一种工业生产废水的微波催化氧化处理系统及方法与流程

1.本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种工业生产废水的微波催化氧化处理系统；另外，本发明还涉及一种工业生产废水的微波催化氧化处理方法。


背景技术：

2.随着工业的发展，工业生产产生的污水废水的种类以及排放量越来越多，对环境和人类健康具有巨大的危害。近年来，我国的废水处理得到了快速的发展，也较大幅度的改善了地表的水质，主要是我国政府已经制定了各项保护环境的政策，要求排污企业加大环保投资、建立符合要求的废水处理系统，但是很多企业因为处理技术的局限，废水的处理效率不高。
3.例如，煤化工生产废水污染物成分复杂，而且废水污染物的浓度高，传统的生化处理方法工艺成熟但运行稳定性差，抗冲击负荷能力弱。不能将废水中的有机物彻底氧化分解，产生的污泥依然是处理难点。传统物化方法处理废水工艺复杂，费用较高，有些物化处理方法条件要求相当苛刻。因此寻求稳定可靠又经济可行的废水处理新技术非常必要。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工业生产废水的微波催化氧化处理系统，可用于高效、快速、经济的破解大分子难降解物质和去除有机污染物，解决工业生产废水处理的攻坚难题。
5.另外，本发明还提供一种工业生产废水的微波催化氧化处理方法。
6.本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理系统所采用的技术方案是：本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理系统包括依次连接的预处理水池、催化混合器、催化反应区、微波升级反应区、混凝加药区、固液分离区；所述预处理水池用于沉淀分离废水中的大颗粒物及控制废水均匀流动；所述催化混合器用于投加稳定剂和催化剂，使废水与药剂混合均匀；所述催化反应区用于通过催化混合反应，完成废水中大分子物质的初级催化氧化以及小分子的完全氧化；所述微波升级反应区用于使废水发生微波加持催化剂的催化降解反应，进行强化催化降解，将废水进行多重循环氧化处理，完成难降解物质的集成式处理，以及大分子物质的降解处理；所述混凝加药区用于投加稳定剂、混凝剂、助凝剂并进行搅拌混凝；所述固液分离区用于通过沉淀池进行固液分离，将废水中大颗粒、悬浮物沉淀固液分离，并对固液分离后的上清液进行收集，废水达标排放或回用。
7.可选的，所述预处理水池包括一级反应沉淀池和调节池。
8.可选的，所述预处理水池与所述催化混合器之间通过定量提升泵连接。
9.可选的，所述催化混合器为压力式动力混合器，利用进水口的水头动力和混合器内部的紊流结构，强化平衡剂和催化剂与废水的充分混合，所述催化混合器上设有稳定剂添加口、至少一个催化剂添加口。
10.可选的，所述催化反应区包括催化反应搅拌器、曝气搅拌单元，所述催化反应搅拌
器上连接催化反应搅拌杆，所述催化反应搅拌杆上设有至少一组催化搅拌桨叶，用于形成循环水流，加强催化反应的进行；所述曝气搅拌单元与曝气搅拌风机相连接，用于气动搅拌和增加氧溶解氧，强化混合液水体流动，增加反应效率。
11.可选的，所述催化反应区设有ph及orp在线监测装置。
12.可选的，所述微波升级反应区包括微波发生器、若干个微波辐射催化单元，所述微波辐射催化单元包括上下密封体以及位于内腔的微波辐射管，所述微波辐射管外的内腔构成微波缓冲带，所述微波辐射催化单元的外腔设有点引剂载体、微波点引剂；所述微波发生器包括为所述微波辐射管供电的脉冲调制电路。
13.可选的，所述微波升级反应区内设有若干个推流混合器，用于通过推流将废水与所述微波辐射催化单元进行接触性氧化反应；所述微波发生器包括为所述推流混合器供电的飞轮缓释电路。
14.可选的，所述微波升级反应区设有ph、温度及orp在线监测装置。
