条件下不添加H₂O₂但用3kW的微波源同时进行辐射，出水COD为32000mg/L。

实施例2

某化工厂的焦化废水，经生化处理后的COD值为300mg/L。将生化出水经过复合微电解滤料单独处理，在pH值为3，停留时间为30min，滤料填充量为1t，废水流速为2t/h的条件下，出水COD为180mg/L。在相同微电解处理条件下同时添加10mL/L的H₂O₂但不加微波辐照，出水COD为160mg/L。在相同微电解处理条件下不添加H₂O₂但用1kW的微波源同时进行辐射，出水COD为120mg/L。

实施例3

某造纸厂的造纸废水，经生化处理后的COD值为450mg/L。将生化出水经过复合微电解滤料单独处理，在pH值为3，停留时间为30min，滤料填充量为1t，废水流速为2t/h的条件下，出水COD为220mg/L。在相同微电解处理条件下同时添加10mL/L的H₂O₂但不加微波辐照，出水COD为150mg/L。在相同微电解处理条件下不添加H₂O₂但用1kW的微波源同时进行辐射，出水COD为60mg/L。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。