专利名称：利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法
技术领域：
本发明涉及一种废水处理中的高级氧化技术，尤其涉及一种利用微波和内电解的 协同作用降解废水中有机污染物的方法。
背景技术：
随着现代工业的不断发展，会有有大量有毒有害、生物难以降解的污染物废水排 入环境，造成严重的环境污染，而常规的水处理方法，如物理化学法和生物处理方法，对于 化工、印染、医药、染料颜料等难降解、可生化性差、排放值(COD)值高、色度高的废水，采用 传统的生化处理方法已经不能满足处理要求，这类废水一旦进入到环境系统中将会造成极 其严重的后果，往往会引起环境系统不可逆的损害。因此，高级氧化技术这类污染物的 处理方法受到国内外环境工程界的高度重视，所以研发高效新型的处理技术已成为水处理 领域的热点之一，也是难点之一。高级化学氧化技术，是对传统水处理技术中的经典化学 氧化法在改革的基础上应运而生的一种新技术方法，它由Glaze W. H.等人于1987年提 出° 高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes,简称 AOPs,或 Advanced Oxidation Technologies,简称AOTs)，是指通过化学或物理化学的方法，使污水中的污染物直接矿化 为CO2和H2O及其它无机物，或将污染物转化为低毒、易生物降解的小分子物质。AOPs通常 被认为是利用其过程中产生的化学活性极强的羟基自由基(OH)将污染物氧化的，由于这 一技术具有高效、彻底、适用范围广、无二次污染等优点而备受关注。目前，高级氧化技术主 要包括化学氧化、光催化氧化、湿式氧化、超临界水氧化及其联用技术等。但与传统的水处 理技术相比，还存在反应条件要求较高、处理成本偏高等问题。随着污染排放标准的日益严 格，人们在不断地努力探索、研究，通过优化工艺参数、提高处理效率、降低成本，使高级氧 化技术在水处理领域会的应用前景越来越广泛。内电解法是70年代初开始随着铁在废水处理中的应用而逐渐发展起来的一种废 水处理方法，基本原理是利用铁屑中的铁和碳组分分别构成微小原电池的正极和负极，以 污水为电解质溶液，发生氧化-还原反应，形成原电池。在反应中，铁和碳构成了完整的回 路，在它的表面上，电流在成千上万细小的微电池内流动。在内电解过程中，电极反应生成 H、新生态的Fe以及氢氧化铁等具有较高化学活性的产物，与污水中许多污染物发生氧化 还原反应，使大分子物质分解为二氧化碳和水，或小分子的中间体；使某些难生化降解的化 学物质转变成容易生化处理的物质，提高污水的可生化性。同时，在原电池周围电场的作用 下，污水中带电胶粒和杂质通过静电引力和表面能的作用附集、凝聚。因此，内电解法是集 电化学吸附、絮凝_氧化还原反应等于一体的综合方法。铸铁是由纯铁和碳化铁及一些杂 质制成的合金，碳化铁和杂质以极小的颗粒分散在铸铁内，当铸铁浸入电解质溶液时，构成 了无数个腐蚀微电池，在微电池中，纯铁为阳极，碳化铁为阴极，当体系中有活性碳等宏观 阴极材料存在时，又可以制成宏观腐蚀电池.基本电极反应如下阳极 Fe Fe0+2e
阴极 2H++2e —2H —H2 酸性介质02+2H20+4e — 40F 碱性介质电极反应生成的新生态Fe2+及进一步氧化生成的Fe和它们的水合物具有较强的 吸附_絮凝活性，吸附废水中微小颗粒、金属粒子及有机分子，而絮凝沉降下来，使水体净 化.在中性或偏酸性的介质中，铸铁电极本身及电极反应所产生的新生态H、Fe2+等能与废 水中许多组分发生氧化还原反应，降低其毒性。微波的主要特点是它的似光性、穿透性和非电离性。似光性指它与频率较低的无 线电波相比，更能像光线一样地传播和集中；穿透性指它与红外线相比，照射介质时更易深 入物质内部；非电离性指它的量子能量还不够大，与物质相互作用时虽能改变其运动状态， 但还不足以改变物质分子的内部结构或分子间的键。微波的这些特点，使它有着广泛的应 用，最重要的应用是雷达和通信，此外，在工农业生产、科学研究、医学、生物学以及人民生 活等方面都有广泛的应用。在废水处理方面的研究，近年来又有了新的进展，特别是杀菌、 加热、与其它氧化技术(如芬顿氧化、活性碳、光催化氧化等)联用处理废水，有了新的进 展，但目前工业化的技术应用，还不多见，尤其微波与内电解的联用技术，还没有工业化的 应有及相关文献报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种处理效率高、时间短、能耗小、设备条件要 求不高的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是利用微波和内电解的协同作用降 解废水中有机污染物的方法，包括如下步骤一、预处理用物理方法将含有有机污染物的 废水中的悬浮物及其它颗粒杂质去除；并根据废水情况调节废水的PH值到5-9的范围； 二、将预处理后的废水输入到内部装有吸磁复合材料的微波反应器内，废水与吸磁复合材 料发生内电解反应，由微波反应器中的微波发生器对吸磁复合材料进行微波处理；对吸磁 复合材料进行微波处理可以促使废水与吸磁复合材料更好地发生内电解反应；三、后处理 对经过微波反应器处理后的废水采用物化的方法进一步处理，并可根据废水处理的要求， 再进行后续生化处理。