CN115196804A

CN115196804A - 一种微波辐射污水处理反应系统

Info

Publication number: CN115196804A
Application number: CN202210842325.9A
Authority: CN
Inventors: 肖天存; 王晋璧; 缪海洋
Original assignee: Nanjing Kejin New Materials Research Institute Co ltd
Current assignee: Nanjing Kejin New Materials Research Institute Co ltd
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2022-10-18

Abstract

本发明污水处理技术领域，特别是涉及一种微波辐射污水处理反应系统，所述微波辐射污水处理反应系统包括经管路顺次连通的沉砂池、反应池和色谱检测单元，所述反应池的壁面安装有微波发生器，波导管的一端连接所述微波发生器，波导管的另一端设于所述反应池的中部，所述反应池内还设置有叶片，所述叶片螺旋布设于所述波导管另一端的外周。本发明操作方便，灵活性强，先在沉砂池内去除大粒径的悬浮颗粒物，对污水进行初步沉淀处理，再利用微波与催化剂相结合的方式降解污水中的污染物，最终利用气相色谱检测产生废气的气体类型，进一步分析研究污水所含污染物。

Description

一种微波辐射污水处理反应系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种微波辐射污水处理反应系统。

背景技术

随着工业化和世界人口的持续增长，近年来，污水处理厂的数量和由此产生的污水、污泥急剧增加，目前针对污水污泥的处理解决方案包括：海洋倾倒、农业利用和垃圾填埋，但这些方法均会对环境造成危害，不符合可持续发展战略。

城市和工业处理厂排放的污水中含有大量的污染物和有机物质，其包括氮、磷组分、重金属和病原体等无机和有机碳化合物的混合物，为了实现污水达标排放常采用物理、化学和生物等多种处理方法，包括光降解法、超声波法和臭氧法等氧化法快速氧化降解污染物，由于此类方法运行成本高、耗能大，容易产生二次污染而无法被广泛应用。

微波具备独特的加热方式，可以实现快速升温，因而在污水处理领域具备良好的应用前景。在氨去除工艺中，微波法可以完全脱除实验室规模的氨氮，在中等规模的污水处理中也能实现80％的氨去除率。氧化剂能够刺激氧化剂(H₂O₂、H₂S₂O₈等)产生自由基快速极化污染物分子，使得有机污染物在高温下分解；光化学反应中，紫外光条件下有机物产生光诱导电子和正电空穴，生成自由基，促进污染物中有机质的降解；催化剂可以进一步提高有机物降解到矿化程度的反应速率和效率。

微波在降解污水中生物难降解物和污染物方面具有显著优势。现有的污水一般是采用独立分解的处理方法或使用不同试剂依次降解的方法，该类方法降解效率慢，污水处理效率低，各个方法相互独立，难以实现协同处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波辐射污水处理反应系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种微波辐射污水处理反应系统，包括经管路顺次连通的沉砂池、反应池和色谱检测单元，所述反应池的壁面安装有微波发生器，波导管的一端连接所述微波发生器，波导管的另一端设于所述反应池的中部，波导管用于将微波传导至反应池内，所述反应池内还设置有用于输送沉砂后污水的叶片，所述叶片为无轴叶片，所述叶片螺旋布设于所述波导管另一端的外周。

