申请日2010.08.05
公开(公告)日2011.01.26
IPC分类号C02F9/12; C02F1/30; C02F1/72; C02F1/461
摘要
本发明公开了一种处理效率高、时间短、能耗小、设备条件要求不高的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，包括如下步骤：一、预处理：用物理方法将含有有机污染物的废水中的悬浮物及其它颗粒杂质去除;并根据废水情况调节废水的pH值到5-9的范围;二、将预处理后的废水输入到内部装有吸磁复合材料的微波反应器内，废水与吸磁复合材料发生内电解反应，由微波反应器中的微波发生器对吸磁复合材料进行微波处理;对吸磁复合材料进行微波处理可以促使废水与吸磁复合材料更好地发生内电解反应;三、后处理：对经过微波反应器处理后的废水采用物化的方法进一步处理，并可根据废水处理的要求，再进行后续生化处理。
摘要附图
权利要求书
1.利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：包括如下步骤：一、预处理：用物理方法将含有有机污染物的废水中的悬浮物及其它颗粒杂质去除;并根据废水情况调节废水的pH值到5-9的范围;二、将预处理后的废水输入到内部装有吸磁复合材料的微波反应器内，废水与吸磁复合材料发生内电解反应，由微波反应器中的微波发生器对吸磁复合材料进行微波处理;对吸磁复合材料进行微波处理可以促使废水与吸磁复合材料更好地发生内电解反应;三、后处理：对经过微波反应器处理后的废水采用物化的方法进一步处理，并可根据废水处理的要求，再进行后续生化处理。
2.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的吸磁复合材料可再生，经过一段时间的废水处理，吸磁复合材料的吸附及电解能力有所下降，此时，在不通入废水的情况下开启微波发生器，使其处于一个高温缺氧状态，使吸附在吸磁复合材料上的有机物一部分氧化成为二氧化碳和水蒸气排出，另一部分碳化，形成类似活性炭的物质，使吸磁复合材料恢复对废水的处理功能，实现对吸磁复合材料的再生。
3.根据权利要求2所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的吸磁复合材料再生时，可根据吸磁复合材料的损耗及吸附能力情况，再加入一定量的活性碳或硅藻土，单质铁、铁氧体或稀土金属，通入惰性气体，进行吸磁复合材料的二次再生。
4.根据权利要求3所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的惰性气体为氮气。
5.根据权利要求2所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的微波发生器连续可调，其频率为2.45GHz，功率为辐射功率为0.5KW至5KW，在对所述的吸磁复合材料进行再生时，微波发生器的辐射时间为30秒至10分钟，使吸磁复合材料的温度达到150℃至1050℃。
6.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的物理方法为：沉降、过滤或气浮，控制废水中的悬浮物及其它颗粒杂质的悬浮浓度，使其小于70mg/l。
7.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的废水与吸磁复合材料发生内电解反应时，废水在微波反应器内的停留时间为30秒至50分钟。
8.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的微波反应器结构包括：微波发生器，设置在设置微波发生器内的管道，分别设置在管道两端的进水口和出水口，吸磁复合材料设置在管道内;所述的管道是由透波材料制成，所述的透波材料可以是聚苯乙烯、聚四氟乙烯、石英、玻璃或陶瓷等材料，所述的微波发生器的外壳体是由具有磁屏蔽性能的钢化材料制成。
9.根据权利要求1所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的吸磁复合材料是由吸附性能良好的活性碳或硅藻土与单质铁、铁氧体或稀土金属制成，吸磁复合材料的形状为：颗粒体、纤维体或圆柱形的过滤棒。
10.根据权利要求9所述的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的吸磁复合材料的形状为：颗粒体，颗粒体的粒径范围为1.0～4.0mm。
说明书
利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理中的高级氧化技术，尤其涉及一种利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法。
背景技术
随着现代工业的不断发展，会有有大量有毒有害、生物难以降解的污染物废水排入环境，造成严重的环境污染，而常规的水处理方法，如物理化学法和生物处理方法，对于化工、印染、医药、染料颜料等难降解、可生化性差、排放值(COD)值高、色度高的废水，采用传统的生化处理方法已经不能满足处理要求，这类废水一旦进入到环境系统中将会造成极其严重的后果，往往会引起环境系统不可逆的损害。 因此，高级氧化技术这类污染物的处理方法受到国内外环境工程界的高度重视，所以研发高效新型的处理技术已成为水处理领域的热点之一，也是难点之一。高级化学氧化技术，是对传统水处理技术中的经典化学氧化法在改革的基础上应运而生的一种新技术方法，它由Glaze W.H.等人于1987年提出。高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，简称AOPs，或Advanced Oxidation Technologies，简称AOTs)，是指通过化学或物理化学的方法，使污水中的污染物直接矿化为CO2和H2O及其它无机物，或将污染物转化为低毒、易生物降解的小分子物质。AOPs通常被认为是利用其过程中产生的化学活性极强的羟基自由基(OH)将污染物氧化的，由于这一技术具有高效、彻底、适用范围广、无二次污染等优点而备受关注。目前，高级氧化技术主要包括化学氧化、光催化氧化、湿式氧化、超临界水氧化及其联用技术等。但与传统的水处理技术相比，还存在反应条件要求较高、处理成本偏高等问题。随着污染排放标准的日益严格，人们在不断地努力探索、研究，通过优化工艺参数、提高处理效率、降低成本，使高级氧化技术在水处理领域会的应用前景越来越广泛。
