CN108911105A - 一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置及方法，该方法包括将待处理污水注入反应器，并将待处理污水pH值调节到5～8；将微波发生器的微波功率调节为500～1000W，向反应器发射微波；向待处理污水中投加高锰酸盐，使待处理污水中的高锰酸盐浓度达到1～200μmol·L^‑1，并控制停留反应时间为5～30min，利用高锰酸盐所产生的中间价态锰进行氧化反应，完成待处理污水中污染物的氧化降解。本发明利用微波活化高锰酸盐，产生具有强氧化性的中间价态锰，从而可以有效氧化降解污水中的有机污染物，同时在氧化反应过程产生的MnO₂能够有效吸附污水中的重金属等污染物。

Description

一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置及方法。

背景技术

近些年来，随着工业的快速发展，难降解污染物成为污水处理领域的难题。传统的污水处理技术对于水中难降解有机物的去除有一定困难。高锰酸盐是常被选作氧化剂的一种物质，高价态锰(例如七价锰离子)在一定外界条件下，会被活化成为多种中间价态锰，如六价锰离子、五价锰离子、四价锰离子及三价锰离子等。

研究表明，其中的六价锰离子、五价锰离子、四价锰离子及三价锰离子均具有较强的氧化性(尤其是三价锰离子)，能够氧化水中多种有机污染物，降低水的TOC，同时，在氧化反应过程产生的MnO₂能够吸附重金属、有机污染物；从而达到提高去除水中重金属和有机污染物能力的目的。但高锰酸盐在水中性质较稳定，在一般条件下难以大量产生中间价态锰(尤其是三价锰离子)，因此，常规条件下高锰酸盐的氧化效果较差，当水中含有难降解有机污染物和重金属时，高锰酸盐难以达到彻底去除污染物的目的。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置，利用微波活化高锰酸盐，产生具有强氧化性的中间价态锰，利用中间价态锰可以有效氧化降解污水中的有机物污染物，同时在氧化反应过程产生的MnO₂能够有效吸附污水中的重金属和有机污染物。

该微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置包括微波发生器和反应器，所述反应器置于所述微波发生器内；

所述反应器用于容纳含有污染物的待处理污水，所述微波发生器用于向所述反应器发射预设功率的微波，利用微波活化所述反应器内的待处理污水中的高锰酸盐，使得高锰酸盐产生中间价态锰。

进一步地，所述反应器的顶部侧壁上开设有供待处理污水流入以及用于向所述反应器内投放高锰酸盐的入水口；同时，所述反应器的底部侧壁上开设有供处理后的污水流出的出水口。

进一步地，所述出水口处连接有对所述出水口进行控流的阀门。

进一步地，所述反应器的顶部开设有供所述反应器内的气体排出的排气口。

相应地，针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明还提供一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将待处理污水注入到反应器中，同时将反应器中的待处理污水的pH值调节到5～8；

步骤二、打开微波发生器，将微波发生器的微波功率调节为500～1000W，通过微波发生器向反应器发射微波；

步骤三、向待处理污水中投加高锰酸盐，使得待处理污水中的高锰酸盐浓度达到1～200μmol·L^-1，并控制停留反应时间为5～30min，利用高锰酸盐所产生的中间价态锰进行氧化反应，完成待处理污水中污染物的氧化降解。

进一步地，所述步骤三中保持待处理污水中高锰酸盐浓度和pH值不变。

可选地，所述高锰酸盐为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙、高锰酸锌以及高锰酸镁中的至少一种。

优选地，所述高锰酸盐为高锰酸钾和高锰酸钠中的至少一种。

本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：

1、本发明利用微波活化高锰酸盐产生具有强氧化性的中间价态锰，其中的五价锰、四价锰及三价锰均具有较强的氧化性(尤其是三价锰)，能够氧化水中多种有机污染物，包括对于那些难降解的有机物的有效降解；同时，在氧化反应过程产生的MnO₂能够吸附水中的重金属和有机污染物，从而达到去除水中污染物的目的，且不会产生二次污染问题；

2、本发明通过微波的形式来活化高锰酸盐，提高了高锰酸盐的活化效率，产生氧化性极强的三价锰，从而可以减少氧化剂用量，降低成本。

3、本发明操作简单，能耗较低，只需要适当的电能，在微波的作用下，就能完成对高锰酸盐的活化，对水中有机污染物和重金属的去除效率高。

4、本发明利用污水处理技术中较为传统的高锰酸盐氧化技术，结合了新兴的微波技术，对水中有机污染物和重金属的去除效果好、处理效率高，提高了对难降解有机污染物的处理效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置的结构示意图；