15.可选的，所述微波升级反应区内对应于从所述催化反应区流入的入水口处以及流往所述混凝加药区的出水口处均设有格栅网，以均匀布水及均匀出水，缓冲均衡，维持稳定。
16.可选的，所述混凝加药区包括混凝反应搅拌器、稳定剂、混凝剂及助凝剂投加装置，所述混凝反应搅拌器上连接混凝反应搅拌杆，所述混凝反应搅拌杆上设有至少一组混凝搅拌桨叶，用于形成循环水流，促进稳定剂、混凝剂、助凝剂与废水的充分混合，加强混凝反应的进行。
17.可选的，所述混凝加药区设有ph在线监测装置。
18.可选的，所述固液分离区内中部设有中心布水筒、对应于从所述混凝加药区流入的入水口处以及出水口处分别设有集水堰，所述中心布水筒的外壁到所述固液分离区的内壁布设沉淀斜板，所述中心布水筒的底部设有三角折流板，所述沉淀分离区的下部设有泥斗，所述泥斗的出泥口通往污泥管路。
19.可选的，所述沉淀斜板的下方设有气反冲洗管路，所述气反冲洗管路与所述曝气搅拌风机相连接。
20.本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理方法所采用的技术方案是：本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理方法包括以下步骤：
21.(s1)对工业生产废水进行预处理，通过沉淀分离废水中的大颗粒物，避免对催化反应的阻断作用，减少催化剂浪费；通过调节池控制均匀流入水，减少对系统的负荷冲击；
22.(s2)向催化混合器投加稳定剂和催化剂，通过管道内的紊流动力推动，
23.使废水与药剂混合均匀；
24.(s3)通过搅拌使废水发生催化混合反应，完成废水中大分子物质的初级催化氧化以及小分子的完全氧化；
25.(s4)使废水发生微波加持催化剂的催化降解反应，进行强化催化降解，将废水进行多重循环氧化处理，完成难降解物质的集成式处理，以及大分子物质的降解处理；
26.(s5)在混凝加药区投加稳定剂、混凝剂、助凝剂，并进行搅拌混凝；
27.(s6)通过沉淀池进行固液分离，将废水中大颗粒、悬浮物沉淀固液分离，
28.并对固液分离后的上清液进行收集，废水达标排放或回用。
29.本发明的有益效果是：由于本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理系统包括依次连接的预处理水池、催化混合器、催化反应区、微波升级反应区、混凝加药区、固液分离区；所述预处理水池用于沉淀分离废水中的大颗粒物及控制废水均匀流动；所述催化混合器用于投加稳定剂和催化剂，使废水与药剂混合均匀；所述催化反应区用于通过催化混合反应，完成废水中大分子物质的初级催化氧化以及小分子的完全氧化；所述微波升级反应区用于使废水发生微波加持催化剂的催化降解反应，进行强化催化降解，将废水进行多重循环氧化处理，完成难降解物质的集成式处理，以及大分子物质的降解处理；所述混凝加药区用于投加稳定剂、混凝剂、助凝剂并进行搅拌混凝；所述固液分离区用于通过沉淀池进行固液分离，将废水中大颗粒、悬浮物沉淀固液分离，并对固液分离后的上清液进行收集，废水达标排放或回用；本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理系统克服了现有技术的缺陷和不足，结合工业生产对污染物排放的要求，对废水中的有机物进行氧化，同时创造良好的催化氧化反应条件，在综合技术加成条件下可短时间内完成催化氧化反应，以达到高效、快速、经济的破解大分子难降解物质和去除有机污染物的目的，进而解决行业废水处理的攻坚难题，适用于各类工业生产废水及同类型污水的降解处理，特别是煤化工行业含高cod、酚类、苯系物类的高有机综合废水的快速处理并稳定达标排放，具有以下明显优势：(1)工艺技术实施简单，自动化控制程度高，人工干预少，不受环境因素影响，无二次污染；(2)工艺执行要求简单，协同不同氧化工艺(芬顿催化氧化、臭氧氧化、氯系氧化剂氧化等)完成有机物的强化降解；(3)对出水有协同脱色作用，有效控制出水感官效果，进而综合减少废水的脱色环节工艺，节省系统投资。
