一種微波處理廢水的方法
“一種微波處理廢水的方法”，專利號(hào)“99115141.0” 發(fā)明人：徐有生
摘要：發(fā)明是一種微波處理廢水的方法，其特征在于在待處理的生活和工業(yè)廢水中加入試劑進(jìn)行預(yù)處理，使被處理廢水ｐＨ＝７，讓其進(jìn)入微波場(chǎng)中，在微波場(chǎng)的作用下使廢水中的污染物迅速產(chǎn)生物化反應(yīng)與水分離，經(jīng)微波場(chǎng)出來(lái)的固液二相流經(jīng)固液分離器將液體和固體分開(kāi)。本發(fā)明能使廢水處理工程小型分散化，堵住污染源頭，大大減少現(xiàn)行廢水處理工程占地面積，節(jié)省現(xiàn)行污水處理工程建設(shè)的巨大耗資，實(shí)現(xiàn)廢水處理工程的實(shí)用、高效、節(jié)能、低運(yùn)行費(fèi)用。
1、 一種微波處理廢水的方法，其特征在于在待處理的生活和工業(yè)廢水中加入試劑進(jìn)行預(yù)處理，使被處理廢水pH=7，讓其進(jìn)入微波場(chǎng)中，在微波場(chǎng)的作用下使廢水中的污染物迅速發(fā)生物化反應(yīng)與水分離，經(jīng)微波場(chǎng)出來(lái)的固液二相流經(jīng)固液分離器將液體與固體分開(kāi)。
2、 所述預(yù)處理對(duì)于生活廢水是經(jīng)常規(guī)一級(jí)處理后，先用含氫氧化鈣的上清夜經(jīng)廢水pH值調(diào)至大于等于8，而后加入可調(diào)整廢水pH值的帶異電性試劑，三氯化鐵，使被處理廢水的pH＝7。
現(xiàn)有廢水處理方法按對(duì)污染物實(shí)施的作用不同，大體上可以分為兩類：一是通過(guò)各種外力的作用，把有害物從廢水中分離出來(lái)，稱為分離法。另一類是通過(guò)化學(xué)的或生化的作用，使其轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)或可分離的物質(zhì)，后者再經(jīng)過(guò)分離予以去除。按處理愿意不同，將處理方法分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物化學(xué)法四類。
1） 分離法：廢水中的污染物有各種存在形態(tài)，存在形態(tài)的多樣性和污染物物化特性的各異性，決定了分離方法的多樣性，如表一：
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2） 轉(zhuǎn)化法：轉(zhuǎn)化法可分為化學(xué)轉(zhuǎn)化法和生化轉(zhuǎn)化法兩類,如表二：
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現(xiàn)代廢水處理技術(shù)，按處理程度劃分，可分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)處理。一級(jí)處理，主要是通過(guò)篩濾、沉淀等的物理方法對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，目的是除去廢水中的懸浮固體和漂浮物，為二級(jí)處理作準(zhǔn)備。經(jīng)一級(jí)處理的廢水，其BOD一般只能除去30％左右。二級(jí)處理，主要是采用各種生物的方法處理，其目的是除去廢水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物。經(jīng)二級(jí)處理后的廢水，其BOD去除率可達(dá)90％以上，處理水可以達(dá)到排放。三級(jí)處理是再一級(jí)、二級(jí)處理的基礎(chǔ)上，對(duì)難降解的有機(jī)物、磷、氮等營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì)進(jìn)一步處理。方法有混凝、過(guò)濾、離子交換、反滲透、超濾、消毒等。
由于廢水中的污染物組分相當(dāng)復(fù)雜，往往需要同時(shí)采用幾種方法的組合流程，才能達(dá)到處理要求。對(duì)于某種廢水，要根據(jù) 該種廢水的水質(zhì)、水量及其中的有價(jià)物質(zhì)回收再利用的可能性，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較厚，才能決定采用哪幾種方法的組合。
上述處理方法，無(wú)論采用哪幾種方法的組合，其共同存在的缺點(diǎn)是：工藝流程長(zhǎng)；廢水處理過(guò)程中，物化反應(yīng)進(jìn)程緩慢；因廢水處理工藝技術(shù)的設(shè)施龐大，占地面積大，廢水只能集中處理，對(duì)于城市廢水而言，地下排廢管網(wǎng)工程龐大，必然造成廢水處理工程總投資巨大；處理后的水質(zhì)不穩(wěn)定，對(duì)難降解的可溶性有機(jī)物、磷、氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)處理不徹底，對(duì)某些工業(yè)廢水如造紙廢液等無(wú)能為力；運(yùn)行綜合費(fèi)用高。
