CN104045124B - 一种微波光催化流化床废水处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波光催化流化床废水处理装置及其处理方法，缓冲回流罐与流化床之间的循环水管下游上设置有隔膜泵，流化床顶部一侧设置微波导管，微波导管与磁控管相连通，磁控管与微波管电源电性连接，流化床外侧设置光催化反应装置，光催化反应装置包括外罩和紫外灯，外罩内设置紫外灯，向流化床内装光催化剂后，预处理废水进入缓冲回流罐，经隔膜泵自下而上进入流化床内，同时开启磁控管和紫外灯，流化床内废水温度保持在80℃以下。本发明的有益效果在于：紫外灯设置在流化床轴向两侧有利于光线向流化床内部传递，并且微波采用波导的形式辐射引入，提高了光催化剂活性和光催化降解废水效率，同时易于实现工业化。

Description

一种微波光催化流化床废水处理装置及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种处理废水的装置及方法，尤其涉及一种微波光催化流化床废水处理装置及其处理方法。

背景技术

化工、制药和印染等企业排放的废水所含有机污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等有毒、有害物质，属于典型的难降解的有机工业废水。随着工业的发展，特别是进入地下水环境中的污染物种类和数量越来越多，有毒有害、三致、难降解的有机污染物己严重的威胁人类的健康。目前国内废水处理方法主要采用生化法，生化法对废水中的苯酚类及苯类物质有较好的去除作用，但对喹啉类、吲哚类、吡啶类、咔唑类等一些难降解有机物处理效果较差。吸附法处理废水也占有一定的比例，当废水通过比表面积很大的固体颗粒时，水中的污染物会被吸附到固体颗粒的吸附剂上，从而去除污染物质。吸附法处理废水可取得较好的效果，但存在吸附剂用量大，费用高，产生二次污染等问题。

高级氧化技术是在废水中产生大量的羟基自由基，羟基自由基能够无选择性地将废水中的有机污染物如酚类、多环芳烃、含氮有机物降解为二氧化碳和水，催化氧化法特别适用于后续的深度处理。在流化床反应器中，光催化剂粉末直接或负载在颗粒状载体上后以悬浮态存在于水溶液中，能随待处理液发生翻滚、迁移，流化床反应器结构相对简单，光催化剂与污染物接触面积大。申请号为CN01129979.7公开了一种光催化流化床净化有机污染物的方法，对于高浓度有机废水需要多级流化床串联，存在光能利用率较低的问题。申请号为CN201020588423.7公开了一种三相流化床光催化氧化废水处理装置，需要额外增加氧气或臭氧气源，增加大规模工业化推广成本。申请号为CN201110324226.3公开了一种用于有机废水处理的光流化床反应装置，存在光合细菌培养、处理成本较高、光能利用率较低的问题。

实用新型内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种微波光催化流化床废水处理装置及其处理方法，利用微波对光催化剂的极化作用，促进羟基自由基生成，提高光催化剂活性和光催化降解废水效率，为高浓度难降解有机废水连续化处理提供有效的方法和装置。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案是：

一种微波光催化流化床废水处理装置，包括流化床1，循环水管2，缓冲回流罐3，隔膜泵4，微波导管5，磁控管6，微波管电源7和光催化反应装置8，流化床1通过循环水管2连接于缓冲回流罐3，缓冲回流罐3与流化床1之间的循环水管2下游上设置有隔膜泵4，流化床1顶部一侧设置微波导管5，微波导管5与磁控管6相连通，磁控管6与微波管电源7电性连接，流化床1外侧设置光催化反应装置8，光催化反应装置8包括外罩9和紫外灯10，外罩9内设置紫外灯10，缓冲回流罐3上部设置预处理废水入口11，缓冲回流罐3下部设置净水出口12。

所述的流化床1，包括流化床床体13，气体分布板14和催化颗粒挡板15，流化床床体13内腔设置气体分布板14，气体分布板14上方设置催化颗粒挡板15。

所述的循环水管2包括循环水进水管16和循环水出水管17，隔膜泵4设置在循环水进水管16上，循环水进水管16设置在流化床床体13底部，循环水出水管17设置在流化床床体13上部。

所述的流化床主体13采用石英管材料，具有良好的透光性，同时耐微波辐射。

所述的隔膜泵4一侧的循环水出水管17上设置有电磁流量计19。

所述的缓冲回流罐3下部净水出口12处设置有阀门20。

所述的光催化反应装置8个数为两个，分别位于流化床1的两侧，两侧的光催化反应装置8对称设置。

所述的外罩9为不锈钢半圆外罩，外罩9内壁上涂覆反光层18，有利于紫外光源的充分利用，同时防止微波泄漏和紫外光辐射。

所述的紫外灯10为波长为254nm的汞灯。

一种微波光催化流化床废水处理装置，还包括水质在线检测仪21，所述水质在线检测仪21设置在缓冲回流罐3内，检测废水的处理指标，根据处理指标调节微波功率、光源功率、达标净水排放和预处理废水进入。

