申请日2007.07.24
公开(公告)日2010.06.02
IPC分类号C02F1/52; C02F1/00
摘要
本发明的微波化学污水处理方法及系统，通过在污水输入微波反应器(9)之前，在污水中加入对微波的敏感程度高的物质-敏化剂，来提高微波在污水处理中的穿透能力，以及微波对污水池处理的催化作用。进而减少污水处理设备的体积，并提高污水处理的效率。
权利要求书
1.一种微波化学污水处理方法，包括：
a.在污水输入微波反应器(9)之前，在污水中加入敏化剂，所述敏化剂为氢氧化钙与硅藻土的混合物或氧化钙与硅藻土的混合物，并使所述敏化剂在污水中充分反应;
b.将加入了所述敏化剂的污水输入到所述微波反应器(9)中，进行微波催化处理;
c.将从所述微波反应器(9)输出的处理过的污水输入到沉降过滤装置(10)中，进行固液分离，得到可再次利用的清水及需要清除的污泥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在a步骤中具有在所述敏化剂加入后进行搅拌的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在b步骤中，所述微波催化处理过程的时间为10-30秒。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于：在a步骤中，所述敏化剂加入污水中搅拌/混合5-45分钟，以使所述敏化剂在污水中更充分地反应。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于：在a步骤与b步骤之间还具有添加氧化剂的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的氧化剂为聚合硫酸铁、聚硅硫酸铁或三氯化铁。
7.一种用于实现权利要求1-6任意一项所述方法的污水处理系统，包括
一个微波反应器(9)，其内部设有需处理污水通过的过水管，以及发射微波的微波发生器;
设置在所述微波反应器(9)的下游，通过管路与所述微波反应器(9)的污水出口(52)相连接的沉降过滤装置(10)，所述沉降过滤装置(10)设有清水排放口和污泥排放口;
其特征在于：
在所述微波反应器(9)的上游管路中设置敏化剂添加装置，所述敏化剂添加装置由一个敏化剂混合反应釜(5)及向所述敏化剂混合反应釜(5)内的污水添加敏化剂的敏化剂存储器构成，所述敏化剂混合反应釜(5)包括用于连接管路的一个污水进口(51)及一个污水出口(52)，在所述污水进口(51)与所述污水出口(52)之间设置有一个迷宫式通道(53)。
8.根据权利要求7所述的污水处理系统，其特征在于：水处理所需的各种水处理剂的水处理剂添加装置(7)设置在所述微波反应器(9)及所述敏化剂添加装置之间。
9.根据权利要求8所述的污水处理系统，其特征在于：一个污泥脱水处理装置(11)通过管路与所述沉降过滤装置(10)的所述污泥排放口连接。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的污水处理系统，其特征在于：在所述迷宫式通道(53)与所述污水进口(51)之间设置有一个搅拌器(55)。
11.根据权利要求10所述的污水处理系统，其特征在于：所述迷宫式通道(53)由两个相扣设置的弧形部件(54)组成，所述弧形部件(54)的外侧缘于所述敏化剂混合反应釜(5)的池壁密封连接，而其内侧缘部分相互重叠，在所述相互重叠部分的内侧缘之间形成通道。
说明书
微波化学污水处理方法及相应的系统
技术领域
本发明涉及一种微波化学污水处理方法及相应的系统。具体地说，是一种利用微波能量促进污水的化学反应，以对污水进行快速处理的方法及采用该方法的系统。
背景技术