本發(fā)明的目的是為了克服上述缺點(diǎn)，找到一種更簡(jiǎn)單、實(shí)用、有效、經(jīng)濟(jì)的廢水處理手段。及即利用微波場(chǎng)對(duì)單相流流體的物化反應(yīng)所具有的強(qiáng)烈的催化等多項(xiàng)獨(dú)特作用和殺滅微生物的功效具體用于廢水處理，從根本上解決城市生活廢水和工業(yè)廢水對(duì)江河和湖泊的污染。
3、 該技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的：在待處理的廢水種加入可調(diào)整被處理廢水的pH值而又不對(duì)其造成新的污染試劑進(jìn)行預(yù)處理，使被處理廢水PH＝7，讓其進(jìn)入微波場(chǎng)中，在微波場(chǎng)的作用下使廢水中的污染物迅速發(fā)生物化反應(yīng)與水分離，經(jīng)微波場(chǎng)出來(lái)的固液二相流經(jīng)固液分離器將液體與固體分開(kāi)。
4、 對(duì)廢水的預(yù)處理所選用的試劑要根據(jù)廢水的種類來(lái)選取。廢水有生活廢水或工業(yè)廢水，工業(yè)廢水的種類也很多，成分復(fù)雜。廢水的污染物不同，加入的試劑也不同。
5、 對(duì)于生活廢水的預(yù)處理是常規(guī)一級(jí)處理后，先用含氫氧化鈣的上清夜將廢水pH值調(diào)至大于等于8，而后加入可調(diào)整廢水pH值的不對(duì)廢水處理過(guò)程和處理后的產(chǎn)物構(gòu)成新的污染的帶電性試劑，如三氯化鐵等，使被處理廢水的pH＝7。
氣體污染物在微波場(chǎng)中解吸后隨通入的未參與反應(yīng)和因反應(yīng)產(chǎn)生的有價(jià)氣體逸出用水力噴射器循環(huán)水回收利用。
流體在微波場(chǎng)中受微波能作用的特點(diǎn)：
1.微波對(duì)液體中不同的物質(zhì)進(jìn)行選擇性加熱：
2.微波對(duì)流體中的吸波物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)具有強(qiáng)烈的催化作用；
3.流體中的固相微粒在微波場(chǎng)中能迅速匯聚沉降與水分離；
4.由于微小加熱是吸波物質(zhì)分子直接放熱，所以廢水置于微波場(chǎng)中，不但溫升迅速，而且在較低溫度下就能殺滅微生物；
5.由于微波對(duì)流體的穿透作用，所以置于微波場(chǎng)中的流體表現(xiàn)為加熱均勻；
6.由于微波場(chǎng)中的流體直接把微波能轉(zhuǎn)化成熱能，因此不經(jīng)被處理流體帶入任何新的污染物，而且節(jié)省綜合能耗。
微波能廢水處理的動(dòng)力學(xué)原理：
廢水常規(guī)處理工程間歇式反應(yīng)器，在系統(tǒng)封閉，反應(yīng)期間系統(tǒng)無(wú)物料進(jìn)出的情況下，廢水輸入時(shí)的反應(yīng)物的初始濃度C。和經(jīng)處理后的輸出反應(yīng)物的濃度C與反應(yīng)物的濃度C與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系是： t=-1/k.InC/C。 (a)
式（a）中K為反應(yīng)速率常數(shù).
對(duì)于一定的廢水其C。為定數(shù)，C為等于和低于國(guó)家規(guī)定允許排放標(biāo)準(zhǔn),因此C/C。也可視為定數(shù)，F(xiàn)要縮短處理時(shí)間t，其全途徑是提高K值。傳統(tǒng)的提高K值的方法，一是選擇高效的試劑，二是攪拌，即采用物化的方法。攪拌即是向反應(yīng)系統(tǒng)供能.利用微波供能的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),向反應(yīng)系統(tǒng)供能,大大提高反應(yīng)速率常數(shù),必然大大縮短反應(yīng)時(shí)間t,同時(shí)降低C,提高率XA=(CO-C)/C。
廢水常規(guī)處理工程中，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)處理，并保證處理效果，節(jié)省廢水處理過(guò)程在單個(gè)反應(yīng)器中的停留時(shí)間，設(shè)計(jì)上采用串聯(lián)式連續(xù)攪拌反應(yīng)器，經(jīng)推導(dǎo)其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：θ=1/K [（CO/C）1/n-1] (b)
式（b）中θ為廢液在反應(yīng)器中停留的時(shí)間，K為反應(yīng)速率常數(shù)；C。為廢水輸入的反應(yīng)物濃度；Cn為n個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)反應(yīng)終點(diǎn)站的出口的反應(yīng)物濃度；n為串聯(lián)的反應(yīng)器的個(gè)數(shù)。
