申请日2019.03.22
公开(公告)日2019.06.07
IPC分类号C02F1/72; C02F1/30; C02F1/28; B01D53/78; B01D53/38; C02F101/16; C02F103/06
摘要
本发明提供一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置及控制方法，包括反应系统装置、自动进样和排空装置、冷却装置、尾气吸收装置和设置PLC控制器的控制装置;反应系统装置包括微波加热反应箱体、玻璃三口烧瓶、磨口导气套管、温控探头、水位感应探头，微波加热反应箱体设置电源、微波发生器，微波加热反应箱体内设置所述玻璃三口烧瓶;本发明构思新颖，设计合理，使用方便，利用以铁尾矿粉为原料的类芬顿试剂体系加上微波强化辐照的方式，对氨氮进行高效氧化吸附，特别适合对垃圾渗滤液中的高浓度氨氮进行高级氧化和有效吸附，去除效率和废料资源化利用率均较高，特别适合小试或中试装置中垃圾渗滤液氨氮的高效去除研究，具有较强的实用性。
权利要求书
1.一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置，其特征在于包括反应系统装置、自动进样和排空装置、冷却装置、尾气吸收装置和设置PLC控制器的控制装置;
反应系统装置包括微波加热反应箱体、玻璃三口烧瓶、磨口导气套管、温控探头、水位感应探头，微波加热反应箱体设置电源、微波发生器，微波加热反应箱体内设置所述玻璃三口烧瓶;
磨口导气套管的一端和玻璃三口烧瓶的中间口密封连接，出口端和冷却装置的进口端连接，冷却装置的出口端和尾气吸收装置进口端连接;微波加热反应箱体开有供磨口导气套管穿出箱体的孔，并在该孔处设置密封圈密封;
所述自动进样和排空装置包括自动进样和出样泵、耐腐蚀橡胶进样软管、耐腐蚀橡胶出样软管、聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管;耐腐蚀橡胶进样软管和聚四氟乙烯进样管、耐腐蚀橡胶出样软管和聚四氟乙烯出样管分别通过转换接头连接，微波加热反应箱体开有供聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管进入的孔，并设置有第二带孔氟胶塞头供密封该孔并供聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管穿入到箱体内;所述聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管的端部插入到玻璃三口烧瓶的一侧孔中，并设置有第三带孔氟胶塞头供密封该孔并供聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管进入到玻璃三口烧瓶中;所述自动进样和出样泵与PLC控制器相连，受PLC控制器控制;
所述水位感应探头和温控探头插入在玻璃三口烧瓶的另一侧孔中，并设置有第带孔氟胶塞头供密封该孔并供水位感应探头和温控探头进入到玻璃三口烧瓶中;所述水位感应探头和温控探头与PLC控制器相连，向其反馈传感信号。
2.如权利要求1所述的一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置，其特征在于水位感应探头的前端和后端分别装有水压感应前端片和水压感应后端片;玻璃三口烧瓶下部设有水位控制上刻度线和水位控制下刻度线，水位控制上刻度线和水位控制下刻度线之间的区域为反应液位段标记区;所述聚四氟乙烯进样管的末端与水位控制上刻度线齐平，聚四氟乙烯出样管的末端与水位控制下刻度线齐平;所述反应液位段标记区含有每个进样周期内自动进样和出样泵注入玻璃三口烧瓶中的反应液。
3.如权利要求1所述的一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置，其特征在于微波加热反应箱体设置电源，提供反应系统装置和控制装置的供电。
4.如权利要求1所述的一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置，其特征在于所述玻璃三口烧瓶中装有类芬顿试剂中作为Fe2+源的铁尾矿粉;铁尾矿粉的装载量与水位控制下刻度线齐平。
5.如权利要求1所述的一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置，其特征在于所述冷却装置包括一根蛇形冷凝管和直角连接管;所述尾气吸收装置包括气体调节瓶、直角玻璃连接管、双孔橡胶塞头、长脚漏斗、盛放酸吸收溶液的尾气吸收瓶、盛放碱吸收溶液的尾气吸收瓶、气囊、进气阀;所述蛇形冷凝管通过直角连接管和气体调节瓶连接，气体的流通路线为从气体调节瓶上口的直角玻璃连接管经第一长脚漏斗进入盛放酸吸收溶液的尾气吸收瓶，经盛放酸吸收溶液的尾气吸收瓶上口的的直角玻璃连接管经第二长脚漏斗进入盛放碱吸收溶液的尾气吸收瓶，经盛放碱吸收溶液的尾气吸收瓶上口的管路通入气囊，其在该管路上设置所述进气阀，气囊和该管路可拆式连接。
