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“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)廢水中加入試劑進行預(yù)處理，使被處理廢水ｐＨ＝７，讓其進入微波場中，在微波場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)微波場出來的固液二相流經(jīng)固液分離器將液體和固體分開。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，實現(xiàn)廢水處理工程的實用、高效、節(jié)能、低運行費用。
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)廢水中加入試劑進行預(yù)處理，使被處理廢水pH=7，讓其進入微波場中，在微波場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)微波場出來的固液二相流經(jīng)固液分離器將液體與固體分開。
2、 所述預(yù)處理對于生活廢水是經(jīng)常規(guī)一級處理后，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污染物實施的作用不同，大體上可以分為兩類：一是通過各種外力的作用，把有害物從廢水中分離出來，稱為分離法。另一類是通過化學(xué)的或生化的作用，使其轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)或可分離的物質(zhì)，后者再經(jīng)過分離予以去除。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、二級和三級處理。一級處理，主要是通過篩濾、沉淀等的物理方法對廢水進行預(yù)處理，目的是除去廢水中的懸浮固體和漂浮物，為二級處理作準備。經(jīng)一級處理的廢水，其BOD一般只能除去30％左右。二級處理，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)的有機污染物。經(jīng)二級處理后的廢水，其BOD去除率可達90％以上，處理水可以達到排放。三級處理是再一級、二級處理的基礎(chǔ)上，對難降解的有機物、磷、氮等營養(yǎng)性物質(zhì)進一步處理。方法有混凝、過濾、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，往往需要同時采用幾種方法的組合流程，才能達到處理要求。對于某種廢水，要根據(jù) 該種廢水的水質(zhì)、水量及其中的有價物質(zhì)回收再利用的可能性，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較厚，才能決定采用哪幾種方法的組合。
上述處理方法，無論采用哪幾種方法的組合，其共同存在的缺點是：工藝流程長；廢水處理過程中，物化反應(yīng)進程緩慢；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，對難降解的可溶性有機物、磷、氮等營養(yǎng)物質(zhì)處理不徹底，對某些工業(yè)廢水如造紙廢液等無能為力；運行綜合費用高。
本發(fā)明的目的是為了克服上述缺點，找到一種更簡單、實用、有效、經(jīng)濟的廢水處理手段。及即利用微波場對單相流流體的物化反應(yīng)所具有的強烈的催化等多項獨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)廢水對江河和湖泊的污染。
3、 該技術(shù)是這樣實現(xiàn)的：在待處理的廢水種加入可調(diào)整被處理廢水的pH值而又不對其造成新的污染試劑進行預(yù)處理，使被處理廢水PH＝7，讓其進入微波場中，在微波場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)微波場出來的固液二相流經(jīng)固液分離器將液體與固體分開。
4、 對廢水的預(yù)處理所選用的試劑要根據(jù)廢水的種類來選取。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、 對于生活廢水的預(yù)處理是常規(guī)一級處理后，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值的不對廢水處理過程和處理后的產(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)生的有價氣體逸出用水力噴射器循環(huán)水回收利用。
流體在微波場中受微波能作用的特點：
1.微波對液體中不同的物質(zhì)進行選擇性加熱：
2.微波對流體中的吸波物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)具有強烈的催化作用；
3.流體中的固相微粒在微波場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.由于微波對流體的穿透作用，所以置于微波場中的流體表現(xiàn)為加熱均勻；
6.由于微波場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)無物料進出的情況下，廢水輸入時的反應(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).
對于一定的廢水其C。為定數(shù)，C為等于和低于國家規(guī)定允許排放標準,因此C/C。也可視為定數(shù)，F(xiàn)要縮短處理時間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.利用微波供能的獨特優(yōu)點,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)時間t,同時降低C,提高率XA=(CO-C)/C。
廢水常規(guī)處理工程中，為實現(xiàn)連續(xù)處理，并保證處理效果，節(jié)省廢水處理過程在單個反應(yīng)器中的停留時間，設(shè)計上采用串聯(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個反應(yīng)器串聯(lián)反應(yīng)終點站的出口的反應(yīng)物濃度；n為串聯(lián)的反應(yīng)器的個數(shù)。
由式（b）可看出，在出口濃度Cn給定的前提下，對于同一種廢水其CO/Cn值數(shù)為一定數(shù)。這樣串聯(lián)的反應(yīng)器個數(shù)n值越大，則廢水在每反應(yīng)器中所需停留的時間就越短，這就是廢水常規(guī)處理設(shè)計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，因而每個反應(yīng)器的平均反應(yīng)速率要大于單個反應(yīng)器，因而所需的反應(yīng)時間相應(yīng)在減少，因此反應(yīng)器總的容積和廢水在處理過程中總的停留時間也小于單個反應(yīng)器。增大反應(yīng)器的個數(shù)n，即是增多攪拌器的個數(shù)n，實質(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)時間θ。
利用微波處理廢水，即是利用微波供能的獨特優(yōu)點，其中最主要的是選擇性加熱；催化的過程也包含了加快傳質(zhì)速度的作用；穿透作用。變機械供能為微波供能。這樣就使一臺微波處理專用設(shè)備替代了若干多個串聯(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。此時的式（b）中的k和n都是微波功率密度的函數(shù)，K是一個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） 千差萬別，綜合防治起來可分為兩大類，一類是堿性物質(zhì)，另一類是酸性物質(zhì)。
對于堿性反應(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，湖泊污染問題；再就是廢水處理運行綜合費用高，處理后的水質(zhì)不穩(wěn)定，工業(yè)廢水處理后達不到循環(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，降低廢水處理運行的社會綜合費用，提高經(jīng)濟效益，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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實施例1，取某污水處理廠認為難予處理的進入二級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值的不對廢水處理過程和處理后的產(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通入空氣污染 （或富氧）處理。被處理廢水在微波場中，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，其污染物在微波場強烈的催化作用下，包括因通入空氣中的O2在微波場中的活性的強烈的氧化作用下，固，液態(tài)污染物迅速轉(zhuǎn)化匯聚呈絮狀固體物，當(dāng)離開微波場后靜置約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間過長，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。
下表是實施例1城市生活廢水微波處理前，后的檢驗結(jié)果 表三 城市生活廢水經(jīng)微波場處理前，后與國家標準的比較
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