CN107128996B - 一种四室回转式微波废水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四室回转式微波废水处理装置及方法，该装置主要针对生产高浓度有机废水的企业，其中运用了四室回转式废水处理的流程，能够将处理有机废水的过程连续起来，提高了处理有机废水的效率并且实现了催化剂的循环利用。

Description

一种四室回转式微波废水处理装置及方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种四室回转式微波有机废水处理装置及方法。该装置主要针对生产高浓度有机废水的企业，其中运用了四室回转式废水处理的流程，能够将处理有机废水的过程连续起来，提高了处理有机废水的效率并且实现了催化剂的循环利用。

背景技术

伴随着工业的迅速发展，随之带来的也有各种各样的环境问题，在这些问题中，工业有机废水是其中较难处理。有机废水通常有着色度高，有毒性并且难以自然降解，一旦排到自然环境中便会对土壤以及水资源造成严重污染。特别是像我们这种人均水资源较少的国家，保护水资源显得尤为重要。

微波出现以后首先被用在了加热上面，后来发现微波在对降解有机物的反应中有着很好的效果，于是出现了微波催化氧化有机物的一系列研究。微波湿式催化氧化工艺就是利用微波的加热性能，并在高压的条件下对有机物进行氧化处理，这个反应对于反应条件要求苛刻，不易实现。

上述一些研究已经取得了很好的效果，但是这仅仅体现在实验的条件下，而且整个过程是在不连续的条件下取得的，一些反应所使用的催化剂也是一次性的，这就限制了整个的实际应用。

虽然已经有回转式微波废水处理装置，但是现有的回转式微波废水处理装置是将吸附有机废物的催化剂板直接在微波的作用下进行降解，吸附有大量有机废物的催化剂板上会浸渍有大量的水分，直接在较高功率的微波作用下降解时，产生的大量的水蒸汽，水蒸汽会对降解时注入的氧化性气体产生稀释作用，影响有机废物的降解效率，为了达到理想的降解效率，不但需要提高氧化性气体的供给量，还需要增加有机废水流经的路径长度或降低有机废水流动的速率，造成有机废水处理成本的提高、有机废水降解效率的降低甚至造成催化剂寿命的缩短。同时，由于有机物降解过程产生的气体与大量的水蒸汽和氧化性气体混合后，难以进行有效利用，只能经过收集处理后排放，提高了废气处理的成本。

综上所述，现有技术中对于有机废水连续、高效、彻底、低成本处理的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种四室回转式微波废水处理装置，该处理装置在设置上既考虑到了反应的连续性，催化剂的回收利用性以及整个反应的后处理等一系列连续的过程，而且在有机物经过微波分解后能够得到有利用价值的气体，因此该装置在针对处理有机物废水有着很好的应用前景。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种四室回转式微波废水处理装置，包括外壳体和内壳体，内壳体通过旋转轴安装在外壳体的内部，且内壳体、外壳体和旋转轴共轴安装；

沿所述外壳体的周向均匀划分为连续分布的一区吸附室、二区低温微波室、三区高温微波室和四区再生室，其中，一区吸附室的上端分别设置有进液口，下端分别设置有出液口，二区微波室上端设置有第一进气口，下端设置有第一出气口，内部设置有低功率微波发生器；三区微波室的上端设置有第二进气口，下端设置有第二出气口，内部设置有高功率微波发生器，四区再生室的上端设置有第三进气口，下端设置有第三出气口，内部设置有微波催化剂(微波负载金属氧化物)；所述第三进气口通过管道与第一出气口连通；

所述内壳体的内部沿周向也均匀分隔成四个部分，且竖向安装有若干个吸附板，吸附板上负载有催化剂；进液口、出液口、进气口和出气口均与内壳体的内部连通。

使用时，将进液口与有机废水源连通，高浓度有机废水从一区的上端流入，在重力的作用下自然下流，经过一区吸附室中吸附板的吸附，除去大部分有机废物，得到的低浓度有机废水排放。

一区吸附室中吸附有大量有机废物的吸附板旋转进入二区低温微波室中，在低功率微波的加热作用下，吸附在吸附板上的水分蒸发，得到水蒸汽，由于二区低温微波室中温度较低，只是将水分蒸发，尚无法将有机物降解，所以得到的水蒸汽较为纯净。二区低温微波室的目的在于干燥吸附板，因为水是一种吸波性能较好的物质，在吸附之后，吸附板中存储了大量的水，如果直接进入高功率微波区时，微波会直接加热水，不但会导致资源的浪费，降低反应区的温度，还会由于产生大量的水蒸汽，对三区微波室中通入的氧化性气体产生稀释作用，影响有机物的去除效率。设置二区微波室对吸附板进行干燥处理，为后续的有机物降解做准备，并将二区低温微波室的水蒸气通往四区再生室用于再生活性炭。

