CN105753088B - 一种回转式微波废水处理装置 - Google Patents

一种回转式微波废水处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回转式微波废水处理装置，包括壳体、反应腔室以及设置在反应腔室一侧的微波发生器，壳体的内部被隔板分隔成对称的两部分，包括吸附腔室和降解、再生腔室，壳体的上端和下端上设置有进气口、出气口、进液口以及出液口，进气口和出气口位于隔板的同一侧，且设置在壳体的不同端，进液口和出液口也位于隔板的同一侧，且设置在壳体的不同端；所述反应腔室位于壳体的中部，反应腔室内设置有催化剂层，催化剂层能够旋转。本发明利用微波催化有机物反应原理，利用微波的加热性，将有机物的催化反应与活性炭的再生反应结合在了一起。这样既节约了活性炭的使用，同时也节约了能量。整体对废水中的有机物脱除效率可达90％以上。

Description

一种回转式微波废水处理装置
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种回转式微波废水处理装置，该装置主要针对生产高浓度有机物废水的企业，其中运用了微波催化反应原理，利用回转式的特点，能够针对高浓度的有机物废水进行有效处理。
背景技术
随着工业的不断发展，有机物废水的种类以及排放日益增多，有机物废水的成分复杂并且难以处理，这成为废水处理的一大难题。有机物废水对水体的污染十分严重，由于我国是一个人均占有水资源量非常小的国家，人均占有量只有世界平均值的四分之一，所以对于水资源的保护显得相当重要。
目前针对工业有机物废水的处理办法大致有以下几种方法：生物处理法，因为其经济性好得到的广泛应用，但是由于有机物废水的毒性、难降解性和复杂性，使得微生物难以适应，并且单纯的生物处理很难达到国家排放标准的要求。物理法，利用气滤、沉淀以及磁分离等物理手段对有机物废水进行处理，但是物理方法的使用范围有限，并且一些方法处理时间较长。化学氧化法，是在有机物废水中加入氧化剂，利用太阳能或者光激发氧化水中的污染物，所用的光主要为紫外光，这种方法也很难单独达到水处理的要求。电化学方法，有电解法，电凝聚电气浮法和电催化氧化法。铁屑炭法是应用最多的电化学方法，该方法能耗低和原料成本低，但是这种方法电量消耗过大。电芬顿法是将电化学方法和芬顿法结合利用后的新型方法，降低了药剂的投放量并且提高了反应效率。目前工业中所采用的大多是化学处理的办法，有可能会造成新的污染。
以上所说的几种方法都有着各自的优缺点，每一种方法都不能很好地对有机物废水进行有效的处理，目前微波作为一种新的处理有机物废水的方法正在逐步受到重视。微波处理有机物废水与普通的加热方法有所不同，其独有的热点效应会对有机物的分解起到很重要的作用，微波加热催化反应能够使有机物废水有效降解，并且能够得到有利用价值的气体。微波催化反应处理有机物废水有着很好的应用前景。
但是现有的微波催化处理的装置不能实现催化剂的在线活化，不能进行连续化工作。如申请号为2004100659797微波光催化处理废水的方法与装置，该装置包括微波反应炉、废水反应室和无电极灯，微波反应炉腔中安放废水反应室。该废水反应室不能旋转，不能实现微波催化降解和再生的连续进行。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种回转式微波废水处理装置，该装置采用活性炭负载FeSO4的方式，在进行微波催化反应的时候通入氧气等氧化气体，整个实验装置设计成为旋转式，在对有机物废水进行吸附和催化反应之后，并且能够使催化剂再生，避免了不断更换催化剂的费用高和导致效率低下的问题。
为了解决以上问题，本发明采用的技术方案为：
一种回转式微波废水处理装置，包括壳体、反应腔室以及设置在反应腔室一侧的微波发生器，壳体的内部被隔板分隔成对称的两部分，包括吸附腔室和降解、再生腔室，壳体的上端和下端上设置有进气口、出气口、进液口以及出液口，进气口和出气口位于隔板的同一侧，且设置在壳体的不同端，进液口和出液口也位于隔板的同一侧，且设置在壳体的不同端；所述反应腔室位于壳体的中部，反应腔室内设置有催化剂层，催化剂层能够旋转，通过向降解、再生腔室中通入氧化性气体和惰性气体，实现有机物的催化降解和催化剂的再生。
