申请日2007.02.01
公开(公告)日2007.09.12
IPC分类号C02F9/12; C02F1/48; C02F1/32; C02F101/30; C02F1/461; C02F1/66; C02F1/72
摘要
一种光电磁集成的废水高级氧化方法及其装置，首先对废水进行酸化;随后在进行光催化氧化之前在进水管外套磁化器的作用下对废水进行强磁化，使废水产生物理变化和电化学变化的能量;然后进入光催化箱，在光催化剂、紫外光和臭氧、双氧水的共同作用下将绝大部分的污染物氧化为二氧化碳和水，或将一些难降解物质的分子链打断;随后对废水进行微电解反应，在外加低电压弱电流和空气、臭氧和双氧水的协同作用下对难降解物质进行吸附和还原反应，达到脱除COD、色度、除臭和杀菌的目的，最后经过硅藻土过滤去除悬浮物，使废水达标排放或回用。本发明成本低效率高，具有广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种光电磁集成的废水高级氧化方法，包含以下步骤：
A.对废水进行强磁化处理;
B.对经磁化的废水进行光催化氧化净化处理;
C.最后过滤去除废水中的悬浮物质;
其特征在于：
在所述步骤A之前先采用酸碱度为1-3之酸性物对废水进行酸化预处理;
在所述步骤A和步骤B之间还设有微电解步骤，其是将磁化处理后的废水置于至少 一个由内装电极材料的铁炭管组成的微型电解槽中，对其废水中难降解的物质在空气、臭 氧和双氧水曝气以及外加低电压弱电流的条件下进行吸附和电化学还原反应。
2.如权利要求1所述的一种光电磁集成的废水氧化方法，其特征在于：所述微电解 反应中，外加低电压为50-80V、弱电流为50-200mA，酸碱度为1-3。
3.一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：包括依序连通之光催化箱、微电 解反应器及过滤器，所述光催化箱进水通道上装有磁化器，其进水管连通进行酸化预处理 之有机废水池，光催化箱内排列有若干可对有机废水进行光催化处理之紫外光灯;所述微 电解反应器内排列有若干铁炭管及微孔曝气头，设置在反应器箱体上;所述过滤器中内依 序设有混凝槽和沉淀箱，出水槽设于过滤器壳体上。
4.如权利要求3所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述磁化器 磁场强度为12000-20000高斯，采用铁氧体或钕铁硼制作。
5、如权利要求3所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述光催化 器中所排列的各排紫外光灯之间设有隔板，光催化器箱体内壁和隔板上均附有光催化剂 膜，水流沿其隔板平行绕行来回流动。
6、如权利要求3所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述微电解 反应器内置至少一块与外接电源负极相连的金属板，固于微电解反应器箱体上，形成使液 体在反应器内平行往复流动的隔断，每两块金属板之间底层设有微孔曝气头，微孔曝气头 上层设有支架，支架下端接外加电源正极;铁炭管置装于支架上方;所述微电解反应器在 微孔曝气头下端的空间设有沉淀槽以及排污口。
7.如权利要求3所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述微电解 反应器内设有与外加电源负极相接且可将反应器分为上下腔体之隔板，所述铁炭管底部开 口并固定在隔板上部，隔板对应于铁炭管底部开口部位设有与下腔体连通之圆孔，上腔体 侧壁靠近所述隔板处开设有排污口;下腔体侧壁设有进水管和曝气头，进水管和曝气头上 方隔板下方之间设接外加电源正极的金属板。
8.如权利要求6或7所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述微 电解反应器的顶端设有与排污口连通的悬浮物收集槽和与过滤器相连的上清液出水槽。
9.如权利要求3或6或7所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所 述铁炭管包含穿孔中心管、穿孔外套管、置于中心管和外套管之间的电极材料、固定外套 管和电极材料的上紧固座和下紧固座。