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的吸磁复合材 料可再生，经过一段时间的废水处理，吸磁复合材料的吸附及电解能力有所下降，此时，在 不通入废水的情况下开启微波发生器，使其处于一个高温缺氧状态，使吸附在吸磁复合材 料上的有机物一部分氧化成为二氧化碳和水蒸气排出，另一部分碳化，形成类似活性炭的 物质，使吸磁复合材料恢复对废水的处理功能，实现对吸磁复合材料的再生。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的吸磁复合材 料再生时，可根据吸磁复合材料的损耗及吸附能力情况，再加入一定量的活性碳或硅藻土， 单质铁、铁氧体或稀土金属，通入惰性气体，进行吸磁复合材料的二次再生。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的惰性气体为 氮气。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的微波发生器 连续可调，其频率为2. 45GHz，功率为辐射功率为0. 5KW至5KW，在对所述的吸磁复合材料进行再生时，微波发生器的辐射时间为30秒至10分钟，使吸磁复合材料的温度达到150°C至 1050 O。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的物理方法为 沉降、过滤或气浮，控制废水中的悬浮物及其它颗粒杂质的悬浮浓度，使其小于70mg/l。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的废水与吸磁 复合材料发生内电解反应时，废水在微波反应器内的停留时间为30秒至50分钟。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的微波反应器 结构包括微波发生器，设置在设置微波发生器内的管道，分别设置在管道两端的进水口和 出水口，吸磁复合材料设置在管道内；所述的管道是由透波材料制成，所述的透波材料可以 是聚苯乙烯、聚四氟乙烯、石英、玻璃或陶瓷等材料，所述的微波发生器的外壳体是由具有 磁屏蔽性能的钢化材料制成。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的吸磁复合材 料是由吸附性能良好的活性碳或硅藻土与单质铁、铁氧体或稀土金属制成，吸磁复合材料 的形状为颗粒体、纤维体或圆柱形的过滤棒。为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是所述的吸磁复合材 料的形状为颗粒体，颗粒体的粒径范围为1. 0 4. 0mm。本发明的优点是上述利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法是一种处理效率高、时间短、能耗小、设备条件要求不高的废水高级氧化处理方法，该方 法将微波作用和内电解作用及复合吸磁材料的吸附作用有机结合，适用范围广，可对几乎 所有含机污染物的废水进行处理，对废水的酸碱性没有特定的要求，能在中性条件下有良 好的处理效果，特别是对化工、医药、印染等行业产生的废水有特殊的净化、消减效果，设备 结构简单，使用方便，便于操作和管理。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。图1为本发明利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法的工 艺流程图。图2为本发明利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法中微 波反应器的结构示意图。图中1、微波发生器，2、管道，3、进水口，4、出水口，5、吸磁复合材料。