30.同理，采用本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理方法对工业生产废水的微波催化氧化处理也具有上述有益效果。
附图说明
31.图1是本发明实施例的工业生产废水的微波催化氧化处理系统的整体结构示意图；
32.图2是本发明实施例的微波升级反应区平面布置的结构示意图；
33.图3是本发明实施例的工业生产废水的微波催化氧化处理方法的流程示意图。
具体实施方式
34.如图1、图2所示，本实施例的工业生产废水的微波催化氧化处理系统是一种煤气化工业生产废水的微波催化氧化处理系统，包括依次连接的预处理水池1、催化混合器2、催化反应区3、微波升级反应区4、混凝加药区5、固液分离区6；所述预处理水池1用于沉淀分离废水中的大颗粒物及控制废水均匀流动；所述催化混合器2用于投加稳定剂和催化剂，使废水与药剂混合均匀；所述催化反应区3用于通过催化混合反应，完成废水中大分子物质的初级催化氧化以及小分子的完全氧化；所述微波升级反应区4用于使废水发生微波加持催化剂的催化降解反应，进行强化催化降解，将废水进行多重循环氧化处理，完成难降解物质的集成式处理，以及大分子物质的降解处理；所述混凝加药区5用于投加稳定剂、混凝剂、助凝剂并进行搅拌混凝；所述固液分离区6用于通过沉淀池进行固液分离，将废水中大颗粒、悬浮物沉淀固液分离，并对固液分离后的上清液进行收集，废水达标排放或回用。
35.具体的，所述预处理水池1包括一级反应沉淀池和调节池，为了确保系统进水满足反应的基本要求，通过一级反应沉淀池沉淀分离废水中的大颗粒物，避免对催化反应的阻断作用，减少催化剂浪费；通过调节池控制均匀流入水，利于整个系统的运行工况稳定，减少对系统的负荷冲击；所述预处理水池1还可以保护系统设备寿命。所述预处理水池1与所述催化混合器2之间通过定量提升泵81连接，以便输送废水到所述催化混合器2。
36.所述催化混合器2为压力式动力混合器，利用进水口的水头动力和混合器内部的紊流结构，强化平衡剂和催化剂与废水的充分混合，所述催化混合器2上设有稳定剂添加口21、三个催化剂添加口22，便于系统的合理调整；稳定剂主要为酸或者碱，当采用芬顿催化氧化时，ph值控制在3.0～5.0；当采用臭氧催化氧化时，ph值控制在7.5～9.0；当采用次氯酸钠催化氧化时，ph值控制在4.5～5.5；催化剂的选取依据合适的工艺进行选择。
37.所述催化反应区3包括催化反应搅拌器31、曝气搅拌单元34，所述催化反应搅拌器31上连接催化反应搅拌杆32，所述催化反应搅拌杆32上设有上下两组催化搅拌桨叶33，用于形成循环水流，加强催化反应的进行；所述曝气搅拌单元34与曝气搅拌风机82相连接，当采用催化反应是氧触媒性质的催化反应时，开启所述曝气搅拌风机82曝气搅拌风机82，气动搅拌单元动作，形成搅拌的同时增加溶解氧，强化混合液水体流动，增加反应效率；所述催化反应区3设有ph及orp在线监测装置71，监测该单元的反应条件。
38.所述微波升级反应区4包括微波发生器41、三个微波辐射催化单元，所述微波辐射催化单元包括上下密封体46以及位于内腔的微波辐射管42，所述微波辐射管42外的内腔构成微波缓冲带43，所述微波辐射催化单元的外腔设有点引剂载体44、微波点引剂45，所述微波辐射催化单元与外壁构成u型循环反应体空间；所述微波发生器41包括为所述微波辐射管42供电的脉冲调制电路；所述微波升级反应区4内设有五个推流混合器47，用于通过推流将废水与所述微波辐射催化单元进行接触性氧化反应；所述微波发生器41包括为所述推流混合器47供电的飞轮缓释电路；所述微波升级反应区4内对应于从所述催化反应区3流入的入水口处以及流往所述混凝加药区5的出水口处均设有格栅网48，以均匀布水及均匀出水，缓冲均衡，维持稳定；所述微波升级反应区4设有ph、温度及orp在线监测装置72，监测该单元的反应条件。
