一种基于微波辅助催化氧化的连续型废水处理方法及其装置与流程

本发明涉及一种基于微波辅助催化氧化的连续型废水处理方法及其装置，属于废水处理技术领域。

背景技术：

随着我国医药化工行业的发展，医药化工行业同样也是我国典型的重污染行业。据调查，医药化工行业大部分生产过程均涉及合成、萃取、蒸馏等多个环节，同时生产过程又大量引入溶剂、助剂和催化剂等有机物，导致生产废水污染物成分复杂、有毒有害物质含量高、部分废水含盐量大、氨氮及有机氮含量高等特点，给废水的治理带来较大的难度。

化学合成制药是利用有机或无机原料通过化学反应制备药品或中间体的过程，包括纯化学合成制药和半合成制药。其生产过程产生的废水量小，但残余反应物、生成物、溶剂、催化剂等浓度高，cod浓度值可高达几十万mg/l；其中残留的一些原料或产物如酚类化合物、苯胺类化合物、重金属、苯系物、卤代烃溶剂等，具有明显的生物毒性。

通常针对cod的处理，一般采用气浮法配合催化氧化的方法去降价解废水中的有机物，从而降低废水中的cod含量。

微波是指频率从300mhz到300ghz，波长为1mm～1m的超高频电磁波。由于微波技术所具有的选择性加热、快速高效、设备体积小且无二次污染、节能、清洁、操作条件简单等优点，近年来，微波技术在环境保护领域，尤其是在处理其中的难降解物质的研究方面受到越来越多的关注。目前微波技术应用于废水处理的方式主要有三种：第一种是先利用吸波材料吸附废水中的污染物质，然后将吸波材料取出并置于微波场中辐射，使吸附的污染物降解；第二种是直接用微波辐射含有(或不含)吸波材料的污染溶液来进行降解处理；第三种是与其他技术(如光催化，均相氧化等)结合使用。由于第三种方法需要配合光催化技术，目前技术尚不成熟，在废水处理方面一般还停留在实验室阶段，很少用于工业化的处理。所以常用的还是第一种和第二种方法。

第一种方法需要先在容纳废水的反应容器中放入吸波材料进行预先吸附，然后使用微波辐射废水，使吸附在吸波材料上的有机物进行强催化氧化，完成后重新载入废水，微波停机等待吸附，再重新开启微波进行处理，即整个过程是不连续的，效率相对较低。而且由于目前吸波材料都是采用堆填的方式，而微波的辐射穿透能力有限，实际上位于较深液位下的催化氧化过程不是特别高效。如中国发明cn201810806093.5，它公开了一种微波催化氧化处理难降解有机废水的装置和方法，它就是一种典型的吸附-处理-再生的流程，该方法为了提高处理效率，通过改进反应容器的结构，进而使其能够承受更高的温度，从而可以通过提高微波的功率以提高处理效率。但是这种方法仍然需要在采用间歇式的微波处理，对于微波设备的利用率不高，相对处理效率较低。

而第二种方法存在的一个最大的问题是需要将吸波材料与废水进行均匀混合，而且吸波材料应做成粉末状才能达到所需效果。为了回收吸波材料，需要有一定的固液分离技术去支持，对分离设备的要求较高。参见申请号为201711375971.4的中国发明申请，它公开了一种自循环微波催化氧化处理废水的方法，它采用了截留脉冲分离器对催化剂进行分离，虽然达到了连续处理的目的，但是其处理效率受限于截留脉冲分离器的分离效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种基于微波辅助催化氧化的连续型废水处理方法及其装置。本发明可以对医药化工废水进行连续的微波辅助催化氧化处理，有效提高废水处理效率，大幅降低废水中的cod含量。

本发明的技术方案：一种基于微波辅助催化氧化的连续型废水处理方法，其特点是：利用可旋转的滚筒承载多块带催化剂载体的支撑板，滚筒一部分浸润在废水内，一部分持续照射在微波作用下，旋转滚筒使每一块支撑板上的催化剂载体持续在浸润废水并吸附有机物和微波辅助催化氧化作用之间进行连续切换，从而实现废水的催化氧化处理。

上述的基于微波辅助催化氧化的连续型废水处理方法中，所述滚筒持续照射微波作用的一端位于废水液位以上，使催化剂载体在照射微波作用时以仅携带少量水分的状态进行，可以充分利用微波的功率，催化剂载体可以在微波作用下快速升温，从而提高催化氧化效率。这种方式相对于直接在废水中照射微波的做法，可以忽略微波穿透性，微波作用的有效性可以得到保障，可以使微波功率得到充分利用。

前述的基于微波辅助催化氧化的连续型废水处理方法中，为了提高处理量，可以通过将废水反应容器分隔成多个区域，分别设置滚筒和微波生成设备，进行多级催化氧化处理，这样就可以加大废水进入流量，依靠多级催化氧化达到最终处理效果。

前述的基于微波辅助催化氧化的连续型废水处理方法中，为了对能源进行充分利用，经过催化氧化处理后的废水转移至废水进入端进行热交换，一方面对进入处理的废水进行预热，降低催化氧化对微波的功率要求，另一方面降低排出废水的温度，便于进行下一步的生化处理。

实现前述方法的连续型废水处理装置，其特点是：包括氧化池，所述氧化池内设有滚筒，滚筒上均布有带催化剂载体的支撑板，所述滚筒上方设有微波发生器，滚筒下方设有氧化剂释放管；所述氧化池前侧设有预热池，后侧设有溢流槽，溢流槽上连接有出水管；所述预热池前侧设有废水进入管；预热池底部设有连通至氧化池的过流孔；所述预热池内设有换热管，换热管下端设有连通至出水管的分流腔，换热管上端设有连通至排液管的汇流腔。

