专利名称：一种微波处理废水的方法
技术领域：
本发明涉及废水处理技术领域，具体地说是一种微波处理废水的方法。
现有的废水处理方法按对污染物实施的作用不同，大体上可分为两大类一类是通过各种外力的作用，把有害物从废水中分离出来，称为分离法。另一类是通过化学的或生化的作用，使其转化为无害的物质或可分离的物质，后者再经过分离予以除去，称为转化法。按处理原理不同，将处理方法分为物理法，化学法，物理化学法和生物化学法四类。
1、分离法废水中的污染物有各种存在形态，存在形态的多样性和污染物物化特性的各异性，决定了分离方法的多样性，如表一表一分离法分类
2、转化法转化法可分为化学转化法和生化转化法两类，如表二表二转化法分离
现代废水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。
一级处理，主要是通过筛滤、沉淀等的物理方法对废水进行预处理，目的是除去废水中的悬浮固体和漂浮物，为二级处理作准备。经一级处理的废水，其BOD一般只能除去30％左右。
二级处理，主要是采用各种生物的方法处理，其目的是除去废水中的呈胶体和溶解状态的有机污染物。经二级处理后的废水，其BOD除去率可达90％以上，处理水可以达标排放。
三级处理，是在一级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步处理。方法有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。
由于废水中的污染物组份相当复杂，往往需要同时采用几种方法的组合流程，才能达到处理要求。对于某种废水，要根据该种废水的水质、水量及其中的有价物质回收再利用的可能性，经过技术的经济的比较后，才能决定采用哪几种方法的组合。
上述处理法，无论采用哪几种方法的组合，其共同存在的缺点是工艺流程长；废水处理过程中物化反应进程缓慢；因废水处理工艺技术的设施庞大，占地面积大，废水只能集中处理，对于城市废水而言，地下排废水管网工程庞大，必然造成废水处理工程总投资巨大；处理后的水质不稳定，对难降解的可溶性有机物、磷、氮等营养性物质处理不彻底，对某些工业废水如造纸废液等无能为力；运行综合费用高。
本发明的目的是为了克服上述缺点，找到一种更简单、实用、有效、经济的废水处理手段。即利用微波场对单相和多相流流体的物化反应所具有的强烈的催化等多项独特作用和杀灭微生物的功效具体用于废水处理，从根本上解决城市生活废水和工业废水对江河和湖泊的污染。
本发明是这样实现的在待处理的废水中加入可调整被处理废水的PH值而又不对其造成新的污染的试剂进行预处理，使被处理废水PH＝7，让其进入微波场中，在微波场的作用下使废水中的污染物迅速产生物化反应与水分离，经微波场出来的固液二相流经固液分离器将液体和固体分开。
对废水的预处理所选用的试剂要根据废水的种类来选取。废水有生活废水或工业废水，工业废水的种类也很多，其成分也很复杂。废水的污染物不同，加入的试剂也不同。
对于生活废水的预处理是经常规一级处理后，先用含氢氧化钙的上清液将废水PH值调至大于等于8，而后加入可调整废水PH值的不对废水处理过程和处理后的产物构成新的污染的带异电性试剂，如三氯化铁等，使被处理废水的PH＝7。
气体污染物在微波场中解吸后随通入的未参与反应和因反应产生的有价气体逸出用水力喷射器循环水回收利用。
流体在微波场中受微波能作用的特点①微波对流体中不同的物质进行选择性加热；②微波对流体中的吸波物质的化学反应具有强烈的催化作用；③流体中的固相微粒在微波场中能迅速汇聚沉降与水分离；④由于微波加热是吸波物质分子直接放热，所以废水置于微波场中，不但温升迅速，而且在较低温度下就能杀灭微生物；⑤由于微波对流体的穿透作用，所以置于微波场中的流体表现为加热均匀；⑥由于是微波场中的流体直接把微波能转化成热能，因此不给被处理流体带入任何新的污染物，而且节省综合能耗。
微波能废水处理的动力学原理废水常规处理工程间歇式反应器，在系统封闭，反应期间系统无物料进出的情况下，废水输入时的反应物的初始浓度Co和经处理后的输出反应物的浓度C与反应时间t的关系是t＝-1/k·lnC/Co(a)式(a)中k为反应速率常数。
对于一定的废水其Co为定数，C为等于和低于国家规定允许排放标准，因此C/Co也可视为定数。现要缩短处理时间t，其途径是提高k值。传统的提高k值的方法，一是选择高效的试剂，二是搅拌，即采用物化的方法。搅拌即是向反应系统供能。利用微波供能的独特优点，向反应系统供能，大大提高反应速率常数，必然大大缩短反应时间t，同时降低C，提高效率XA＝(Co-C)/Co；废水常规处理工程中，为实现连续处理，并保证处理效果，节省废水处理过程在单个反应器中的停留时间，设计上采用串联式连续流搅拌反应器，经推导其数学表达式为θ=1/k[(Co/Cn)1n-1](b)]]>式(b)中θ为废液在反应器中停留的时间，k为反应速率常数；Co为废水输入的反应物浓度；Cn为n个反应器串联反应终了的出口的反应物浓度；n为串联的反应器的个数。