微波能被应用于水处理的研究开始于1980年代，如公开日为1987年2月4日的中国专利文件CN1008236A所公开的废物处理方法及设备。1990年代初生产出了使用机组。到1990年代末，该项技术取得突破性进展，在水处理领域表现出良好的效果，如中国专利文献CN1250747A所公开的一种微波处理废水的方法，其对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，然后将预处理后的废水置入微波场中，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。该方法使废水处理工程小型分散化，实现废水处理工程的高效、节能、低运行费用。类似地，用于该处理方法的设备还公开在中国专利文献CN2597456Y所公开的微波能水处理机组设备。
中国专利文献CN1796291A公开的一种微波辐射生活废水处理方法。其以生活废水为原料，以活性炭及铁屑、三氧化铁、四氧化三铁或钢渣为催化剂。在微波辐射条件下进行反应，微波辐射时间5秒～15分钟，功率100瓦～1000瓦。活性炭与钢渣总量为5-50%范围内。同类的技术还公开在中国专利文献CN1785855A中，其中的方法步骤是：输入工业废水，通过铁质放电体与活性炭的混合物对废水中的有机物进行吸附;通过微波激发铁质放电体产生等离子体，等离子体对吸附在活性炭表面的有机物进行氧化，同时铁质放电体、活性炭与有机物间产生内电解作用降解有机物;经过氧化和降解后，使废水达到回用或排放标准，活性炭得到再生并回复活性;将达到回用或排放标准的水进行出水;重复上述过程，完成对工业废水的处理。其对有机废水可以无选择地进行氧化，多种高级氧化作用可促进氧化效果;能够改善工业废水的处理效果，降低运行费用。
中国专利文献CN1966419A公开了一种水处理剂与微波协同作用去除水中污染物的方法，其通过以下步骤实现：(一)测定水中目标污染物的含量;(二)水处理剂与目标污染物的质量比为1～10∶1;(三)将含目标污染物的污水的pH值调整为7～8;(四)将水处理剂溶于污水中并流入已经调整频率为915～2450MHz、功率为100～2000W的微波反应器中进行辐照，辐照时间为5s～20min并保持水的温度在20～100℃之间;(五)采取絮凝或过滤的形式进行固液分离，得到出水。本方法利用微波辐射使污染物分子发生能级跃迁，降低了分子中化学键的强度，同时利用水处理剂使之氧化降解，这就降低了氧化剂的投放量，比原来氧化剂的投放量减少了30%以上，缩短了反应时间，提高了污染物的去除率。微波与高铁酸盐协同处理污水比只用高铁酸盐处理污水的氨氮去除率提高了10%～60%，天然有机物(NOM)腐殖酸的降解率提高了20%～40%、难生物降解有机物(ROM)如硝基苯的降解率提高了30%～50%。
上述现有技术虽然公开了在污水中加入水处理剂，并与微波协同作用来去除污水中的污物。显然，这些水处理剂无论是调节剂还是催化剂，无论有无微波的作用，其自身在污水处理中的作用没有任何变化，微波在这里除了通过加热来促使污水中的污物絮凝外，与这些水处理剂之间的关系仅起到了提高水处理剂功效的作用。然而，由于微波在水中的穿透能力是有限的，与家用微波炉不同的是，工业用微波污水处理系统是在污水的不断流动过程中进行微波照射的，因此在这样的设备中热对流传导基本上是被忽略的。微波对污水的处理主要是靠微波的透射能力来进行的。就目前所能见到的最大功率的二千瓦微波管所发射出来的微波，其在水中的有效穿透能力也仅仅是30厘米，这样为保证微波在污水处理中充分发挥作用，微波污水处理系统中的污水流通管路的直径，以及这些管路在所述微波污水处理系统中的布置方式受到微波在水中的穿透能力这一因素的限制。这里所述的布置方式的限制使得所述微波反应器的外观尺寸庞大，并且微波的利用率也很低。而对于管路直径的限制则限制了污水通过量，并由此限制了微波污水处理系统的污水处理能力的提高。
发明内容