图2为图1的A-A向的剖面图；

图3为本发明实施例提供的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法的流程示意图；

图4为本发明微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法的第一实施例的时间—去除率曲线图；

图5是本发明微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法的第二实施例的时间—去除率曲线图；

图6是本发明微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法的第三实施例的时间—去除率曲线图；

图7是本发明微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法的第四实施例的时间—去除率曲线图；

图8是本发明微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法的第五实施例的时间—去除率曲线图；

图9是本发明第一对比例的时间—去除率曲线图；

图10是本发明第二对比例的时间—去除率曲线图；

图11是本发明第三对比例的时间—去除率曲线图；

图12是本发明第四对比例的时间—去除率曲线图。

附图标记说明：

1：反应器，2：微波发生器，3：出水口，4：入水口，5：排气口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明提供一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置，该微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置包括微波发生器2和反应器1，其中，反应器1置于微波发生器2内；反应器1用于容纳含有污染物的待处理污水，微波发生器2用于向反应器1发射预设功率的微波，利用微波活化反应器1内的待处理污水中的高锰酸盐，使得高锰酸盐产生具有强氧化性的中间价态锰，利用中间价态锰对污水中的污染物进行氧化降解。

进一步地，上述反应器1的顶部侧壁上开设有供待处理污水流入以及用于向反应器1内投放高锰酸盐的入水口4；同时，反应器1的底部侧壁上开设有供处理后的污水流出的出水口3。该出水口3处连接有对出水口3进行控流的阀门。此外，反应器1的顶部开设有供反应器1内的气体排出的排气口5，以便反应过程中产生的气体从排气口5处排出。

使用该装置进行污水处理时，首先将待处理污水通过入水口4注入反应器1中，并调节待处理污水的pH值到设定值；然后启动微波发生器2，以设定的微波功率向反应器1发射微波；通过反应器1的入水口4向待处理污水中投加高锰酸盐，并将高锰酸盐的浓度维持在设定值，处理预定时间，完成对待处理污水的处理；最后通过反应器1的出水口3排出处理后的污水。

相应地，请参阅图3，本发明还提供一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法，该方法包括以下步骤：

S101、将待处理污水注入到反应器中，同时将反应器中的待处理污水的pH值调节到5～8；

S102、打开微波发生器，将微波发生器的微波功率调节为500～1000W，通过微波发生器向反应器发射微波；

S103、向待处理污水中投加高锰酸盐，使得待处理污水中的高锰酸盐浓度达到1～200μmol·L^-1，并控制停留反应时间为5～30min，利用高锰酸盐所产生的中间价态锰进行氧化反应，完成待处理污水中污染物的氧化降解。

其中，在上述S103中需要一直保持待处理污水中高锰酸盐浓度和pH值不变。其中所用的高锰酸盐可以为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙、高锰酸锌以及高锰酸镁中的至少一种。优选地，本发明采用高锰酸钾和高锰酸钠中的至少一种，因为高锰酸钾和高锰酸钠较其他高锰酸盐(如高锰酸钙、高锰酸锌、高锰酸镁等)价格较为便宜，且更易溶于水。

由于高锰酸盐在无微波作用的外界条件下，极少甚至不能产生具有强氧化性的中间价态锰，因此，在常规状态下高锰酸盐对于水中难降解的有机污染物和重金属去除效果较差。而高价态锰(七价锰)在微波条件下，会被活化成为多种中间价态的锰，如六价锰、五价锰、四价锰及三价锰等。其中的五价锰、四价锰及三价锰均具有较强的氧化性(尤其是三价锰)，能够氧化水中多种有机污染物，同时，在氧化反应中产生的MnO₂能够吸附污水中的重金属和有机污染物，从而达到去除水中污染物的目的。

本发明可以用于多种污水的处理，包括污水厂二级出水、工业废水、地表水、地下水和混合污水等，可处理的“有机污染物”包括易降解有机物和难降解有机物等，“重金属”包括铅、汞、铜、锌、镍、铬、镉等。