催化剂板能够旋转的目的在于使整个吸附、催化降解和再生过程尽可能连续，并且将各种功能的实现设计在一个圆柱体内，也可以节省装置的体积，做到整体化。将整个圆柱体分为两个部分，其中一部分在催化反应的同时，在另外一个区域内对催化剂进行再生处理，这样就使得整个反应过程近似为连续过程，可以提高了处理效率。
优选的，所述催化剂层为催化剂板，催化剂板为斜纹板，催化剂板的个数为至少一个。斜纹板可以增大反应面积，增大催化剂的吸附量。
优选的，所述催化剂层为细密的网状结构，网状结构内填充催化剂。
优选的，催化剂层的中部设置有吸波材料。吸波材料可以吸收微波，使用时将微波发生器对准降解、再生腔室，吸波材料可以防止微波对吸附腔室内的吸附活动产生影响。
优选的，所述反应腔室的壳体壁的材质为透波材料。透波材料可以保证微波穿透壳体壁对内部的有机物进行降解时，尽量减小微波的损失。
优选的，催化剂板、反应腔室和反应腔室所在的壳体壁作为一个整体，可以相对于壳体的其他位置旋转。
进一步优选的，反应腔室的中部设置有转轴，催化剂板固定在转轴上，反应腔室所在的壳体壁与催化剂板之间固定设置，反应腔室所在壳体壁与壳体的上下两部分之间密封设置，电机带动转轴转动，转轴带动催化剂板转动，催化剂板带动反应腔室所在壳体壁转动，进而实现整体的旋转。
优选的，反应腔室所在壳体壁固定设置，催化剂板在电机和转轴的带动下可以相对于壳体旋转。
优选的，进气口设置于壳体的上端，出气口设置于壳体的下端，降解、再生腔室的下端设置有气体收集腔室，气体收集腔室通过管道与出气口连通。
优选的，进液口设置于壳体的上端，出液口设置于壳体的下端，吸附腔室的下端设置液体收集腔室，出液口通过管道与液体收集腔室连通。
优选的，所述进液口处设置有液体分布器。液体分布器可以将液体均匀分布在吸附腔室中，使液体均匀地从上端向下端流过催化剂板，有助于废水中的有机物被催化剂中的活性炭吸附。在经过活性炭的物理吸附作用之后，出来的液体中的有机物含量大大减小，活性炭的对有机物废水中的有机物的吸附率在93％以上。
优选的，所述催化剂板上的催化剂为活性炭负载FeSO4。活性炭可以对废水中的有机废物进行吸附，然后催化剂板旋转到降解、再生腔室，FeSO4在微波的加热作用下，形成单质铁和铁的氧化物，而铁的氧化物有很好的吸波能力，能够形成很多的热点效应，可以将位于其附近的有机物氧化分解除去。
上述回转式微波废水处理装置的处理、再生方法，包括如下步骤：
1)通过进液口将含有有机物的废水注入吸附腔室中，废水流过催化剂层后，其中的有机物被催化剂吸附；
2)将催化剂层进行旋转，将吸附有有机物的催化剂部分旋转至降解、再生腔室，通过进气口注入氧化气体，启动微波发生器，对有机物进行氧化催化降解；
3)降解完毕后，通过进气口通入惰性气体，对活性炭进行高温炭化活化；
4)将再生的催化剂层再次旋转，进入吸附腔室对废水进行吸附；
重复以上步骤，完成废水的处理。
优选的，步骤1)中，废水在吸附腔室中吸附的时间为25-30min。
具体吸附时间可以针对相对的有机物浓度进行调整。
优选的，步骤2)中，氧化催化降解的时间为5-8min。
优选的，步骤3)中，所述惰性气体为氮气，高温炭化的时间为20-25min，高温炭化的温度为800℃-900℃。
对活性炭进行高温炭化是针对活性炭空隙中残存的有机小分子或“炭粒”进行脱除处理，继续进行微波加热使其在高温下降解，与此同时通入氮气对活性炭进行保护，防止活性炭氧化并将空隙中的小分子物质带出，最终实现对活性炭的再次活化，此过程可以重复进行。
在微波催化分解废水中的有机物时，通入氧化性气体来增强氧化反应。
本发明的有益技术效果为：
活性炭的再生一般分为干燥、高温炭化以及活化三个阶段，对有机物进行催化氧化的同时，也是在对活性炭进行干燥再生。在微波的加热高温炭化阶段，需要加入惰性气体来防止活性炭氧化并将空隙中的小分子物质带出，最终实现对活性炭的再次活化。
本发明利用微波催化有机物反应原理，利用微波的加热性，将有机物的催化反应与活性炭的再生反应结合在了一起。这样既节约了活性炭的使用，同时也节约了能量。整体对废水中的有机物脱除效率可达90％以上。