三区高温微波室是主反应区，用于高温降解有机物，负载在吸附板上的催化剂在微波作用下产生“热点效应”，所谓的热点效应，就是能够在局部产生较高的温度，这个温度能够达到900℃左右，高温是使大分子有机物降解的一个重要条件。由于没有大量水分的降温、稀释和干扰作用，三区高温微波室可很快到达很高的温度，有机物的降解效率和氧化性气体的使用量大大降低。而且由于没有大量水蒸汽，产生的废气的量减少，降低了废气后续处理的成本，而且无需通过降温的方式将其中的水蒸汽除去。

进一步的，所述进液口的下端设置有液体分布器。液体分布器可以将有机废水均匀分布，有利于提高有机废水的处理效率。

进一步的，进气口的下端设置有气体分布器。气体分布器可以将氧化性气体均匀分布，提高了有机废物的降解效率。

进一步的，所述吸附板为折形板。折形板可以提高吸附剂和催化剂的负载量，进而可以提高有机废物的吸附量和处理量。同时，折形板可以延长有机废水流动的路径，提高有机废物的吸附效果。

更进一步的，所述吸附板上填充有负载铁酸钴金属颗粒的活性炭。活性炭具有良好的吸附效果，且具有很好的吸波性能，铁酸钴金属颗粒在微波作用下能够产生“热点效应”，产生很高的温度，在高温和氧化性气体的综合作用下，有利于有机废物的降解除去。

进一步的，所述外壳体由反射微波的材料制成，内壳体由能够透过微波的材料制成。这样能使微波不外泄，且能够与催化剂层中的有机物进行反应。

进一步的，所述旋转轴由电动马达提供旋转的动力。

进一步的，内壳体和外壳体之间密封设置。可以避免微波和气体的泄露。

利用上述回转式微波废水处理装置进行废水处理的方法，包括如下步骤：

高浓度有机废水首先进入一区吸附室进行吸附，除去大部分有机废物，得到净化后的有机废水；经过一区吸附室后的吸附板进入二区低温微波室进行微波干燥处理，蒸发得到的水蒸汽进入四区再生室；干燥后的吸附板进入三区高温微波室，有机废物在微波加热和/或氧化性气体的作用下高温降解，最后吸附板旋转进入四区再生室，在微波加热和水蒸汽的作用下实现活性炭的再生。

进一步的，二区低温微波室中微波加热的温度为90-110℃。在这个温度下，水分蒸发为水蒸汽，同时保证有机废物没有得到分解，水蒸汽较为纯净，可以直接排放或回收利用。

进一步的，高浓度有机废水在一区吸附室停留的时间为10-15min。

进一步的，吸附板在二区低温微波室停留的时间为4-6min。

进一步的，三区高温微波室中有机物降解的时间为4-7min。

进一步的，四区再生室活性炭再生的时间为10-15min。

本发明的有益效果为：

1.增加微波除水段，使用低功率微波除水，降低后续降解段高功率微波负荷，同步实现节能和水资源回收，降低了有机废水处理成本，并提高了有机废物降解效率。

2.将气液固三相反应完全分割成液固、气固两相反应，减少一个自由度，降低反应难度，大幅提高反应效率。

3.微波干燥过程产生的大量水蒸汽通入四区再生室，用于活性炭吸附剂的再生，提高了活性炭的再生效果，提高了水蒸汽的利用率，避免了资源的浪费。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的微波废水处理装置内部结构示意图；

图2为本发明的微波废水处理装置的俯视图；

图3为本发明的微波处理工艺的流程图。

其中，1、外壳体，2、进液口，3、进气口，4、气体分布器，5、液体分布器，6、内壳体，7、出气口，8、出液口，9、高功率微波发生器，10、再生微波发生器，11、低功率微波发生器，12、一区吸附室，13、二区微波室，14、三区微波室，15、四区再生室。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1和图2所示，一种四室回转式微波废水处理装置，包括外壳体1和内壳体6，内壳体6通过旋转轴安装在外壳体1的内部，且内壳体6、外壳体1和旋转轴共轴安装；

沿所述外壳体1的周向均匀划分为连续分布的一区吸附室12、二区微波室13、三区微波室14和四区再生室15，其中，一区吸附室12的上端分别设置有进液口2，下端分别设置有出液口8，二区微波室13上端设置有第一进气口，下端设置有第一出气口，内部设置有低功率微波发生器11；三区微波室14的上端设置有第二进气口，下端设置有第二出气口，内部设置有高功率微波发生器9，四区再生室15的上端设置有第三进气口，下端设置有第三出气口，内部设置有再生微波发生器10；所述第三进气口通过管道与第一出气口连通；