本发明的关键在于高锰酸盐在水中的七价锰在特殊的条件下可被活化成多种中间价态锰，而微波技术作为一种新型的清洁的技术被利用并达到了活化中间价态锰的作用，三价锰、五价锰、六价锰(尤其是三价锰)的强氧化性能够增强传统的高锰酸盐氧化体系的氧化效果，同时在氧化反应过程中产生的MnO₂具有较强的吸附作用，可对水中的有机物和重金属起到进一步吸附絮凝的效果，并沉淀去除。其中三价锰的强氧化性也解决了水中某些难降解有机污染物难以除去的问题。

下面将以具体的实施例来进一步说明本发明中的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法的功效。

第一实施例：

采用上述装置对含有20mg/L喹啉的污水进行处理，首先将待处理污水注入反应器1中，并将待处理污水pH值调节到5～8；启动微波发生器2电源，使微波强度达到300W；由进水口4投加高锰酸盐至反应器1内，使高锰酸盐浓度为50μmol/L，保持高锰酸盐浓度为50μmol/L，反应25min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，所用的高锰酸盐为高锰酸钾，投加时，先用适量的去离子水使高锰酸钾完全溶解。记录待处理污水中喹啉的浓度变化，计算喹啉的去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图4所示，通过结果可知，本实施例中，喹啉的去除率达到89.5％。

第二实施例：

采用上述装置对含有20mg/L喹啉的污水进行处理，将待处理的污水注入反应器1中，并将待处理污水pH值调节到5～8；启动微波发生器2电源，使微波强度达到600W；由进水口4投加高锰酸盐至反应器1内，使高锰酸盐浓度为100μmol/L，保持高锰酸盐浓度为100μmol/L，反应20min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，所用的高锰酸盐为高锰酸钠，投加时，先用适量的去离子水使高锰酸钠完全溶解。记录待处理污水中喹啉的浓度变化，计算喹啉的去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图5所示，通过结果可知，本实施例中，喹啉的去除率达到98.7％。

第三实施例：

采用上述装置对含有20mg/L喹啉的污水进行处理，将待处理的污水注入反应器1中，并将待处理污水pH值调节到5～8；启动微波发生器2电源，使微波强度达到400W；由进水口4投加高锰酸盐至反应器1内，使高锰酸盐浓度为100μmol/L，保持高锰酸盐浓度为100μmol/L，反应20min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，所用的高锰酸盐为高锰酸钠，投加时，先用适量的去离子水使高锰酸钠完全溶解。记录待处理污水中喹啉的浓度变化，计算去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图6所示，通过结果可知，本实施例中，喹啉的去除率达到92.2％。

第四实施例：

采用上述装置对含有10mg/L双酚A的污水进行处理，将待处理的污水注入反应器1中，并将待处理污水pH值调节到5～8；启动微波发生器2电源，使微波强度达到400W；由进水口4投加高锰酸盐至反应器1内，使高锰酸盐浓度为100μmol/L，保持高锰酸盐浓度为100μmol/L，反应20min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，所用的高锰酸盐为高锰酸钠，投加时，先用适量的去离子水使高锰酸钠完全溶解。记录待处理污水中双酚A的浓度变化，计算去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图7所示，通过结果可知，本实施例中，双酚A的去除率达到85.6％。

第五实施例：

采用上述装置对含有20mg/L喹啉和5mg/LCuCl₂的污水进行处理，将待处理的污水注入反应器1中，并将待处理污水pH值调节到5～8；启动微波发生器2电源，使微波强度达到600W；由进水口4投加高锰酸盐至反应器1内，使高锰酸盐浓度为100μmol/L，保持高锰酸盐浓度为100μmol/L，反应20min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，所用的高锰酸盐为高锰酸钠，投加时，先用适量的去离子水使高锰酸钠完全溶解。记录待处理污水中喹啉和CuCl₂的浓度变化，计算喹啉和CuCl₂的去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图8所示，通过结果可知，本实施例中，喹啉的去除率达到96.6％，CuCl₂的去除率达到89.8％。

下面将通过对比例以对比的方式来进一步说明本发明的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法的功效。

第一对比例：

采用上述装置对含有20mg/L喹啉的污水进行处理，将待处理的污水注入反应器1中，启动微波发生器2电源，使微波强度达到600W，反应25min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，记录待处理污水中喹啉的浓度变化，计算喹啉去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图9所示，通过结果可知，本实施例中，喹啉的去除率为5.1％。