由式(b)可看出，在出口浓度Cn给定的前提下，对于同一种废水其Co/Cn值为一定数。这样串联的反应器个数n值越大，则废水在每反应器中所需停留的时间就越短，这就是废水常规处理设计为什么占地面积庞大的原因所在；此外，在串联式的连续流搅拌反应器中，由于每个反应器的反应物平均浓度高于单一反应器的浓度，因而每个反应器的平均反应速率要大于单个反应器，因而所需的反应时间相应在减少，因此反应器总的容积和废水在处理过程中总的停留时间也小于单个反应器。增大反应器的个数n，即是增多搅拌器的个数n，实质是增大供能，提高物化反应的传质速度，最终使反应物反应速率k值提高，节省反应时间θ。
利用微波处理废水，即是利用微波供能的独特优点，其中最主要的是选择性加热；催化的过程也包含了加快传质速度的作用；穿透作用。变机械供能为微波供能。这样就使一台微波处理专用设备替代若干多个串联连续流搅拌反应器。并且微波能处理废水还有杀菌作用。此时的式(b)中的k和n都是微波功率密度的函数，k是一个比常规处理法大得多的反应速率常数，而n的物理意义已不再是反应器的个数，而是一个与微波输入功率密度直接相关的正数。
废水微波能处理的物化反应对于微波能处理废水而言，所有废水，包括生活废水和工业废水，不管其反应物(污染物)千差万别，综合起来可分为两大类，一类是碱性物质，另一类是酸性物质。
对于碱性反应物，加剂后的离子反应通式可表示为对于酸性反应物，加剂后的离子反应通式可表示为废水在微波场的催化作用下，加入异电性物质调整PH值使其在中性的环境下，将反应物迅速转化为沉淀物质并迅速汇聚与水分离，同时杀灭微生物。
与现有技术比较，废水微波能处理法的有益效果是能有效地克服现有技术中废水处理不彻底，废水处理工程占地面庞大，耗资巨大，只能集中处理，不能堵住污染源头，因而不能从根本上解决大江大河、湖泊污染问题；再就是废水处理运行综合费用高，处理后的水质不稳定，工业废水处理后达不到循环使用的水质要求等缺陷。微波能处理废水变集中处理为分散处理，堵住污染源头，废水经微波能处理后循环使用，降低废水处理运行的社会综合费用，提高经济效益，从根本上改善大江大河、湖泊的水质。
图1为本发明的废水处理工艺流程图；图2为本发明的专用微波炉示意图。
实施例1，取某污水处理厂认为难予处理的进入二级处理的城市生活废水水样，先将该废水用含氢氧化钙的上清液将其PH值调至大于等于8，而后加入可调整废水PH值的不对废水处理过程和处理后的产物构成新的污染的带异电性试剂，如三氯化铁(FeCl3)等，使被处理废水的PH＝7并搅拌均匀后送入微波场通入空气(或富氧)处理。被处理废水在微波场中，在微波能功率密度W/g(瓦/克)匹配的情况下仅需停留30秒钟，其污染物在微波场强烈的催化作用下，包括因通入空气中的O2在微波场中的活性的强烈的氧化作用下，固、液态污染物迅速转化汇聚呈絮状固体物，当离开微波场后静置约3分钟即与水完全澄清分离；气体污染物在微波场中解吸后随通入的未参与反应和因反应产生的有价气体逸出，如NH3等可在排出的尾气中用水力喷射器循环水富集回收再利用。被处理废水若微波加热时间过长，将使已吸附于絮状固体物上的液态污染物，如油脂等解吸浮出；另外，是否需要通入空气或其它某种气体参与物化反应，需要根据所处理的该种废水的污染物的物化特性而定。
下表是实施例1城市生活废水微波处理前、后的检验结果表三城市生活废水经微波场处理前、后与国家标准的比转<
<p>实施例2，用上述实施例1同样的方法(不加氢氧化钙)溶液处理某造纸厂排放废水，结果如下表表四微波处理某造纸厂排放废水结果
上述实施例1、2，若在工业性流体处理的专用微波炉(如图2所示)中进行，其结果要优于表中所列的结果。所述的流体处理专用工业微波炉已由本发明人在先申请了专利(申请号99114774.x)。
对于含酸性污染物的工业废水也需加入氢氧化钙预处理。
权利要求
1.一种微波处理废水的方法，其特征在于在待处理的生活和工业废水中加入试剂进行预处理，使被处理废水PH＝7，让其进入微波场中，在微波场的作用下使废水中的污染物迅速产生物化反应与水分离，经微波场出来的固液二相流经固液分离器将液体和固体分开。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于气体污染物在微波场中解吸后随通入的未参与反应和因反应产生的有价气体逸出用水力喷射器循环水回收利用。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的预处理对于生活废水是经常规一级处理后，先用含氢氧化钙的上清液将废水PH值调至大于等于8，而后加入可调整废水PH值的不对废水处理过程和处理后的产物构成新的污染的带异电性试剂，如三氯化铁等，使被处理废水的PH＝7。
全文摘要
本发明是一种微波处理废水的方法,其特征在于在待处理的生活和工业废水中加入试剂进行预处理,使被处理废水pH=7,让其进入微波场中,在微波场的作用下使废水中的污染物迅速产生物化反应与水分离,经微波场出来的固液二相流经固液分离器将液体和固体分开。本发明能使废水处理工程小型分散化,堵住污染源头,大大减少现行废水处理工程占地面积,节省现行污水处理工程建设的巨大耗资,实现废水处理工程的实用、高效、节能、低运行费用。
文档编号C02F1/48GK1250747SQ9911514
公开日2000年4月19日 申请日期1999年9月16日 优先权日1999年9月16日
发明者徐有生 申请人:徐有生