具体实施例方式如图1、图2所示，利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法， 包括如下步骤一、预处理用物理方法将含有有机污染物的废水中的悬浮物及其它颗粒 杂质去除；并根据废水情况调节废水的PH值到5-9的范围；二、将预处理后的废水输入到 内部装有吸磁复合材料5的微波反应器内，废水与吸磁复合材料5发生内电解反应，由微波 反应器中的微波发生器1对吸磁复合材料5进行微波处理；对吸磁复合材料5进行微波处 理可以促使废水与吸磁复合材料5更好地发生内电解反应；三、后处理对经过微波反应器 处理后的废水采用物化的方法进一步处理，并可根据废水处理的要求，再进行后续生化处理。在后处理中，可根据要处理水样的要求，采用加入药剂进行絮凝沉降或采用加入化学氧 化剂(如臭氧、过氧化氢等)及其它生物处理方法，直至达到处理要求。在本实施例中，所述的吸磁复合材料5可再生，经过一段时间的废水处理，吸磁复 合材料5的吸附及电解能力有所下降，此时，在不通入废水的情况下开启微波发生器1，使 其处于一个高温缺氧状态，使吸附在吸磁复合材料1上的有机物一部分氧化成为二氧化碳 和水蒸气排出，另一部分碳化，形成类似活性炭的物质，使吸磁复合材料5恢复对废水的处 理功能，实现对吸磁复合材料5的再生。在具体应用时，在吸磁复合材料5进行再生时，也可 以将微波反应器内需要再生吸磁复合材料5多次收集后，在微波反应器利用单独的微波发 生器1对吸磁复合材料5进行再生。所述的吸磁复合材料5再生时，可根据吸磁复合材料 5的损耗及吸附能力情况，再加入一定量的活性碳或硅藻土，单质铁、铁氧体或稀土金属，通 入惰性气体，进行吸磁复合材料5的二次再生。在本实施例中，所述的惰性气体为氮气。在本实施例中，所述的微波反应器结构包括微波发生器1，设置在设置微波发生 器1内的管道2，分别设置在管道2两端的进水口 3和出水口 4，吸磁复合材料5设置在管 道2内；所述的管道2是由透波材料制成，所述的透波材料可以是聚苯乙烯、聚四氟乙烯、石 英、玻璃或陶瓷等材料，所述的微波发生器1的外壳体是由具有磁屏蔽性能的钢化材料制 成。所述的吸磁复合材料5是由吸附性能良好的活性碳或硅藻土与单质铁、铁氧体或 稀土金属制成。在本实施例，所述的吸磁复合材料5可以是由活性炭与单质铁制成的铁碳 吸磁复合材料。所述的吸磁复合材料5的形状为颗粒体、纤维体或圆柱形的过滤棒。在本 实施例中，所述的吸磁复合材料5的形状为颗粒体，颗粒体的粒径范围为1. 0 4. 0mm。在本实施例中，所述的微波发生器1连续可调，其频率为2. 45GHz，功率为辐射功 率为0. 5KW至5KW，在对所述的吸磁复合材料5进行再生时，微波发生器5的辐射时间为30 秒至10分钟，使吸磁复合材料5的温度达到150°C至1050°C。所述的物理方法为沉降、过滤或气浮，控制废水中的悬浮物及其它颗粒杂质的悬 浮浓度，使其小于70mg/l。所述的废水与吸磁复合材料5发生内电解反应时，废水在微波反应器内的停留时 间为30秒至50分钟。如图2所示，废水预处理后通过进水口 3进入微波反应器内，在废水与铁碳磁复合 材料发生内电解的同时，通过微波发生器1给予微波辐射进行处理，处理一端时间后，由出 水口 4排出。处理时，可根据不同废水不同处理要求做一些调整，含难降解物质较多，有机 物浓度较高，废水排放值(COD)较高等可以通过加长废水在反应区的停留时间，加强微波 辐射强度等手段控制，使其达到一个最佳的处理效果。微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的具体原理如下在微波场下， 吸磁复合材料能有效地吸收微波能量、温度可达1000°c以上，吸磁复合材料孔隙中吸附的 有机物，在高温作用下克服范德华力，分解成co2、CO、水蒸气等气体，使吸磁复合材料再生。 微波诱导催化反应的基本原理是将高强度短脉冲微波辐射聚集到吸磁复合材料中的固体 催化剂(稀有金属)上，使物质表面点位选择性地被快速加热至很高的温度，受激发的表面 点位即可发生化学反应，而铁质体的存在，正好充当“敏化剂”作用，使得微波场中吸磁复合 材料内的打火更剧烈。铁质体间产生弧光，温度很快升高，形成“热点”。吸磁复合材料吸收
7微波能在温度迅速升高的同时，铁质体也吸收微波能，能量聚积到一定程度，当温度达到气 体的“着火点”，就会出现金属打火，气体放电的现象，放电过程中出现散落的弧光放电，称 之为常压下微波场内形成一种非稳态的放电等离子体，它使铁屑表面结构发生明显改变: 在产生等离子体的同时也激发产生Fe2+、Fe3+以及强氧化剂臭氧及羟自由基等活性物质，还 产生电弧(紫外光)。这些活性物质不仅可降解铁屑表面沾附的部分有机污染物，而且也加 速了吸磁复合材料孔隙中有机污染物的降解。传统的内电解法随着反应时问的延长，一般 采用活性碳，而不是吸磁复合材料，当活性炭吸附饱和，铁屑被有机物包裹，处理效果明显 下降。而采用微波及吸磁复合材料作用后，不仅吸磁复合材料得到再生，而且使内电解得到 强化，处理效果显著提高。实施例一对铜酞菁废水进行处理，原水COD浓度为36500mg/L，pH值为3，苯胺浓 度为460mg/L，经过本处理方法的步骤1、2、3处理后(步骤1为调pH过滤，步骤2处理时间 为15分钟，步骤3采用絮凝沉降)，排放值(COD)降到876!^/14!1值为8.5，苯胺浓度值为 5mg/l，水质基本无色，排放值(COD)、苯胺的去除率分别为97.6%、98.9%。上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普 通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也应属于本发明的保护范畴。