附图说明
图1为回转式微波废水处理装置的剖视图结构示意图；
图2为回转式微波废水处理装置的结构示意图。
其中，1、进气口，2、进液口，3、液体分布器，4、气体冷却器，5、出气口，6、出液口，7、微波发生器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种回转式微波废水处理装置，包括壳体、反应腔室以及设置在反应腔室一侧的微波发生器7，壳体的内部被隔板分隔成对称的两部分，吸附腔室和降解、再生腔室，壳体的上端和下端上设置有进气口1、出气口5、进液口2以及出液口6，进气口1和出气口5位于隔板的同一侧，且设置在壳体的不同端，进液口2和出液口6也位于隔板的同一侧，且设置在壳体的不同端；所述反应腔室位于壳体的中部，反应腔室内设置有催化剂层，催化剂层能够旋转。
所述催化剂层为催化剂板，催化剂板为斜纹板，催化剂板的个数为至少一个，多个催化剂板组合安装，可以提高催化剂的附着面积，进而提高催化剂的附着量。斜纹板可以增大反应面积，增大催化剂的吸附量。
催化剂层的中部设置有吸波材料。吸波材料可以吸收微波，使用时将微波发生器对准降解、再生腔室，吸波材料可以防止微波对吸附腔室内的吸附活动产生影响。所述反应腔室的壳体壁的材质为透波材料。透波材料可以保证微波穿透壳体壁对内部的有机物进行降解时，尽量减小微波的损失。
催化剂板、反应腔室和反应腔室所在的壳体壁作为一个整体，可以相对于壳体的其他位置旋转。反应腔室的中部设置有转轴，催化剂板固定在转轴上，反应腔室所在的壳体壁与催化剂板之间固定设置，反应腔室所在壳体壁与壳体的上下两部分之间密封设置，电机带动转轴转动，转轴带动催化剂板转动，催化剂板带动反应腔室所在壳体壁转动，进而实现整体的旋转。反应腔室位于壳体的中间部位，反应腔室的下端和上端空间均被隔板分割成两部分，且这两部分之间密封设置。
进气口1设置于壳体的上端，出气口5设置于壳体的下端，降解、再生腔室的下端设置有气体收集腔室，气体收集腔室通过管道与出气口5连通，出气口5的内侧还设置有气体冷却器4，气体冷却器4将气体冷却后排放。
进液口2设置于壳体的上端，出液口6设置于壳体的下端，吸附腔室的下端设置液体收集腔室，出液口6通过管道与液体收集腔室连通。进液口2处设置有液体分布器3。液体分布器3可以将液体均匀分布在吸附腔室中，使液体均匀地从上端向下端流过催化剂板，有助于废水中的有机物被催化剂中的活性炭吸附。在经过活性炭的物理吸附作用之后，出来的液体中的有机物含量大大减小，活性炭的对有机物废水中的有机物的吸附率在93％以上。所述催化剂板上的催化剂为活性炭负载FeSO4。活性炭可以对废水中的有机废物进行吸附，然后催化剂板旋转到降解、再生腔室，FeSO4在微波的加热作用下，形成单质铁和铁的氧化物，而铁的氧化物有很好的吸波能力，能够形成很多的热点效应，可以将位于其附近的有机物氧化分解除去。
上述回转式微波废水处理装置的处理、再生方法，包括如下步骤：
1)通过进液口将含有有机物的废水注入吸附腔室中，废水从上到下流过催化剂层后，废水中的有机物被催化剂吸附，吸附的时间为25-30min，如果废水中的有机物浓度较大，可以适当延长吸附时间；
2)将催化剂层进行旋转，将吸附有有机物的催化剂部分旋转至降解、再生腔室，通过进气口注入氧化气体，启动微波发生器，对有机物进行氧化催化降解，氧化催化降解的时间为5-8min；
3)降解完毕后，通过进气口通入惰性气体，对活性炭进行高温炭化活化，高温炭化的时间为20-25min，高温炭化的温度为800-900℃；对活性炭进行高温炭化是针对活性炭空隙中残存的有机小分子或“炭粒”进行脱除处理，继续进行微波加热使其在高温下降解，于此同时通入氮气对活性炭进行保护，防止活性炭氧化并将空隙中的小分子物质带出，最终实现对活性炭的再次活化，此过程可以重复进行。
4)将再生的催化剂层再次旋转，进入吸附腔室对废水进行吸附；
重复以上步骤，完成废水的处理。
也可以对上述顺序进行调整，等到催化剂失效后，再进行高温炭化活化步骤，这样可以节省能量，但是会相应地降低处理效率。
实施例2
催化剂层为细密的网状结构，网状结构内填充催化剂，催化剂为活性炭负载FeSO4。