前述的连续型废水处理装置中，所述滚筒的数量为两个或两个以上，每个滚筒之前设折流槽，折流槽由前侧的矮挡板和后侧的高挡板组成，高挡板下侧开设有过流孔；每个滚筒上方和下方分别设置有微波发生器和氧化剂释放管。

前述的连续型废水处理装置中，所述氧化剂释放管通过第一汇流管连接有臭氧管和第二汇流管，第二汇流管连接有空气管和水管。

前述的连续型废水处理装置中，所述支撑板上的催化剂载体为活性炭；支撑板由两块带网孔的夹板组成，催化剂载体设置在两块夹板之间。

前述的连续型废水处理装置中，所述催化剂载体上的催化剂为金属盐。可以是铁、钴、镍、锰、镉、钒、铜、锌等过渡金属的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐，其中更优选的是铁、铜、锰。

前述的连续型废水处理装置中，所述氧化池和预热池上均由池体和盖体组成，池体和盖体外均包覆有保温材料层。

与现有技术相比，本发明通过利用旋转的滚筒去承载催化剂载体，使催化剂载体可以交替地在废水中和微波下，可以充分给予催化剂载体吸附和催化氧化解吸的时间，而微波发生器可对连续翻转至照射位置的催化剂载体进行持续工作，可提高微波发生器的利用率，从而提高废水催化氧化的效率。而且，本发明的微波催化氧化作用对象是催化剂载体吸附上来的有机物，其表面仅有携带上来的部分水膜，对于微波的阻隔作用可以忽略不计，微波作用的有效性可以得到保障，从而可以使微波功率得到充分利用，因此，在同等废水处理量的前提下，本发明的微波功耗可以做到更低。因此，本发明可以在更低功耗下大幅降低废水中的cod含量。

附图说明

图1为本发明的俯视结构原理图；

图2为本发明的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种连续型废水处理装置，结构如图1和2所示：包括氧化池1，所述氧化池1内设有滚筒2，滚筒2上均布有带催化剂载体的支撑板3，所述滚筒2上方设有微波发生器4，滚筒2下方设有氧化剂释放管5；所述氧化池1前侧设有预热池6，后侧设有溢流槽7，溢流槽7上连接有出水管8；所述预热池6前侧设有废水进入管9；预热池6底部设有连通至氧化池1的过流孔；所述预热池6内设有换热管10，换热管10下端设有连通至出水管8的分流腔11，换热管10上端设有连通至排液管13的汇流腔12。所述滚筒2的数量为两个或两个以上(本实施例以2个为例)，每个滚筒2之前设折流槽14，折流槽14由前侧的矮挡板和后侧的高挡板组成，高挡板下侧开设有过流孔；每个滚筒2上方和下方分别设置有微波发生器4和氧化剂释放管5。所述氧化剂释放管5通过第一汇流管15连接有臭氧管16和第二汇流管17，第二汇流管17连接有空气管18和水管19。所述支撑板3上的催化剂载体为活性炭；支撑板3由两块带网孔的夹板组成，催化剂载体设置在两块夹板之间。所述催化剂载体上的催化剂为金属盐。所述氧化池1和预热池6上均由池体和盖体组成，池体和盖体外均包覆有保温材料层。

本实施例的工作原理：将废水从废水进入管9通过预热池6从底部进入氧化池1，在废水通过预热池6的过程中被换热管10加热；空气和臭氧预先与水混合后通过氧化剂释放管5进入氧化池1，并以上浮配合滚筒搅动的方式与废水充分混合；滚筒上位于废水液位以下的部分进行催化剂载体的有机物吸附，以上部分则携带着有机物、催化剂载体及富含氧化剂的水分，并在微波照射下迅速升温、催化氧化、催化剂载体解吸；经过一级处理的废水可以穿过折流槽14进行第二次微波处理；而经过两级处理的废水温度相对较高，它被送至预热池6的换热管10内作为热源，经过预热池6后，废水温度急剧下降，可以送至生化池进行进一步处理。

实验例。

实验装置：

氧化池：处理能力300l/h，型号尺寸：800×400×800mm。

预热池：处理能力300l/h，型号尺寸：200×400×800mm。

滚筒：数量2，直径350mm，宽度360mm，转速1.5r/min。

支撑板：数量10×2，型号尺寸：360mm×90mm×50mm；

催化剂载体：活性炭，厚度35mm；

催化剂：硫酸铜，以0.6mol/l溶液形式浸泡活性炭，并干固在活性炭上。

微波发生器：数量2×2，功率1500瓦。

氧化剂：臭氧，与废水摩尔比为0.15:10；空气，与废水摩尔比例为0.5:10。

废水源：取自浙江某医药化工企业脱溶脱盐后废水。

实验经过如下表所示。

由上表可以看出，使用本发明的装置，基本可以把高浓度cod的废水完成80％左右的cod去除率,效果显著。后续cod去除率有微小下降的主要原因在于活性炭的孔隙率下降、催化剂脱落等因素，通过更换催化剂载体即可。此外，经过本发明的装置处理后的废水，温度提升不是非常明显，排出的水温也基本无需进一步降温即可进入生化池处理，说明微波功耗较少地以热能方式排出本系统，本系统的能源利用率较高。