权利要求
利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于包括如下步骤一、预处理用物理方法将含有有机污染物的废水中的悬浮物及其它颗粒杂质去除；并根据废水情况调节废水的pH值到5 9的范围；二、将预处理后的废水输入到内部装有吸磁复合材料的微波反应器内，废水与吸磁复合材料发生内电解反应，由微波反应器中的微波发生器对吸磁复合材料进行微波处理；对吸磁复合材料进行微波处理可以促使废水与吸磁复合材料更好地发生内电解反应；三、后处理对经过微波反应器处理后的废水采用物化的方法进一步处理，并可根据废水处理的要求，再进行后续生化处理。
2.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法，其特征在于所述的吸磁复合材料可再生，经过一段时间的废水处理，吸磁复合材料的 吸附及电解能力有所下降，此时，在不通入废水的情况下开启微波发生器，使其处于一个高 温缺氧状态，使吸附在吸磁复合材料上的有机物一部分氧化成为二氧化碳和水蒸气排出， 另一部分碳化，形成类似活性炭的物质，使吸磁复合材料恢复对废水的处理功能，实现对吸 磁复合材料的再生。
3.根据权利要求2所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法，其特征在于所述的吸磁复合材料再生时，可根据吸磁复合材料的损耗及吸附能力情 况，再加入一定量的活性碳或硅藻土，单质铁、铁氧体或稀土金属，通入惰性气体，进行吸磁 复合材料的二次再生。
4.根据权利要求3所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法，其特征在于所述的惰性气体为氮气。
5.根据权利要求2所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法，其特征在于所述的微波发生器连续可调，其频率为2. 45GHz，功率为辐射功率为0. 5KW 至5KW，在对所述的吸磁复合材料进行再生时，微波发生器的辐射时间为30秒至10分钟，使 吸磁复合材料的温度达到150°C至1050°C。
6.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法，其特征在于所述的物理方法为沉降、过滤或气浮，控制废水中的悬浮物及其它颗粒 杂质的悬浮浓度，使其小于70mg/l。
7.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法，其特征在于所述的废水与吸磁复合材料发生内电解反应时，废水在微波反应器内的停 留时间为30秒至50分钟。
8.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法，其特征在于所述的微波反应器结构包括微波发生器，设置在设置微波发生器内的管 道，分别设置在管道两端的进水口和出水口，吸磁复合材料设置在管道内；所述的管道是由 透波材料制成，所述的透波材料可以是聚苯乙烯、聚四氟乙烯、石英、玻璃或陶瓷等材料，所 述的微波发生器的外壳体是由具有磁屏蔽性能的钢化材料制成。
9.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方 法，其特征在于所述的吸磁复合材料是由吸附性能良好的活性碳或硅藻土与单质铁、铁氧 体或稀土金属制成，吸磁复合材料的形状为颗粒体、纤维体或圆柱形的过滤棒。
10.根据权利要求9所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的 方法，其特征在于所述的吸磁复合材料的形状为颗粒体，颗粒体的粒径范围为1.0 `4. Omm0
全文摘要
本发明公开了一种处理效率高、时间短、能耗小、设备条件要求不高的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，包括如下步骤一、预处理用物理方法将含有有机污染物的废水中的悬浮物及其它颗粒杂质去除；并根据废水情况调节废水的pH值到5-9的范围；二、将预处理后的废水输入到内部装有吸磁复合材料的微波反应器内，废水与吸磁复合材料发生内电解反应，由微波反应器中的微波发生器对吸磁复合材料进行微波处理；对吸磁复合材料进行微波处理可以促使废水与吸磁复合材料更好地发生内电解反应；三、后处理对经过微波反应器处理后的废水采用物化的方法进一步处理，并可根据废水处理的要求，再进行后续生化处理。
文档编号C02F1/461GK101955288SQ20101024554
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者丁元兵, 王文中, 王新, 王正中 申请人:中智环保科技江苏有限公司