根据处理指标调节微波功率、光源功率、达标净水排放和预处理废水进入。

所述的磁控管6为水冷磁控管，个数为5-10个，磁控管6功率为1-2kW，微波管电源7为其提供高压直流电。

所述的紫外灯10安装于流化床1轴向外侧，避免光催化剂颗粒对石英玻璃的磨损。

一种微波光催化流化床废水处理装置的废水处理方法，包括步骤如下：

步骤一：回收采集废水，通过向废水中添加pH调节剂，使废水pH值调整到2-10之间；

步骤二：向流化床1内装光催化剂后，预处理废水进入缓冲回流罐3，经隔膜泵4自下而上以0.8-2L/min的流速进入流化床1内，同时开启磁控管6和紫外灯10，废水受微波、紫外-可见光以及光催化剂的共同作用，流化床1内废水温度保持在80℃以下，避免水分蒸发；

步骤三：运行5-60min后，关闭电源，净水经净水出口12排出，并每隔5min由水质在线检测仪21测试废水浓度。

所述的步骤二中，所述的光催化剂采用超声波辅助水热合成法配制的类钛金属复合氧化物光催化剂，光催化剂添加量为废水重量的0.1%-2%，催化效率高。

本发明的工作原理：流化床顶部一侧设置微波导管，微波导管与磁控管相连通，磁控管与微波管电源电性连接，流化床外侧设置光催化反应装置，微波采用波导的形式辐射引入，微波场对光催化剂具有极化作用，在光催化剂表面产生附加的悬空键和不饱和键，在能隙中形成更多的附加能级，非辐射性的多声子过程促使光致电子和空穴的产生，提高了光的吸收利用率；微波辐射使表面羟基的振动能级处于激发态的数目增多，有利于羟基自由基的生成，提高光催化反应活性；微波场打断水分子间的氢键促进了水从光催化剂表面的脱附，同时抑制了水在光催化剂表面上的吸附，使更多的表面活性中心参与反应，提高光催化剂的活性。

本发明的有益效果在于：1、流化床顶部一侧设置微波导管，微波导管与磁控管相连通，磁控管与微波管电源电性连接，微波采用波导的形式辐射引入，提高了光催化剂活性和降解率，同时易于实现工业化。2、流化床外侧设置光催化反应装置，紫外灯可以产生有效范围较大的紫外光的光源，紫外灯设置在流化床轴向两侧，避免了光催化剂颗粒对石英玻璃的磨损，也有利于光线向流化床内部传递。3、水质在线检测仪实现了污水处理的连续循环操作，还可将废水温度控制、微波调节、光源调节和泵流量等集成自动控制系统，运行连续性和稳定性好，节能环保，可规模化应用。4、综合了微波、紫外-可见光、光催化氧化技术和流态化技术，能够催化降解有毒有害、难以降解的高浓度有机废水污染物，特别是化工、制药和印染等企业排放的酚类、染料、农药等废水。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A截面放大示意图。

其中，1-流化床，2-循环水管，3-缓冲回流罐，4-隔膜泵，5-微波导管，6-磁控管，7-微波管电源，8-光催化反应装置，9-外罩，10-紫外灯，11-预处理废水入口，12-净水出口，13-流化床床体，14-气体分布板，15-催化颗粒挡板，16-循环水进水管，17-循环水出水管，18-反光层，19-电磁流量计，20-阀门，21-水质在线检测仪。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

实施例1，参照图1和图2，本具体实施方式所述的一种微波光催化流化床废水处理装置，包括流化床1，循环水管2，缓冲回流罐3，隔膜泵4，微波导管5，磁控管6，微波管电源7和光催化反应装置8，流化床1通过循环水管2连接于缓冲回流罐3，缓冲回流罐3与流化床1之间的循环水管2下游上设置有隔膜泵4，流化床1顶部一侧设置微波导管5，微波导管5与磁控管6相连通，磁控管6与微波管电源7电性连接，流化床1外侧设置光催化反应装置8，光催化反应装置8包括外罩9和紫外灯10，外罩9内设置紫外灯10，缓冲回流罐3上部预处理废水入口11，缓冲回流罐3下部净水出口12。

所述的流化床1，包括流化床床体13，气体分布板14和催化颗粒挡板15，流化床床体13内腔设置气体分布板14，气体分布板14上方设置催化颗粒挡板15。

所述的循环水管2包括循环水进水管16和循环水出水管17，隔膜泵4设置在循环水进水管16上，循环水进水管16设置在流化床床体13底部，循环水出水管17设置在流化床床体13上部。

所述的流化床主体13采用石英管材料，具有良好的透光性，同时耐微波辐射。

所述的隔膜泵4一侧的循环水出水管17上设置有电磁流量计19。

所述的缓冲回流罐3下部净水出口12处设置有阀门20。

所述的光催化反应装置8个数为两个，分别位于流化床1的两侧，两侧的光催化反应装置8对称设置。

所述的外罩9为不锈钢半圆外罩，外罩9内壁上涂覆反光层18，有利于紫外光源的充分利用，同时防止微波泄漏和紫外光辐射。

所述的紫外灯10为波长为254nm的汞灯。

一种微波光催化流化床废水处理装置，还包括水质在线检测仪21，所述水质在线检测仪21设置在缓冲回流罐3内，检测废水的处理指标，根据处理指标调节微波功率、光源功率、达标净水排放和预处理废水进入。