6.如权利要求1所述的一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置，其特征在于所述水位感应探头的前端和后端分别装有水压感应前端片和水压感应后端片。
7.根据权利要求1所述的一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置的控制方法，其特征在于，
通过PLC控制器控制自动进样和排空装置、微波发生器;
所述温控探头将接收到的温度传感信号，反馈给PLC控制器，当温度高于100℃时，微波发生器停止工作;
所述PLC控制器根据水位感应探头的水压感应前端片和水压感应后端片分别与反应液接触产生的传感信号来控制微波发生器和自动进样和排空装置的开启和关闭，并控制水位预警指示灯的颜色变化;
开始进样时，通过PLC控制器开启自动进样和出样泵的电源，系统开始向玻璃三口烧瓶中注入反应样品和过氧化氢，进样速度控制在每秒1~2mL，所述水压感应后端片接收到压力信号时，说明液面位于水位控制上刻度线以上，此时PLC控制器关闭自动进样和出样泵电源，进样停止，然后开启微波发生器，反应开始;待反应到设定时间后，通过PLC控制器关闭微波发生器，再次开启自动进样和出样泵的电源，系统开始从玻璃三口烧瓶中抽出反应样品，当水压感应前端片无压力信号时，说明液面位于水位控制下刻度线以下，系统出样停止，开始下一周期的进样程序。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于所述微波发生器的功率根据反应的需要进行设置，功率范围在800~1500w之间;所述自动进样和出样泵的电源开启使系统开始进样或出样期间，微波发生器停止工作。
说明书
一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置及控制方法
技术领域
本发明涉及废水氨氮处理和废弃物资源化利用领域，特别地涉及一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置及控制方法。
背景技术
随着我国城市化速度的加快和经济的高速发展，城市垃圾处理问题日益突出。城市生活垃圾填埋是我国目前乃至今后长时间处理垃圾的一种主要手段。垃圾填埋和稳定化过程中会产生二次污染——垃圾渗滤液，渗滤液中氨氮的浓度很高，而且含有大量的重金属离子，毒性大，易对地下水环境、地表水环境以及土壤环境产生严重的污染。由于垃圾渗滤液具有水质复杂、难降解有机物浓度高、氨氮含量高，生化性差、水质水量变化大等特点，成为国内外水处理难点之一。
到目前为止，由于垃圾渗滤液的特性，国内外尚未开发出完善的适合垃圾渗滤液的处理工艺。近年来微波辐照技术已应用于化学学科的各个分支，作为一门新技术微波辐射因具有快速加热、分子水平意义上的搅拌、环境资源回收率高等优点而受到重视。芬顿试剂作为一种氧化性较强的化学试剂，在二价铁离子的催化作用下，结合H2O2的强氧化性，对还原态的污染物有较强的氧化作用。
经过微波辐照后的铁尾矿粉是一种优良的吸附材料，对于含正电荷离子的吸附性能较强。高级氧化工艺选用Fe2+/H2O2和微波/H2O2，H2O2是生成羟基自由基的重要物质，生成的游离态羟基自由基能够大幅度降低废水中的有机物和氨氮等成分。
但是目前芬顿试剂中的二价铁离子多来源于纯化合物，其缺点是处理成本较高，性价比低;如果采用价格低廉的铁尾矿粉渣作为类芬顿试剂中二价铁离子的来源，铁尾矿中的二价铁离子与H2O2形成一种新的类芬顿试剂，同时可以资源化利用铁尾矿粉渣，降低处理成本，具有显著的经济效益。
但是目前没有微波和由铁尾矿粉渣作为二价铁离子来源的类芬顿试剂联合工艺的可行性、效果的报道;而且，该工艺是否适合垃圾渗滤液也没有相关的报道。
发明内容
本发明首次所要解决的技术问题是提供一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置，以能够处理垃圾渗滤液中的氨氮，并能通过实验对不同的垃圾处理液找到进行微波强化的工艺路线和参数的最佳方案。为此，本发明采用以下技术方案：
一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置，其特征在于包括反应系统装置、自动进样和排空装置、冷却装置、尾气吸收装置和设置PLC控制器的控制装置;
反应系统装置包括微波加热反应箱体、玻璃三口烧瓶、磨口导气套管、温控探头、水位感应探头，微波加热反应箱体设置电源、微波发生器，微波加热反应箱体内设置所述玻璃三口烧瓶;