10.如权利要求9所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述电极材 料为套设于穿孔中心管外的螺旋铸铁和填充于螺旋铸铁每一个螺纹之间的铁炭混合物。
11如权利要求10所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述铁炭 混合物为活性碳纤维或活性碳颗粒材料和金属铁的混合物。
12.如权利要求9所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述电极材 料为套设于穿孔中心管外的交错叠加的铁块和活性炭块。
13.如权利要求9任一所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述穿 孔中心管和穿孔外套管为不锈钢管或PVC管。
14.如权利要求5所述的一种光电磁集成的废水氧化装置，其特征在于：所述光催 化箱和微电解反应器为圆形或方形，采用金属材料、PVC材料或混凝土制作。
说明书
一种光电磁集成的废水高级氧化方法及其装置
【技术领域】
本发明涉及一种废水处理方法及其装置，尤其是一种采用光电磁集成处理高浓度有机 废水的高级氧化方法及其设备。
【背景技术】
随着社会经济的高度发展，人类社会的工业化和城市化日益加剧，水污染现象日趋严 重。特别是代表高浓度有机废水的城市生活垃圾填埋场或垃圾焚烧发电厂产生的的垃圾渗 滤液，渗滤液成分极其广泛、复杂、多变，污染物浓度可相差几个数量级，其特点是污染 物浓度高、水质变化大、带有强烈恶臭，呈黄褐色或灰褐色。垃圾填埋场的主要污染物是 有机污染物、氨氮、磷、重金属等，CODCr可达几千至上万mg/L，pH值一般在6.5～7.8 间。垃圾焚烧发电厂产生的垃圾渗滤液其COD约40000～80000mg/L，挥发出的气体带 有强烈恶臭，对人体有危害，能使人产生恶心、尿血、头晕等症状。通过质谱分析，垃圾 渗滤液中有机物种类高达百余种，其中大多为腐殖类高分子碳水化合物和中等分子量的灰 黄霉酸类物质。
根据我国垃圾处理″无害化、减量化、资源化″的原则，将有一大批生活垃圾卫生填埋 场或垃圾焚烧发电厂得到新建。而垃圾渗滤液是否能达标排放是衡量一个填埋场或垃圾焚 烧发电厂能否得到审批的重要指标之一。作为一种高浓度有机废水，渗滤液的处理近几年 得到了广大研究人员的关注，进行了大量的试验研究，取得了不少成果。
2000年以后，由于经济的飞速发展，新建的渗滤液处理厂一般远离城区，渗滤液没 有条件排入城市废水管网，因此处理要求也相应提高，一般需要处理到二级甚至一级排放 标准。但是普遍渗滤液的COD中将近有500～600mg/L无法用生物处理。此时的渗滤 液若仅靠生物处理无法达到处理要求，一般采取生物处理+深度处理的方法。代表性的工 程实例有广州新丰、重庆长生桥等。广州新丰渗滤液处理厂采用的是UASB+SBR+反渗 透处理工艺，处理规模为500m3/d，工程投资约6000万，处理成本约25元/m3。重庆 长胜桥渗滤液处理厂采用的是反渗透的处理工艺，处理规模500m3/d，工程投资约3700 万，处理成本约10元/m3。该渗滤液处理系统从2003年10月10日起正式投入商业运 营，至今运行状况良好。经过详细深入的调查，目前发生的直接费用为6.19元/吨;含膜 片的综合费用为16.33元/吨;含折旧的整体费用为21.76元/吨。
作为我国第一个利用反渗透技术处理垃圾渗滤液的填埋场，重庆长生桥受到国内同行 的广泛关注。长期以来，人们普遍认为，用反渗透技术处理渗滤液，处理效果无需怀疑， 可以达到国家最严格的环保标准甚至中水回用标准，然而，设备投资、系统的稳定性、运 行费用、系统所产生约30%的浓液如何处理等等问题却是国内该行业和专家关注的焦点。
目前正在对垃圾焚烧发电厂渗滤液处理技术进行研究或运用的有以下几种：
1)回喷法
