一种用于污水处理的量子裂化反应方法及其反应器与流程

本发明属于污水处理中降解难生化降解物质技术领域，具体是一种用于污水处理的量子裂化反应方法及其反应器。

背景技术：

水体污染物种类非常复杂，总体上可分为无机离子、重金属离子及有机污染物三大类。在各国提出的优先控制污染物名单中，有机污染物均是重点控制对象。影响水环境质量的有机污染物主要来源于生活污水和工业废水，尤其是工业废水。其成分复杂、水质波动大、色度深、有毒物含量高、可生化性差等特点，使其成为处理难度大、处理效率低的一类废水。由于许多有毒有机污染物不能采用传统的生物和物理方法处理，因此许多国家正在投入大量的人力物力进行有关新技术、新方法的探索及研发。

高级化学氧化法是分解这些难降解有机物的非常有效的方法，近20年来，各种高级氧化法被发现并迅速在水处理领域中应用，主要包括光催化氧化、声化学氧化、电化学氧化、湿式氧化、超临界水氧化等，这些方法就是使有机物分子动能达到化学反应阈值，尤其是湿式氧化，通过提高温度的手段来实现，因此湿式氧化必须在高温(125～320℃)和高压(0.5～20mpa)这样的苛刻条件下进行，但是这种苛刻的使用条件限制了该技术的应用和发展。

同时在工业废水中有大量高盐、难降解、难生化的有机废水，如酚类化合物，这是一类有毒的难生化降解的物质，广泛地用作防腐剂、除草剂、杀虫剂和医药品制备的中间体。由于毒性强且生物难降解,含酚废水在排放前必须经过特殊处理，目前对该类物质的主要处理方法有生化法、焚烧法、化学法，其中生化法仅对于处理低浓度的氯酚类物质效果较好，而且需要较长的反应时间，焚烧法容易产生其它有毒物质，化学法主要是指湿式氧化法，需要高温(125～320℃)和高压(0.5～20mpa)这样的苛刻条件，导致处理成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有污水处理中难生化降解的物质降解难的技术问题，提供一种用于污水处理的量子裂化反应方法及其反应器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于污水处理的量子裂化反应方法，在污水中加入污水处理剂，向污水中引入气泡，并在污水反应体系中建立微波电场大于100kv/m的强微波场。

本发明中将强微波场和污水中的气泡结合，在微小的局部(即气泡附近)，实现常规高级氧化反应要求的苛刻条件，而在宏观上(即整个反应腔内)是温和条件(即常温常压)，由此用宏观上的温和条件(常温常压)来取代常规高级氧化要求的苛刻条件(如常规芬顿反应要求的酸性条件、湿式催化氧化要求的高温高压条件等)。

作为优选地，所述污水处理剂为双氧水、活性炭以及硫酸亚铁的一种或多种。

作为优选地，所述气泡通过外部空气压缩机直接提供。

一种用于污水处理的量子裂化反应方法及其反应器，包括至少一个量子裂化反应器单元，所述量子裂化反应器单元包括微波谐振腔，所述微波谐振腔设置有微波馈入口、进水管道以及出水管道，所述微波馈入口外连接有用于产生微波电场大于100kv/m的微波管，微波馈入口内安装有将微波电场传递至微波谐振腔内的微波馈入窗。

作为优选地，所述量子裂化反应器单元设有多个，多个量子裂化反应器单元之间的连接方式为串联、并联、串并联以及并串联一种。

作为优选地，所述微波谐振腔设置为方形腔体，微波馈入口设置在微波谐振腔的顶部，进水管道和出水管道分别设置在微波谐振腔的两侧。微波能进入化学反应器且微波不从进出口外泄。

作为优选地，所述微波馈入窗的材质为聚四氟乙烯。将微波谐振腔内的被处理污水与微波馈入口密封隔离同时还保证微波进入微波谐振腔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过将微波管安装在微波馈入口处，微波管工作时在微波谐振腔中建立微波场(电场>100kv/m)，将污水中气泡电离并产生高能量电子(～100ev)，通过高能电子与有机物分子的碰撞加热，有针对性地提高污水中有机物分子的动能，增大反应截面，在温和条件下实现了难生化和难降解有机物的分解和裂化，从而取代常规高级氧化技术要求的苛刻条件(如常规芬顿反应要求的酸性条件、湿式催化氧化要求的高温高压条件等)，降低了污水中有机物的处理成本，提高了处理效率。

附图说明

图1为量子裂化反应器单元的剖视图；

图2为量子裂化反应器单元的外部结构示意图；

图3为微波馈入窗的结构示意图；

图4为多个量子裂化反应器单元的并、串联使用示例图；

图中标号分别为：1、微波馈入口；2、微波馈入窗；3、微波谐振腔；4、进水管道；5、出水管道；6、微波管。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1-2所示，为本发明提供的量子裂化反应器单元的结构示意图，所述量子裂化反应器单元包括微波谐振腔3，所述微波谐振腔3设置有微波馈入口1、进水管道4以及出水管道5，所述微波馈入口1外连接有用于产生微波电场大于100kv/m的微波管6，微波馈入口1内安装有将微波电场传递至微波谐振腔3内的微波馈入窗2，其中微波馈入窗2的结构如图3所示，谐振频率为2450mhz。

量子裂化反应器单元的工作原理为：微波管6安装在微波馈入口1处，工作时在微波谐振腔3中建立微波场；配好氧化剂量的污水同压缩空气一起从进水管道4进入微波谐振腔3，在微波谐振腔3中，由于强微波场的作用，压缩空气产生的气泡被电离，产生高能量电子(～100ev)，将污水中有机物分子动能提高，在温和条件下实现高级氧化反应要求的条件。从而使污水中的有机物转化为co2、h2o和小分子有机物，直接效果有：1)污水中cod值成倍下降，2)消除污水中toc，提高污水的可生化性，3)消色。

微波谐振腔3是一个方腔(长8cm,宽7cm,高6cm)，谐振频率为2450mhz，2)微波从微波谐振腔3上部的微波馈入口1馈入，微波馈入口1是直径5cm的圆孔，用于安装微波馈入窗2，3)微波馈入窗2是聚四氟乙烯，将微波谐振腔内的被处理污水与微波馈入口密封隔离同时还保证微波进入微波谐振腔，4)化学反应器两端是被处理污水的进出口，能保证微波不从进出口外泄，进出口管道直径是1-2cm，管道长度大于5cm。

实施例1

如图4所示，为多个量子裂化反应器单元组合形成量子裂化反应器，用于处理一个阿莫西林药厂的釜底液(浓黑，cod大于40000mg/l)，120公斤原液，配入2公斤30％双氧水，1000g活性炭，800硫酸亚铁，在量子裂化反应器内循环20分钟，出水清澈无色，c0d小于2000mg/l。

微波场强：大于1mv/m。

实施例2

一个青霉素药厂的釜底液(浓黑，cod大于20000mg/l)，50公斤原液，配入1公斤30％双氧水，500g活性炭，500硫酸亚铁，在四个串联单元内循环25分钟，出水清澈无色，c0d小于2000mg/l。

微波场强：大于1mv/m。

实施例3

一个青霉素药厂的釜底液(浓黑，cod大于20000mg/l)，5公斤原液，配入0.5公斤30％双氧水，100g活性炭，100硫酸亚铁，在单个量子裂化反应器单元内循环20分钟，出水清澈无色，c0d小于2000mg/l。

微波场强：大于1mv/m。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。