磨口导气套管的一端和玻璃三口烧瓶的中间口密封连接，出口端和冷却装置的进口端连接，冷却装置的出口端和尾气吸收装置进口端连接;微波加热反应箱体开有供磨口导气套管穿出箱体的孔，并在该孔处设置密封圈密封;
所述自动进样和排空装置包括自动进样和出样泵、耐腐蚀橡胶进样软管、耐腐蚀橡胶出样软管、聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管;耐腐蚀橡胶进样软管和聚四氟乙烯进样管、耐腐蚀橡胶出样软管和聚四氟乙烯出样管分别通过转换接头连接，微波加热反应箱体开有供聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管进入的孔，并设置有第二带孔氟胶塞头供密封该孔并供聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管穿入到箱体内;所述聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管的端部插入到玻璃三口烧瓶的一侧孔中，并设置有第三带孔氟胶塞头供密封该孔并供聚四氟乙烯进样管、聚四氟乙烯出样管进入到玻璃三口烧瓶中;所述自动进样和出样泵与PLC控制器相连，受PLC控制器控制;
所述水位感应探头和温控探头插入在玻璃三口烧瓶的另一侧孔中，并设置有第带孔氟胶塞头供密封该孔并供水位感应探头和温控探头进入到玻璃三口烧瓶中;所述水位感应探头和温控探头与PLC控制器相连，向其反馈传感信号。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案或对这些进一步的技术方案组合使用：
水位感应探头的前端和后端分别装有水压感应前端片和水压感应后端片;玻璃三口烧瓶下部设有水位控制上刻度线和水位控制下刻度线，水位控制上刻度线和水位控制下刻度线之间的区域为反应液位段标记区;所述聚四氟乙烯进样管的末端与水位控制上刻度线齐平，聚四氟乙烯出样管的末端与水位控制下刻度线齐平;所述反应液位段标记区含有每个进样周期内自动进样和出样泵注入玻璃三口烧瓶中的反应液。
微波加热反应箱体设置电源，提供反应系统装置和控制装置的供电。
所述玻璃三口烧瓶中装有类芬顿试剂中作为Fe2+源的铁尾矿粉;铁尾矿粉的装载量与水位控制下刻度线齐平。
所述冷却装置包括一根蛇形冷凝管和直角连接管;所述尾气吸收装置包括气体调节瓶、直角玻璃连接管、双孔橡胶塞头、长脚漏斗、盛放酸吸收溶液的尾气吸收瓶、盛放碱吸收溶液的尾气吸收瓶、气囊、进气阀;所述蛇形冷凝管通过直角连接管和气体调节瓶连接，气体的流通路线为从气体调节瓶上口的直角玻璃连接管经第一长脚漏斗进入盛放酸吸收溶液的尾气吸收瓶，经盛放酸吸收溶液的尾气吸收瓶上口的的直角玻璃连接管经第二长脚漏斗进入盛放碱吸收溶液的尾气吸收瓶，经盛放碱吸收溶液的尾气吸收瓶上口的管路通入气囊，其在该管路上设置所述进气阀，气囊和该管路可拆式连接。
所述水位感应探头的前端和后端分别装有水压感应前端片和水压感应后端片。
本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种上述利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置的控制方法，为此，本发明采用以下技术方案：
一种利用微波强化类芬顿试剂吸附垃圾渗滤液中氨氮的装置的控制方法，其特征在于，通过PLC控制器控制自动进样和排空装置、微波发生器;
所述温控探头将接收到的温度传感信号，反馈给PLC控制器，当温度高于100℃时，微波发生器停止工作;
所述PLC控制器根据水位感应探头的水压感应前端片和水压感应后端片分别与反应液接触产生的传感信号来控制微波发生器和自动进样和排空装置的开启和关闭，并控制水位预警指示灯的颜色变化;
开始进样时，通过PLC控制器开启自动进样和出样泵的电源，系统开始向玻璃三口烧瓶中注入反应样品和过氧化氢，进样速度控制在每秒1~2mL，所述水压感应后端片接收到压力信号时，说明液面位于水位控制上刻度线以上，此时PLC控制器关闭自动进样和出样泵电源，进样停止，然后开启微波发生器，反应开始;待反应到设定时间后，通过PLC控制器关闭微波发生器，再次开启自动进样和出样泵的电源，系统开始从玻璃三口烧瓶中抽出反应样品，当水压感应前端片无压力信号时，说明液面位于水位控制下刻度线以下，系统出样停止，开始下一周期的进样程序。
进一步地，所述微波发生器的功率根据反应的需要进行设置，功率范围在800~1500w之间;所述自动进样和出样泵的电源开启使系统开始进样或出样期间，微波发生器停止工作。
本发明将吸附与高级氧化技术进行结合，通过微波辐照强化类芬顿试剂的氧化作用和铁尾矿粉的吸附作用，降低垃圾渗滤液中氨氮含量，提高废水的可生化性，成为一种先进的针对垃圾渗滤液中氨氮去除的高级氧化技术。本发结果简单，操作方便，同时还可对不同的垃圾处理液找到进行微波强化的工艺路线和参数的最佳方案。