由式（b）可看出，在出口濃度Cn給定的前提下，對(duì)于同一種廢水其CO/Cn值數(shù)為一定數(shù)。這樣串聯(lián)的反應(yīng)器個(gè)數(shù)n值越大，則廢水在每反應(yīng)器中所需停留的時(shí)間就越短，這就是廢水常規(guī)處理設(shè)計(jì)為什么占地面積龐大的原因所在；此外，在串聯(lián)式的連續(xù)流攪拌反應(yīng)器中，由于每個(gè)反應(yīng)器的反應(yīng)物平均濃度高于單一反應(yīng)器的濃度，因而每個(gè)反應(yīng)器的平均反應(yīng)速率要大于單個(gè)反應(yīng)器，因而所需的反應(yīng)時(shí)間相應(yīng)在減少，因此反應(yīng)器總的容積和廢水在處理過(guò)程中總的停留時(shí)間也小于單個(gè)反應(yīng)器。增大反應(yīng)器的個(gè)數(shù)n，即是增多攪拌器的個(gè)數(shù)n，實(shí)質(zhì)是增大供能，提高物化反應(yīng)的傳質(zhì)速度，最終使反應(yīng)物反應(yīng)速率K值提高，節(jié)省反應(yīng)時(shí)間θ。
利用微波處理廢水，即是利用微波供能的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其中最主要的是選擇性加熱；催化的過(guò)程也包含了加快傳質(zhì)速度的作用；穿透作用。變機(jī)械供能為微波供能。這樣就使一臺(tái)微波處理專用設(shè)備替代了若干多個(gè)串聯(lián)連續(xù)流拌反應(yīng)器。并且微波能處理廢水還有殺菌作用。此時(shí)的式（b）中的k和n都是微波功率密度的函數(shù)，K是一個(gè)與微波輸入功率密度直接相關(guān)的正數(shù)。
廢水微波能處理的物化反應(yīng)：
對(duì)于微波能處理廢水而言，所有廢水，包括生活廢水和工業(yè)廢水，不管其反應(yīng)物理學(xué) （污染物） 千差萬(wàn)別，綜合防治起來(lái)可分為兩大類，一類是堿性物質(zhì)，另一類是酸性物質(zhì)。
對(duì)于堿性反應(yīng)物，加劑后的離子反應(yīng)通式可表示為
H-1 +H+ =H2O
對(duì)于酸性反應(yīng)物，加劑后的離子反應(yīng)通式可表示為
H++OH-=H2O
廢水在微波場(chǎng)的催化作用下，加入異電性物質(zhì)調(diào)整PH值使其在中性的環(huán)境下將反應(yīng)物迅速轉(zhuǎn)化為沉淀物質(zhì)并迅速匯聚與水分離，同時(shí)殺滅微生物。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，廢水微波能處理法的有益效果是：能有效的克服現(xiàn)有技術(shù)中廢水處理不徹底，廢水處理工程占地面積龐大，耗資巨大，只能集中處理，不能堵住污染源頭，因而不能從根本上解決大江大河，湖泊污染問(wèn)題；再就是廢水處理運(yùn)行綜合費(fèi)用高，處理后的水質(zhì)不穩(wěn)定，工業(yè)廢水處理后達(dá)不到循環(huán)使用的水質(zhì)要求等缺陷。微波能處理廢水變集中處理為分散處理，堵住 污染源頭，廢水經(jīng)微波能處理后循環(huán)使用，降低廢水處理運(yùn)行的社會(huì)綜合費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益，從根本上改善大江大河，湖泊的水質(zhì)。
圖1為本發(fā)明的廢水處理工藝流程圖；
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實(shí)施例1，取某污水處理廠認(rèn)為難予處理的進(jìn)入二級(jí)處理的城市生活廢水水樣，先將該廢水用含氫氧化鈣的上清液將其PH值調(diào)至大于等于8，而后加入可調(diào)整廢水PH值的不對(duì)廢水處理過(guò)程和處理后的產(chǎn)物構(gòu)成新的污染的帶異電性試劑，如三氯化鐵觀音 （FeCla）等，使處理廢水的PH=7并攪拌均勻后送入微波場(chǎng)通入空氣污染 （或富氧）處理。被處理廢水在微波場(chǎng)中，在微波能功率密度W/g（瓦/克）匹配的情況下僅需停留30秒鐘，其污染物在微波場(chǎng)強(qiáng)烈的催化作用下，包括因通入空氣中的O2在微波場(chǎng)中的活性的強(qiáng)烈的氧化作用下，固，液態(tài)污染物迅速轉(zhuǎn)化匯聚呈絮狀固體物，當(dāng)離開(kāi)微波場(chǎng)后靜置約3分鐘即與水完全正確澄清分離；氣體污染物在微波場(chǎng)中解吸后隨通入的未參與反應(yīng)和因反應(yīng)產(chǎn)生的有價(jià)氣體逸出，如NH3等可在排出的尾氣中用水力噴射器循環(huán)水富集回收再利用。
被處理廢水若微波加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將使已吸附于絮狀固體物上的液態(tài)污染物，如油脂等解吸浮出；另外，是否需要能入空氣或其它某種氣體參與物化反應(yīng)，需要根據(jù)地處理的該種廢水的污染物的物化特性而定。
下表是實(shí)施例1城市生活廢水微波處理前，后的檢驗(yàn)結(jié)果 表三 城市生活廢水經(jīng)微波場(chǎng)處理前，后與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的比較
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