所述的磁控管6为水冷磁控管，个数为5-10个，磁控管6功率为1-2kW，微波管电源7为其提供高压直流电。

所述的紫外灯10安装于流化床1轴向外侧，避免光催化剂颗粒对石英玻璃的磨损。

实施例2，参照图1和图2，本具体实施方式所述的一种微波光催化流化床废水处理装置的废水处理方法，配制60mg/L的茜素绿模拟印染废水，调节pH值至5.0，废水进入缓冲回流罐3经隔膜泵4以1.5L/min的流速进入流化床1，光催化剂添加量1.0g/L，水流自下而上循环流动。开启磁控管6微波功率1kW，开启紫外灯10，废水受微波、紫外-可见光以及光催化剂的共同作用，控制废水温度40℃，每隔5min由水质在线检测仪21测试废水浓度，当茜素绿模拟印染废水浓度小于5mg/L时，即降解率达到90%，关闭电源，废水经净水出口12排出。

实施例3，参照图1和图2，本具体实施方式所述的一种微波光催化流化床废水处理装置的废水处理方法，配制150mg/L的苯酚废水，调节pH值至7.0，化学需氧量为380mg/L，废水进入缓冲回流罐3经隔膜泵4以1.5L/min的流速进入流化床1，光催化剂添加量1.5g/L，水流自下而上循环流动。开启磁控管6微波功率2kW，开启紫外灯10，废水受微波、紫外-可见光以及光催化剂的共同作用，控制废水温度50℃，每隔5min由水质在线检测仪21测试废水浓度，当苯酚废水浓度小于12mg/L时，即去除率达到92%，化学需氧量由380mg/L变为28mg/L，去除率达到92.6%，关闭电源，废水经净水出口12排出。

实施例4，参照图1和图2，本具体实施方式所述的一种微波光催化流化床废水处理装置的废水处理方法，以萘为原料生产2-羟基-3-萘甲酸，产生的废水由萘磺酸盐类组成，经离子树脂吸附后的废水化学需氧量仍高达为1500mg/L，200mg/L废水进入缓冲回流罐3经隔膜泵4以1L/min的流速进入流化床1，光催化剂添加量2g/L，水流自下而上循环流动。开启磁控管6微波功率3kW，开启紫外灯10，废水受微波、紫外-可见光以及光催化剂的共同作用，控制废水温度60℃，每隔5min由水质在线检测仪21测试废水浓度，当化学需氧量由1500mg/L变为158mg/L，去除率到达89.5%，关闭电源，废水经净水出口12排出。

本具体实施方式的有益效果在于：1、流化床顶部一侧设置微波导管，微波导管与磁控管相连通，磁控管与微波管电源电性连接，微波采用波导的形式辐射引入，提高了光催化剂活性和降解率，同时易于实现工业化。2、流化床外侧设置光催化反应装置，紫外灯可以产生有效范围较大的紫外光的光源，紫外灯设置在流化床轴向两侧，避免了光催化剂颗粒对石英玻璃的磨损，也有利于光线向流化床内部传递。3、水质在线检测仪实现了污水处理的连续循环操作，还可将废水温度控制、微波调节、光源调节和泵流量等集成自动控制系统，运行连续性和稳定性好，节能环保，可规模化应用。4、综合了微波、紫外-可见光、光催化氧化技术和流态化技术，能够催化降解有毒有害、难以降解的高浓度有机废水污染物，特别是化工、制药和印染等企业排放的酚类、染料、农药等废水。

本发明的具体实施例不构成对本发明的限制，凡是采用本发明的相似结构及变化，均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种微波光催化流化床废水处理装置的废水处理方法，其特征在于：

步骤一：回收采集印染废水，通过向废水中添加pH调节剂，使废水pH值调整到2-10之间，所述的印染废水为150mg/L的苯酚废水或以萘为原料生产2-羟基-3-萘甲酸的200mg/L废水；

步骤二：向流化床（1）内装光催化剂后，预处理废水进入缓冲回流罐（3），经隔膜泵（4）自下而上以0.8-2L/min的流速进入流化床（1）内，同时开启磁控管（6）和紫外灯（10），废水受微波、紫外-可见光以及光催化剂的共同作用，150mg/L 的苯酚废水，流化床（1）内废水温度保持在50℃；或以萘为原料生产2-羟基-3-萘甲酸产生的废水流化床（1）内废水温度保持在60℃，所述光催化剂采用类钛金属复合氧化物光催化剂，光催化剂添加量为废水重量的0.1%-2%；

步骤三：运行5-60min后，关闭电源，净水经净水出口（12）排出，每隔5min由水质在线检测仪（21）测试废水浓度，当150mg/L的苯酚废水降解率达到92.6%时或者以萘为原料生产2-羟基-3-萘甲酸的200mg/L废水降解率达到89.5%。