39.废水在推流作用下，反复与所述微波辐射催化单元上的所述微波点引剂45接触，通过所述微波点引剂45的桥架作用，微波针对性的进行废水催化过程中的爆破作用，促进催化反应的快速进行；在微波频率为300mhz～3000ghz范围内，废水中的极性分子在电磁波作用下二次重新取向，强化在前端催化反应的一次强取向作用及有效反应的进行，同时将催化弱反应重新匹配，加强反应效率；微波穿透性比紫外、红外等其他催化光媒介强，辐射光通过缓冲均化后在点引剂桥架作用下与废水中分子物质完成反应；微波可以对废水中的反应基团与点引剂结合部位进行选择性加热，在加热点提升反应的速率，快速推进反应进程，吸收微波的位点温度可以迅速上升至高于1400℃，有机物在高温下可以迅速解离或加速反应；微波辐射范围可以形成交变电磁场，直接影响极性分子的选择性运动，促进反应的快速匹配和形成，同时对絮凝基团形成双电层的干扰破坏，可以促进后端混凝加药絮凝体的快速形成；微波反应的热惯性小，所述微波发生器41停止，加热即停止，系统酶促催化作用即停止，对控制整个反应系统的催化进程可以快速有效控制，避免资源浪费和延时损耗。所述微波点引剂45可选择共氧化剂类物质或微波低损耗物质混合体，共氧化剂物质可选择
四甲基哌啶-n-氧化物(tempo)、四丙基铵高钌酸盐(tpap)等，微波低损耗物质可选择a2o3、tio、zno、pbo、la2o3、y2o3、zro2等，点引剂的反应促进和架桥作用会更明显。
40.所述混凝加药区5包括混凝反应搅拌器51、稳定剂、混凝剂及助凝剂投加装置54，所述混凝反应搅拌器51上连接混凝反应搅拌杆52，所述混凝反应搅拌杆52上设有上下两组混凝搅拌桨叶53，用于形成循环水流，促进稳定剂、混凝剂、助凝剂与废水的充分混合，加强混凝反应的进行；所述混凝加药区5设有ph在线监测装置73，监测该单元的反应条件。
41.所述固液分离区6内中部设有中心布水筒61、对应于从所述混凝加药区5流入的入水口处以及出水口处分别设有集水堰62，所述中心布水筒61的外壁到所述固液分离区6的内壁布设沉淀斜板63，强化沉淀作用，所述中心布水筒61的底部设有三角折流板64，形成竖流式沉淀结构，完成基本的固液分离功能，所述沉淀分离区5的下部设有泥斗65，所述泥斗52的出泥口通往污泥管路；所述沉淀斜板63的下方设有气反冲洗管路66，所述气反冲洗管路66与所述曝气搅拌风机82相连接，定期对所述沉淀斜板63的积泥进行冲洗，确保斜板的有效作用。
42.本实施例的两个试验测试参数如下：
43.(1)煤焦化废水处理：
44.在fenton试剂存在下，用微波辐射处理多次铁碳微电解预处理后的煤焦化废水，在100m3水样中，双氧水用量为1.0m3、废水ph值为3、微波加热时间为30min、辐射功率为350w的条件下，可以使煤焦化废水的cod从367mg/l降至85.3mg/l。
45.(2)熄焦水回用处理后的反渗透浓水处理：
46.反渗透浓水含盐量达到tds值10万mg/l及以上，cod 325.6mg/l，利用微波催化氧化处理反渗透浓水，其催化氧化的最佳条件为100m3反渗透浓水，加h2o2(30％)1.0m3，微波功率为490w，加热时间20min，cod出水达到48.6mg/l，去除率达85.1％。
47.由以上试验数据可见，采用本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理系统显著提高了降解效率。
48.具体的工程应用案例：某煤化工企业废水处理工程在前端应用本实施例的工业生产废水的微波催化氧化处理系统，为煤焦化废水处理，系统进出水水质的对比测试参数如下：
[0049][0050]