在西方发达国家，由于垃圾中厨余物少，热值高，渗滤液产量少，一般采用将渗滤液 回喷焚烧炉进行高温氧化处理。回喷法适合于渗滤液产量少、垃圾热值高的场合，对于热 值较低的垃圾则不适合，否则会造成焚烧炉炉膛温度过低、甚至熄火的状况。经计算，对 于热值为1223kcal/kg、含水率为48%的城市生活垃圾，理论上渗滤液最大回喷量为垃圾 焚烧量的3.19%。但中国垃圾的含水率太高，渗滤液产量大，回喷法显然不适用于中国， 目前中国所建的众多垃圾焚烧厂均没有采用回喷法处理渗滤液。
2)反渗透法处理
反渗透法处理高浓度、高盐份废水已得到广泛应用，在城市生活垃圾填埋场渗滤液的 处理中也已有成熟的运行经验，目前国内有公司尝试引进德国技术运用于中国垃圾焚烧厂 渗滤液处理。但焚烧厂垃圾渗滤液与填埋场渗滤液不同，其有机物和悬浮物的含量要高得 多，反渗透浓缩液量也要比填埋场渗滤液大得多。一般来说二级RO系统处理填埋场渗滤 液的浓缩比可达到10%，而运用于渗滤液处理时，经实验证明浓缩比最高只有50%，反 渗透膜也极易污染中毒，膜组件更换频繁，而且预处理系统要复杂得多。反渗透法产生的 浓缩液的处理是一个难点，填埋场渗滤液的浓缩液可以采用回灌填埋区进行处理，利用已 填埋的垃圾吸附降解浓缩液中的重金属及有机物，而焚烧厂渗滤液用反渗透法处理产生的 浓缩液还有50%以上，由于没有填埋场回灌的便利条件，回喷焚烧炉水量又太大，因此 用膜处理法处理渗滤液的前提是必须解决浓缩液的处理问题。
3)生化处理
以生化处理方法去除渗滤液中主要污染物的工艺目前研究较多的是氨吹脱 +UASB+SBR，以及在此基础上增加臭氧氧化、混凝等工艺，较典型的是采用改进的填埋 场渗滤液工艺——混凝+氨吹脱+pH回调+厌氧滤池+SBR+臭氧消毒，但从众多研究结果 来看，以生化法为主的工艺对渗滤液处理效果很差，微生物对渗滤液中高浓度污染物的降 解能力很低，而吹脱出的氨又会带来二次污染。
4)化学氧化处理
某垃圾焚烧厂曾采用Feton试剂氧化+氨吹脱+混凝沉淀+厌氧+SBR+ClO2氧化+活 性炭吸附工艺处理渗滤液，该工艺实际主要是依靠化学氧化剂及活性炭吸附去除污染物， 从运行结果来看，加药正常时出水可以达到国家三级排放标准，但运行费用高达120元/ 吨以上。
5)其他处理工艺
目前我国垃圾渗滤液处理工艺的关键主要集中在渗滤液深度处理技术。对于渗滤液的 COD中将近有500～600mg/L无法用生物处理，因此，必须采用以物化为主的深度处理 技术处理。深度处理技术一般有深度氧化法，如臭氧氧化、臭氧+光催化氧化、臭氧催化 氧化，以及膜处理技术等。国内曾进行了用负钛型TiO2作为催化剂进行光催化氧化的研 究。国外对渗滤液的深度处理研究颇多，主要集中在光催化氧化和反渗透，A.Wenzel 等人通过用鼓泡塔+薄膜光反应器对比UV/H2O2、UV/H2O2/O3、UV/O3等方法处理垃圾 渗滤液的研究表明：从运行成本和去除效率来考虑，采用UV/O3方法处理渗滤液是最为 有效的方法。由于高级的处理技术意味着较高的投资和运行费用，如何找到一种廉价的处 理方式，成为人们关注的问题。
渗滤液作为一种特殊废水，其处理的投资、运行成本远远高于一般城市工业废水，这 主要是由于渗滤液氨氮浓度很高、有机物浓度高，导致处理工艺复杂，设备繁多。渗滤液 由于在垃圾体已经经历了厌氧过程，其生化性相对较差，生物处理的停留时间较长，导致 设施、设备的投资较大。而处理量一般相对较小，导致折旧、维修费较高。这也是垃圾渗 滤液处理工作难以推进的重要原因之一。
《光催化水质净化设备》(中国专利号ZL03224054.6，申请日：2003年3月5日)、 《纳米二氧化钛溶胶涂料及其制法和用途》(中国专利申请号：03126532.4，申请日2003 年5月7日)、《一种废水净化方法及其磁化混凝器集成设备》(中国专利申请号 200310117654.4，申请日：2003年12月31日)，《磁化光催化集成污水再生利用装置》 (中国专利号ZL200520056849.7，申请日2005年4月12日)，虽然对光催化、磁力混 凝、臭氧氧化、UF超滤、污泥自动脱水等工艺合成的方法和设备有技术公开，但是其针 对高浓度有机废水-垃圾焚烧发电厂渗滤液进行预处理或深度处理的方法或技术参数没有 研究公开。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是克服目前现有渗滤液深度处理中所存在的上述缺陷，提供 一种环保、低成本、高效率、能够对高浓度有机废水-垃圾焚烧发电厂渗滤液进行预处理 或深度处理的方法及其设备。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种光电磁集成的废水高级氧化方法，包含以下步骤：