反应腔室所在壳体壁固定设置，催化剂板在电机和转轴的带动下可以相对于壳体旋转。
首先有机物液体由进液口2进入，通过液体分布器3后均匀流过活性炭吸附剂，在活性炭饱和后旋转装置，开启微波发生器7，同时通入氧化性气体来对有机物进行催化氧化，由于气体中含有较大的水蒸气，通过气体冷却器4冷却气体后将气液分离，待氧化过程结束后，由进气口1通入氮气保护性气体对活性炭进行再生处理，如此往复，可以得到一个近似连续的过程。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种回转式微波废水处理装置，其特征在于：包括壳体、反应腔室以及设置在反应腔室一侧的微波发生器，壳体的内部被隔板分隔成对称的两部分，包括吸附腔室和降解、再生腔室，壳体的上端和下端上设置有进气口、出气口、进液口以及出液口，进气口和出气口位于隔板的同一侧，且设置在壳体的不同端，进液口和出液口也位于隔板的同一侧，且设置在壳体的不同端；所述反应腔室位于壳体的中部，反应腔室内设置有催化剂层，催化剂层能够旋转，通过向降解、再生腔室中通入氧化性气体和惰性气体，实现有机物的催化降解和催化剂的再生；所述催化剂层上的催化剂为活性炭负载FeSO4。
2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于：所述催化剂层为催化剂板，催化剂板为斜纹板，催化剂板的个数为至少一个；
或所述催化剂层为细密的网状结构，网状结构内填充催化剂。
3.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于：催化剂层的中部设置有吸波材料；
或所述反应腔室的壳体壁的材质为透波材料。
4.根据权利要求2所述的废水处理装置，其特征在于：催化剂板、反应腔室和反应腔室所在的壳体壁作为一个整体，可以相对于壳体的其他位置旋转。
5.根据权利要求4所述的废水处理装置，其特征在于：反应腔室的中部设置有转轴，催化剂板固定在转轴上，反应腔室所在的壳体壁与催化剂板之间固定设置，反应腔室所在壳体壁与壳体的上下两部分之间密封设置，电机带动转轴转动，转轴带动催化剂板转动，催化剂板带动反应腔室所在壳体壁转动，进而实现整体的旋转。
6.根据权利要求2所述的废水处理装置，其特征在于：反应腔室所在壳体壁固定设置，催化剂板在电机和转轴的带动下可以相对于壳体旋转。
7.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于：进气口设置于壳体的上端，出气口设置于壳体的下端，降解、再生腔室的下端设置有气体收集腔室，气体收集腔室通过管道与出气口连通；
或进液口设置于壳体的上端，出液口设置于壳体的下端，吸附腔室的下端设置液体收集腔室，出液口通过管道与液体收集腔室连通。
8.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于：所述进液口处设置有液体分布器。
9.权利要求1-8任一所述回转式微波废水处理装置的处理、再生方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)通过进液口将含有有机物的废水注入吸附腔室中，废水流过催化剂层后，其中的有机物被催化剂吸附；
2)将催化剂层进行旋转，将吸附有有机物的催化剂部分旋转至降解、再生腔室，通过进气口注入氧化气体，启动微波发生器，对有机物进行氧化催化降解；
3)降解完毕后，通过进气口通入惰性气体，对活性炭进行高温炭化；
4)将再生的催化剂层再次旋转，进入吸附腔室对废水进行吸附；
重复以上步骤，完成废水的处理。
10.根据权利要求9所述的处理、再生方法，其特征在于：步骤1)中，废水在吸附腔室中吸附的时间为25-30min；
或步骤2)中，氧化催化降解的时间为5-8min。
11.根据权利要求9所述的处理、再生方法，其特征在于：步骤3)中，所述惰性气体为氮气，高温炭化的时间为20-25min，高温炭化的温度为800-900℃。
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