由以上具体案例可见，采用本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理系统显著
提高了出水水质和去除率。
[0051]
需要说明的是，本领域技术人员根据实际需要，可以对上述各模块、装置、组件、单元、零部件等之间的连接设置必要的阀门等连接和控制部件，也可以对各部件的数量进行适当调整，在此不再赘述，如本实施例中，所述催化混合器2上的催化剂添加口22、所述催化搅拌桨叶33、所述混凝搅拌桨叶53、所述微波辐射催化单元、所述推流混合器47的数量均可以根据实际具体需要进行调整。
[0052]
本实施例的工业生产废水的微波催化氧化处理系统的处理流程概括如下：生产废水通过定量提升泵81提升至催化混合器2，在催化混合器2投加稳定剂和催化剂，通过管道内的紊流动力推动废水与药剂的混合均匀，后进入催化反应区3，在催化反应区3设置催化反应机械搅拌和气动搅拌，结合实际需要进行搅拌单元的选择，催化混合反应完成废水中大分子物质的初级催化氧化以及小分子的完全氧化，后自流进入微波升级反应区4进行强化催化降解，通过在微波升级反应区4与微波加持催化剂的催化降解，同时通过混合推流将废水进行多重循环氧化处理，进而完成难降解物质的集成式处理，以及大分子物质的降解处理，氧化后废水自流进入混凝加药区5，设置混凝反应机械搅拌和稳定剂、混凝剂、助凝剂投加，将废水中大颗粒、悬浮物等在固液分离区6进行混凝后沉淀固液分离，采用竖流式沉淀池，同时辅助沉淀斜板，完成固液分离后的废水达标排放或回用。
[0053]
如图3所示，本实施例的工业生产废水的微波催化氧化处理方法包括以下步骤：
[0054]
(s1)对工业生产废水进行预处理，通过沉淀分离废水中的大颗粒物，避免对催化反应的阻断作用，减少催化剂浪费；通过调节池控制均匀流入水，减少对系统的负荷冲击；
[0055]
(s2)向催化混合器2投加稳定剂和催化剂，通过管道内的紊流动力推动，
[0056]
使废水与药剂混合均匀；
[0057]
(s3)通过搅拌使废水发生催化混合反应，完成废水中大分子物质的初级催化氧化以及小分子的完全氧化；
[0058]
(s4)使废水发生微波加持催化剂的催化降解反应，进行强化催化降解，将废水进行多重循环氧化处理，完成难降解物质的集成式处理，以及大分子物质的降解处理；
[0059]
(s5)在混凝加药区5投加稳定剂、混凝剂、助凝剂，并进行搅拌混凝；
[0060]
(s6)通过沉淀池进行固液分离，将废水中大颗粒、悬浮物沉淀固液分离，
[0061]
并对固液分离后的上清液进行收集，废水达标排放或回用。
[0062]
以上实施例仅是对本发明的举例性说明，并非是对本发明保护范围的限定。
[0063]
本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理系统克服了现有技术的缺陷和不足，结合工业生产对污染物排放的要求，对废水中的有机物进行氧化，同时创造良好的催化氧化反应条件，在综合技术加成条件下可短时间内完成催化氧化反应，以达到高效、快速、经济的破解大分子难降解物质和去除有机污染物的目的，进而解决行业废水处理的攻坚难题，适用于各类工业生产废水及同类型污水的降解处理，特别是煤化工行业含高cod、酚类、苯系物类的高有机综合废水的快速处理并稳定达标排放，具有以下明显优势：
[0064]
(1)工艺技术实施简单，自动化控制程度高，人工干预少，不受环境因素影响，无二次污染；
[0065]
(2)工艺执行要求简单，协同不同氧化工艺(芬顿催化氧化、臭氧氧化、氯系氧化剂氧化等)完成有机物的强化降解；
[0066]
(3)对出水有协同脱色作用，有效控制出水感官效果，进而综合减少废水的脱色环节工艺，节省系统投资。
[0067]
同理，采用本发明的工业生产废水的微波催化氧化处理方法对工业生产废水的微波催化氧化处理也具有上述有益效果。
[0068]
本发明可广泛应用于工业生产废水处理领域。