A.对废水进行强磁化处理;
B.对经磁化的废水进行光催化氧化净化处理;
C.最后过滤去除废水中的悬浮物质;
在步骤A之前先采用酸碱度为1-3之酸性物对废水进行酸化预处理;
在步骤A和步骤B之间还设有微电解步骤，其是将磁化处理后的废水置于至少一个 由内装电极材料的铁炭管组成的微型电解槽中，对其废水中难降解的物质在空气、臭氧和 双氧水曝气以及外加低电压弱电流的条件下进行吸附和电化学还原反应。
其中：微电解反应中，外加低电压为50-80V、弱电流为50-200mA，酸碱度为1-3。
一种光电磁集成的废水氧化装置，包括依序连通之光催化箱、微电解反应器及过滤器， 光催化箱进水通道上装有磁化器，其进水管连通进行酸化预处理之有机废水池，光催化箱 内排列有若干可对有机废水进行光催化处理之紫外光灯;微电解反应器内排列有若干铁炭 管及微孔曝气头，设置在反应器箱体上;过滤器中内依序设有混凝槽和沉淀箱，出水槽设 于过滤器壳体上。
其中：磁化器磁场强度为12000-20000高斯，采用铁氧体或钕铁硼制作。
其中：光催化器中所排列的各排紫外光灯之间设有隔板，光催化器箱体内壁和隔板上 均附有光催化剂膜，水流沿其隔板平行绕行来回流动。
其中：微电解反应器内置至少一块与外接电源负极相连的金属板，固于微电解反应器 箱体上，形成使液体在反应器内平行往复流动的隔断，每两块金属板之间底层设有微孔曝 气头，微孔曝气头上层设有支架，支架下端接外加电源正极;铁炭管置装于支架上方;微 电解反应器在微孔曝气头下端的空间设有沉淀槽以及排污口。
其中：微电解反应器内设有与外加电源负极相接且可将反应器分为上下腔体之隔板， 铁炭管底部开口并固定在隔板上部，隔板对应于铁炭管底部开口部位设有与下腔体连通之 圆孔，上腔体侧壁靠近隔板处开设有排污口;下腔体侧壁设有进水管和曝气头，进水管和 曝气头上方隔板下方之间设接外加电源正极的金属板。
其中：微电解反应器的顶端设有与排污口连通的悬浮物收集槽和与过滤器相连的上清 液出水槽。
其中：铁炭管包含穿孔中心管、穿孔外套管、置于中心管和外套管之间的电极材料、 固定外套管和电极材料的上紧固座和下紧固座。
其中：电极材料为套设于穿孔中心管外的螺旋铸铁和填充于螺旋铸铁每一个螺纹之间 的铁炭混合物。
其中：铁炭混合物为活性碳纤维或活性碳颗粒材料和金属铁的混合物。
其中：电极材料为套设于穿孔中心管外的交错叠加的铁块和活性炭块。
其中：穿孔中心管和穿孔外套管为不锈钢管或PVC管。
其中：光催化箱和微电解反应器为圆形或方形，采用金属材料、PVC材料或混凝土 制作。
由于采用上述技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下技术效果：
1.适用性广。本发明不受废水水质的限制，应用范围广，可用于各类含有机物工业 废水的处理，特别适用于处理组分复杂、浓度变化大、一般常规方法难以处理的废水。
2.处理效果优异。本发明集光、电、磁高级氧化处理方式于一体，废水处理过程中， 既包括有机物被羟基自由基氧化分解的过程，又存在有吸附、絮凝沉淀与气浮等多种物理 化学过程，可使废水得到较为彻底的处理。
3.氧化反应瞬间完成，时间短，处理效率高。本发明处理过程中可将有机物大分子 氧化降解成小分子，再进一步分解为二氧化碳和水，污泥和浮渣量少，无二次污染，是一 种清洁的水处理方法。
4.本发明所设计的装置设备简单，占地面积少，操作管理方便，操作一般是在常温 常压下进行。
5.投资省，运转费用较低。本发明电极与电能的消耗都很低;铁炭管具有价格低、 耐水力冲刷、自然耗损率低的特点。经连续运行30天的小试证实，采用本发明对垃圾渗 滤液等高浓度有机废水的预处理或深度处理，其吨水投资为5000-8000元人民币，是反 渗透膜处理的六分之一，综合运行总成本为6-7元人民币/吨，是反渗透膜处理的二分之 一，大大节约了处理成本。
本发明可成功运用于制药、印染、制漆、电镀、皮革、垃圾渗滤液等难生化的废水处 理，具有广阔的应用前景。