所述内壳体6的内部沿周向也均匀分隔成四个部分，且竖向安装有若干个吸附板，吸附板上负载有催化剂；进液口2、出液口8、进气口3和出气口7均与内壳体6的内部连通。

微波有选择透过性的特点，外壳体1和微波腔内使用微波反射材料制备，就像微波炉中的设计，能够不断反射微波，使微波腔内的微波能够均匀分布。内壳体6的壁面采用的是透波材料，可以保证微波能够最大程度的穿透壁面到达催化剂层，从而对有机物进行降解，减小微波损失。

吸附板和内壳体6在旋转轴的作用下同步转动，外壳体1的位置保持不变。内壳体6与外壳体1之间密封设置，能够最大限度的限制微波的散失。

利用上述微波废水处理装置进行有机废水处理的方法，如图3所示，包括如下步骤：

1)将有机物废水通过一区吸附室12上端的进液口2并通过液体分布器5使液体能够均匀流下，流经吸附板，停留15min，有机废水中的有机废物被吸附板上的活性炭吸附后，水中的有机物含量大大减小，有机物去除率能够达到90％以上，处理后的有机废水稍加处理即可回收利用。

2)一区吸附室12吸附有机废水之后，这部分吸附板旋转到二区微波室13，即低功率的微波反应区域，在这部分，需要进行的是低功率微波加热，加热除水的时间为5min，里面设置测温仪检测温度变化并控制温度在100℃左右，在加热的同时从二区微波室13的上方通入空气，将大量的水蒸气携带出去，这部分水蒸气从反应器里出来之后，经过一个换热器，回收这部分水蒸气的能量并且回收这部分水资源。因为里面的反应温度没有达到有机物的分解温度，这部分水蒸气相对来讲是比较清洁的，能够达到直接排放的标准。

3)经过二区微波室13低功率微波的除水过程，将这部分继续旋转到三区微波室14，三区微波室14是反应的核心部分，在三区微波室14经过高功率的微波将有机物进行高温降解，降解的时间为5min。在高功率微波照射反应的同时，可以选择性地从三区微波室14上方通入氧化性气体辅助反应的进行，经过这部分反应，吸附在活性炭上的铁酸钴催化剂在微波作用下产生高温，对高分子有机物进行降解除去，去除有机物的效率高达98％。将有机物降解过程产生的低热值气体进行储存，利用。

4)紧接着，在反应结束后，将这部分旋转到四区再生室15，进行活性炭的再生过程。微波配合水蒸气再生活性炭，活化时间为10min，能够使活性炭的比表面积比之前更大，吸附能力更强，这是微波再生活性炭的优势所在。重复上述步骤，可以连续不断的对有机物废水进行处理。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种四室回转式微波废水处理装置，其特征在于：包括外壳体和内壳体，内壳体通过旋转轴安装在外壳体的内部，且内壳体、外壳体和旋转轴共轴安装；

沿所述外壳体的周向均匀划分为连续分布的一区吸附室、二区低温微波室、三区高温微波室和四区再生室，其中，一区吸附室的上端分别设置有进液口，下端分别设置有出液口，二区微波室上端设置有第一进气口，下端设置有第一出气口，内部设置有低功率微波发生器；三区微波室的上端设置有第二进气口，下端设置有第二出气口，内部设置有高功率微波发生器，四区再生室的上端设置有第三进气口，下端设置有第三出气口，内部设置有微波催化剂；所述第三进气口通过管道与第一出气口连通；

所述内壳体的内部沿周向也均匀分隔成四个部分，且竖向安装有若干个吸附板，吸附板上负载有催化剂；进液口、出液口、进气口和出气口均与内壳体的内部连通；

所述进液口的下端设置有液体分布器；进气口的下端设置有气体分布器；

所述吸附板上填充有负载铁酸钴金属颗粒的活性炭。

2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于：所述吸附板为折形板。

3.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于：所述外壳体由反射微波的材料制成，内壳体由能够透过微波的材料制成。

4.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于：内壳体和外壳体之间密封设置。

5.利用权利要求1-4任一所述回转式微波废水处理装置进行废水处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：

高浓度有机废水首先进入一区吸附室进行吸附，除去大部分有机废物，得到净化后的有机废水；经过一区吸附室后的吸附板进入二区低温微波室进行微波干燥处理，蒸发得到的水蒸汽进入四区再生室；干燥后的吸附板进入三区高温微波室，有机废物在微波加热和/或氧化性气体的作用下高温降解，最后吸附板旋转进入四区再生室，在微波加热和水蒸汽的作用下实现活性炭的再生。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：二区低温微波室中微波加热的温度为90-110℃。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：高浓度有机废水在一区吸附室停留的时间为10-15min；吸附板在二区低温微波室停留的时间为4-6min；三区高温微波室中有机物降解的时间为4-7min；四区再生室活性炭再生的时间为10-15min。