优选的，所述沉砂池内设置有砂水分离器，砂水分离器的溢流口高度低于所述沉砂池的高度，便于去除大粒径悬浮颗粒物的污水进行二次沉砂。

优选的，所述沉砂池内安装有设于所述砂水分离器外部的加热管，所述加热管用于预热污水。

本发明还提供了一种采用上述微波辐射污水处理反应系统的处理方法，具体包括以下步骤：

S1、预处理：将待处理污水通过筛网，再将其输送至沉砂池内去除大粒径的悬浮颗粒物，实现初步沉淀处理后，将污水pH调节为酸性；

S2、利用污水泵将初步沉淀后的污水输送至反应池，向反应池内添加催化剂，加快污水的分解反应；

S3、微波发生器产生的微波经波导管传导至反应池内，叶片带动污水螺旋流动，增大微波与污水的接触面积，微波升温进一步促进有机物降解，最终得到处理后的污水；

S4、收集S3步骤中的废气并通入色谱检测单元，利用气相色谱检测废气的气体类型，用于分析研究污水所含污染物；

S5、将S3得到的污水静置，过滤分离出可重复使用的固体催化剂及处理后的水，分离出的催化剂于步骤S2循环使用，分离出的水再利用。

优选的，预处理时，将污水pH调节至2～6，加入吸附剂除去污水中的重金属离子。

优选的，所述吸附剂为MoS₂、WO₃或其复合材料，吸附剂浓度为0.1～1.0g/L。

作为本发明的进一步方案，所述催化剂为石墨烯或铁系催化剂中的至少一种。

优选的，铁系催化剂为Fe₂O₃、Fe₃O₄或Fe掺杂的金属或过渡金属氧化物，所述Fe掺杂的金属氧化物结构为钙钛矿型，所述Fe掺杂的金属或过渡金属氧化物包括CaFe_1-xTi_xO₃和LaFe_1-xCu_xO₃。

作为本发明的进一步方案，微波源功率设置为400～1000W，微波辐射时间为8～20min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用沉砂池内去除大粒径的悬浮颗粒物，对污水进行初步沉淀处理，再利用微波与催化剂相结合的方式降解污水中的污染物，最终利用气相色谱检测产生废气的气体类型，能够分析研究污水所含污染物。本发明操作方便，灵活性强，污水处理效率高，具备对环境友好的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明反应系统的工艺流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例提供了一种微波辐射污水处理反应系统，包括经管路顺次连通的沉砂池、反应池和色谱检测单元，反应池的壁面安装有微波发生器，波导管的一端连接微波发生器，波导管的另一端设于反应池的中部，波导管用于将微波传导至反应池内，反应池内还设置有用于输送沉砂后污水的叶片，叶片为无轴叶片，叶片螺旋布设于波导管另一端的外周。

本实施例还提供了一种采用上述微波辐射污水处理反应系统的处理方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

S1、预处理：将待处理污水通过筛网，再将其输送至沉砂池内去除大粒径的悬浮颗粒物，实现初步沉淀处理后，将污水pH调节为2～6；

S2、利用污水泵将初步沉淀后的污水输送至反应池，向反应池内添加催化剂Fe₂O₃，催化剂能够加快污水的分解反应，Fe₂O₃的用量为3.0～10.0g/L；

S3、微波源功率设置为400W，微波辐射时间为20min，微波发生器产生的微波经波导管传导至反应池内，叶片带动污水螺旋流动，增大微波与污水的接触面积，微波升温促进有机物进一步降解，最终得到处理后的污水；

S4、将S3得到的污水静置，过滤分离出可重复使用的固体催化剂、处理后的水及废气，分离出的催化剂于步骤S2循环使用，分离出的水再利用，废气收集后通入色谱检测单元，利用气相色谱检测废气的气体类型，分析研究污水所含污染物。

气相色谱条件设置如下：进样口温度设置为200～300℃，分流进样体积为1～5μL，分流比为20，柱头压为59.2kPa，总流量为20.0mL/min，载气恒线速度为32cm/s。柱升温程序设置如下：以10℃/min的速率从140℃升温至目标温度，并在目标温度条件下停留5min，目标温度为200～300℃。

实施例2：

本实施例提供了一种微波辐射污水处理反应系统，本实施例与实施例1的不同之处在于，沉砂池内设置有砂水分离器和设于砂水分离器外部的加热管，砂水分离器的溢流口高度低于沉砂池的高度，待处理的污水送入砂水分离器内进行初步沉砂，再从溢流口流出进行沉砂池内二次沉砂，能够有效提高大粒径悬浮颗粒物的去除率，其余均与实施例1相同。

S1、预处理：将待处理污水通过筛网，再将其输送至沉砂池内的砂水分离器内初步沉砂，去除大粒径悬浮颗粒物的污水从砂水分离器的溢流口流至沉砂池内，将污水pH调节为2～6，此时向沉砂池内加入吸附剂纳米MoS₂进行二次沉砂处理，纳米MoS₂结构为层状、片状或花球状，吸附剂用量为0.3～0.5g/L，二次沉砂后得到预处理后的污水；