第二对比例：

采用上述装置对含有20mg/L喹啉的污水进行处理，将待处理的污水注入反应器1中，由进水口4投加高锰酸盐至反应器1内，使高锰酸盐浓度为50μmol/L，保持高锰酸盐浓度为50μmol/L，反应25min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，高锰酸盐为高锰酸钾，投加时，先用适量的去离子水使高锰酸钾完全溶解。记录待处理污水中喹啉的浓度变化，计算喹啉的去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图10所示，通过结果可知，本实施例中，喹啉的去除率为52.7％。

第三对比例：

采用上述装置对含有10mg/L双酚A的污水进行处理，将待处理的污水注入反应器1中，由进水口4投加高锰酸盐至反应器1内，使高锰酸盐浓度为100μmol/L，保持高锰酸盐浓度为100μmol/L，反应25min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，高锰酸盐为高锰酸钠，投加时，先用适量的去离子水使高锰酸钠完全溶解。记录待处理污水中双酚A的浓度变化，计算双酚A的去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图11所示，通过结果可知，本实施例中，双酚A的去除率为48.2％。

第四对比例：

采用上述装置对含有20mg/L喹啉和5mg/LCuCl₂的污水进行处理，将待处理的污水注入反应器1中，由进水口4投加高锰酸盐至反应器1内，使高锰酸盐浓度为100μmol/L，保持高锰酸盐浓度为100μmol/L，反应20min，由出水口3排出处理后的污水。

在本实施例中，高锰酸盐为高锰酸钠，投加时，先用适量的去离子水使高锰酸钠完全溶解。记录待处理污水中喹啉和CuCl₂的浓度变化，计算喹啉和CuCl₂的去除率，并绘制去除率随时间变化曲线图，如图12所示，通过结果可知，本实施例中，喹啉的去除率达到56.3％，CuCl₂的去除率达到25.6％。

通过以上各实施例和对比例可知，本发明确实可有效降解污水中的有机污染物，其中对喹啉的最大去除率达到98.7％，对双酚A的最大去除率达到85.6％，对氯化铜的最大去除率达到89.8％。

本发明通过利用微波活化高锰酸盐，使其产生具有强氧化性的中间价态锰，从而利用中间价态锰可以有效氧化降解污水中的有机污染物，达到去除污水中的有机污染物的目的，包括对于那些难降解的有机物的有效降解；同时在氧化反应过程产生的MnO₂能够有效吸附污水中的有机污染物和重金属，从而有效去除污水中的污染物，且不会产生二次污染的问题。

需要说明的是，本发明实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

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

Claims (8)

1.一种微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置，其特征在于，所述微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置包括微波发生器和反应器，所述反应器置于所述微波发生器内；

所述反应器用于容纳含有污染物的待处理污水，所述微波发生器用于向所述反应器发射预设功率的微波，利用微波活化所述反应器内的待处理污水中的高锰酸盐，使得高锰酸盐产生中间价态锰。

2.如权利要求1所述的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置，其特征在于，所述反应器的顶部侧壁上开设有供待处理污水流入以及用于向所述反应器内投放高锰酸盐的入水口；同时，所述反应器的底部侧壁上开设有供处理后的污水流出的出水口。

3.如权利要求2所述的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置，其特征在于，所述出水口处连接有对所述出水口进行控流的阀门。

4.如权利要求1所述的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置，其特征在于，所述反应器的顶部开设有供所述反应器内的气体排出的排气口。

5.一种采用如权利要求1中所述的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的装置进行微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将待处理污水注入到反应器中，同时将反应器中的待处理污水的pH值调节到5～8；

步骤二、打开微波发生器，将微波发生器的微波功率调节为500～1000W，通过微波发生器向反应器发射微波；

步骤三、向待处理污水中投加高锰酸盐，使得待处理污水中的高锰酸盐浓度达到1～200μmol·L^-1，并控制停留反应时间为5～30min，利用高锰酸盐所产生的中间价态锰进行氧化反应，完成待处理污水中污染物的氧化降解。

6.如权利要求5所述的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法，其特征在于，所述步骤三中保持待处理污水中高锰酸盐浓度和pH值不变。

7.如权利要求5所述的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法，其特征在于，所述高锰酸盐为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸钙、高锰酸锌以及高锰酸镁中的至少一种。

8.如权利要求5所述的微波活化高锰酸盐降解水中污染物的方法，其特征在于，所述高锰酸盐为高锰酸钾和高锰酸钠中的至少一种。