在进行微波污水处理的科研过程中，本申请人发现一些物质与水反应后的生成物具有提高微波在水中的穿透能力的作用，如在研究过程中原本配制用来作为絮凝剂的氢氧化钙与硅藻土的混合物及由氧化钙与硅藻土的混合物。从目前研究的结果来看，这些物质与水反应后的生成物之所以可以提高微波在水中的有效穿透能力，是因为这些生成物在水中对微波的敏感程度远高于水本身。当高强度连续波微波辐射聚焦到上述生成物的表面时，由于上述生成物的表面点位与微波能的强烈相互作用，微波能被转变成热能，从而使某些表面点位选择性的被很快加热至1400℃以上。尽管反应器中的水没有明显升温，但在这些所述生成物的表面点位已产生高温高压的作用，当水中的有机污染物与受激发的表面点位接触时却可发生反应。这样在水体内更深处的这些生成物在受到较微弱的微波激发时，仍能够释放出所需的热量来促使污水中污物的絮凝。这些物质申请人称之为：敏化剂。同时申请人还发现，敏化剂的作用不仅仅在于把热能聚焦，而且还可以借它与反应物和产物相互作用的选择性而影响反应的进程。
为此，本发明所要解决的技术问题在于提出一种在污水处理中提高微波穿透能力的微波化学污水处理方法;
进一步地，本发明提出一种实现上述方法的污水处理系统。
为解决上述技术问题，本发明的微波化学污水处理方法包括：
a.在污水输入微波反应器之前，在污水中加入敏化剂，所述敏化剂为氢氧化钙与硅藻土的混合物或氧化钙与硅藻土的混合物，使所述敏化剂在污水中充分反应;
b.将加入了所述敏化剂的污水输入到微波反应器中，进行微波催化处理;
c.将从所述微波反应器输出的处理过的污水输入到沉降过滤装置中，进行固液分离，得到可再次利再的清水及需要清除的污泥。
其中，为使所述敏化剂在污水中充分反应，在a步骤中具有在所述敏化剂加入后进行搅拌的步骤。
在b步骤中，所述微波催化处理过程的时间为10-30秒。
上述方法中，在a步骤中所述敏化剂加入污水中搅拌或混合5-45分钟，以使所述敏化剂在污水中更充分地反应。
在a步骤与b步骤之间还具有添加氧化剂的步骤。其中，所述的氧化剂为聚合硫酸铁、聚硅硫酸铁或三氯化铁。
本发明实现上述方法的污水处理系统，包括
一个微波反应器，其内部设有需处理污水通过的过水管，以及发射微波的微波发生器;
设置在所述微波反应器的下游，通过管路与所述微波反应器的污水出口相连接的沉降过滤装置，所述沉降过滤装置设有清水排放口和污泥排放口;以及
设置在所述微波反应器的上游管路中的敏化剂添加装置，所述敏化剂添加装置由一个敏化剂混合反应釜及向所述敏化剂混合反应釜内的污水添加敏化剂的敏化剂存储器构成，所述敏化剂混合反应釜包括用于连接管路的一个污水进口及一个污水出口，在所述污水进口与所述污水出口之间设置有一个迷宫式通道。
水处理所需的各种水处理剂的水处理剂添加装置设置在所述微波反应器及所述敏化剂添加装置之间。
一个污泥脱水处理装置通过管路与所述沉降过滤装置的所述污泥排放口连接。
进一步地在所述迷宫式通道与所述污水进口之间设置有一个搅拌器。
所述迷宫式通道由两个相扣设置的弧形部件组成，所述弧形部件的外侧缘于所述敏化剂混合反应釜的池壁密封连接，而其内侧缘部分相互重叠，在所述相互重叠部分的内侧缘之间形成通道。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：由于在污水中加入敏化剂，提高了微波在水中的有效穿透能力，由此可以增加输水管的直径来提高污水通过能力，进而提高污水处理的效率;另一方面，也便于改进微波反应器中过水管的布置形式，来提高微波的利用率，减小设备的体积。再一方面，由于温度升高快，污水中的化学反应过程也相应地加快了，反应效果得到强化，由此加快了污水的絮凝催化过程，这样可以通过提高污水的流速来提高污水处理的效率;对于许多有机化合物不直接明显地吸收微波，但可以利用本发明的敏化剂强烈吸收微波的性质，把微波能传给这些物质而诱发化学反应。利用敏化剂在实现微波辐射下的某些催化反应，能够极化水分子及有机化合物分子，使有机化合物与敏化剂之间形成过渡态产物，降低氧化和分解有害有机化合物所需要的活化能，使反应加速进行;能够加热和极化水及污染物分子，提高氧化和分解有害有机化合物所需要的反应条件，达到反应所需要的活化能，并能够加热和极化水及污染物分子，使絮凝剂与污染物之间形成的共聚物的沉淀反应更完全、更快速。