S2、利用加热管预热污水，再通过污水泵将初步沉淀后的污水输送至反应池，向反应池内添加催化剂Fe₃O₄/MoS₂复合材料加快污水的分解反应，催化剂用量为1.0～8.0g/L，Fe₃O₄和MoS₂的比例为1：0.2～0.5；

S3、微波源功率设置为500W，微波辐射时间为16min，微波发生器产生的微波经波导管传导至反应池内，微波升温促进有机物进一步降解，叶片带动污水螺旋流动，增大微波与污水的接触面积，改善污水处理效果，最终得到处理后的污水；

S4、步骤S3中形成的废气收集后通入色谱检测单元，利用气相色谱检测废气的气体类型，分析研究污水所含污染物；将S3得到的污水静置，利用复合材料的超顺磁性将催化剂从水中分离，过滤分离出可重复使用的固体催化剂和处理后的水，再将催化剂于步骤S2循环使用，分离出的水再利用。

实施例3：

本实施例提供了一种微波辐射污水处理反应系统，本实施例与实施例2的不同之处在于，本实施例的处理方法中采用WO₃作为吸附剂，吸附剂用量为0.3～0.5g/L，此外，本实施例向反应池内添加的催化剂为LaFe_0.95Cu_0.05O₃，催化剂用量为1～3g/L，微波源功率设置为1000W，微波辐射时间为8min，其余步骤均与实施例2一致。

分别采用实施例1-3的微波辐射污水处理反应系统对不同批次的污水进行处理，分别测定污水处理前、后的水质情况，检测结果如下表所示。

由上表可知，本申请提供的微波辐射污水处理反应系统及其处理方法能够有效处理污水，污水COD去除率均高于65％，氨氮去除率均高于85％，具备对环境友好的特点。

本发明操作方便，灵活性强，先在沉砂池内去除大粒径的悬浮颗粒物，对污水进行初步沉淀处理，再利用微波与催化剂相结合的方式降解污水中的污染物，最终利用气相色谱检测产生废气的气体类型，进一步分析研究污水所含污染物。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，包括经管路顺次连通的沉砂池、反应池和色谱检测单元，所述反应池的壁面安装有微波发生器，波导管的一端连接所述微波发生器，波导管的另一端设于所述反应池的中部，所述反应池内还设置有叶片，所述叶片螺旋布设于所述波导管另一端的外周。

2.根据权利要求1所述的一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，所述沉砂池内设置有砂水分离器，砂水分离器的溢流口高度低于所述沉砂池的高度。

3.根据权利要求1所述的一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，所述沉砂池内安装有设于所述砂水分离器外部的加热管，所述加热管用于预热污水。

4.根据权利要求1所述的一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，其处理方法具体包括以下步骤：

S1、预处理：将通过筛网的待处理污水输送至沉砂池内去除大粒径的悬浮颗粒物，对污水进行初步沉淀处理，并将污水pH调节为酸性；

S2、利用污水泵将初步沉淀后的污水输送至反应池内，向反应池内添加催化剂，对污水进行催化处理；

S3、微波发生器产生的微波经波导管传导至反应池内，微波与污水接触，促进有机物降解，得到处理后的污水；

S5、将S3得到的污水静置，过滤分离，分离出的催化剂于S2循环使用，分离出的水再利用。

5.根据权利要求4所述的一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，预处理时，将污水pH调节至2～6，加入吸附剂除去污水中的重金属离子。

6.根据权利要求4所述的一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，所述吸附剂为MoS₂、WO₃或其复合材料，吸附剂浓度为0.1～1.0g/L。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，所述催化剂为石墨烯或铁系催化剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，铁系催化剂为Fe₂O₃、Fe₃O₄或Fe掺杂的金属或过渡金属氧化物，所述Fe掺杂的金属氧化物结构为钙钛矿型，所述Fe掺杂的金属或过渡金属氧化物包括CaFe_1-xTi_xO₃和LaFe_1-xCu_xO₃。

9.根据权利要求4所述的一种微波辐射污水处理反应系统，其特征在于，微波源功率设置为400～1000W，微波辐射时间为8～20min。