内电解法是70年代初开始随着铁在废水处理中的应用而逐渐发展起来的一种废水处理方法，基本原理是利用铁屑中的铁和碳组分分别构成微小原电池的正极和负极，以污水为电解质溶液，发生氧化-还原反应，形成原电池。在反应中，铁和碳构成了完整的回路，在它的表面上，电流在成千上万细小的微电池内流动。在内电解过程中，电极反应生成H、新生态的Fe以及氢氧化铁等具有较高化学活性的产物，与污水中许多污染物发生氧化还原反应，使大分子物质分解为二氧化碳和水，或小分子的中间体;使某些难生化降解的化学物质转变成容易生化处理的物质，提高污水的可生化性。同时，在原电池周围电场的作用下，污水中带电胶粒和杂质通过静电引力和表面能的作用附集、凝聚。因此，内电解法是集电化学吸附、絮凝-氧化还原反应等于一体的综合方法。铸铁是由纯铁和碳化铁及一些杂质制成的合金，碳化铁和杂质以极小的颗粒分散在铸铁内，当铸铁浸入电解质溶液时，构成了无数个腐蚀微电池，在微电池中，纯铁为阳极，碳化铁为阴极，当体系中有活性碳等宏观阴极材料存在时，又可以制成宏观腐蚀电池.基本电极反应如下：
阳极 Fe FeO+2e
阴极 2H++2e→2H→H2 酸性介质
O2+2H2O+4e→4OH- 碱性介质
电极反应生成的新生态Fe2+及进一步氧化生成的Fe和它们的水合物具有较强的吸附-絮凝活性，吸附废水中微小颗粒、金属粒子及有机分子，而絮凝沉降下来，使水体净化.在中性或偏酸性的介质中，铸铁电极本身及电极反应所产生的新生态H、Fe2+等能与废水中许多组分发生氧化还原反应，降低其毒性。
微波的主要特点是它的似光性、穿透性和非电离性。似光性指它与频率较低的无线电波相比，更能像光线一样地传播和集中;穿透性指它与红外线相比，照射介质时更易深入物质内部;非电离性指它的量子能量还不够大，与物质相互作用时虽能改变其运动状态，但还不足以改变物质分子的内部结构或分子间的键。微波的这些特点，使它有着广泛的应用，最重要的应用是雷达和通信，此外，在工农业生产、科学研究、医学、生物学以及人民生活等方面都有广泛的应用。在废水处理方面的研究，近年来又有了新的进展，特别是杀菌、加热、与其它氧化技术(如：芬顿氧化、活性碳、光催化氧化等)联用处理废水，有了新的进展，但目前工业化的技术应用，还不多见，尤其微波与内电解的联用技术，还没有工业化的应有及相关文献报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种处理效率高、时间短、能耗小、设备条件要求不高的利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法，包括如下步骤：一、预处理：用物理方法将含有有机污染物的废水中的悬浮物及其它颗粒杂质去除;并根据废水情况调节废水的pH值到5-9的范围;二、将预处理后的废水输入到内部装有吸磁复合材料的微波反应器内，废水与吸磁复合材料发生内电解反应，由微波反应器中的微波发生器对吸磁复合材料进行微波处理;对吸磁复合材料进行微波处理可以促使废水与吸磁复合材料更好地发生内电解反应;三、后处理：对经过微波反应器处理后的废水采用物化的方法进一步处理，并可根据废水处理的要求，再进行后续生化处理。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的吸磁复合材料可再生，经过一段时间的废水处理，吸磁复合材料的吸附及电解能力有所下降，此时，在不通入废水的情况下开启微波发生器，使其处于一个高温缺氧状态，使吸附在吸磁复合材料上的有机物一部分氧化成为二氧化碳和水蒸气排出，另一部分碳化，形成类似活性炭的物质，使吸磁复合材料恢复对废水的处理功能，实现对吸磁复合材料的再生。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的吸磁复合材料再生时，可根据吸磁复合材料的损耗及吸附能力情况，再加入一定量的活性碳或硅藻土，单质铁、铁氧体或稀土金属，通入惰性气体，进行吸磁复合材料的二次再生。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的惰性气体为氮气。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的微波发生器连续可调，其频率为2.45GHz，功率为辐射功率为0.5KW至5KW，在对所述的吸磁复合材料进行再生时，微波发生器的辐射时间为30秒至10分钟，使吸磁复合材料的温度达到150℃至1050℃。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的物理方法为：沉降、过滤或气浮，控制废水中的悬浮物及其它颗粒杂质的悬浮浓度，使其小于70mg/l。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的废水与吸磁复合材料发生内电解反应时，废水在微波反应器内的停留时间为30秒至50分钟。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的微波反应器结构包括：微波发生器，设置在设置微波发生器内的管道，分别设置在管道两端的进水口和出水口，吸磁复合材料设置在管道内;所述的管道是由透波材料制成，所述的透波材料可以是聚苯乙烯、聚四氟乙烯、石英、玻璃或陶瓷等材料，所述的微波发生器的外壳体是由具有磁屏蔽性能的钢化材料制成。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的吸磁复合材料是由吸附性能良好的活性碳或硅藻土与单质铁、铁氧体或稀土金属制成，吸磁复合材料的形状为：颗粒体、纤维体或圆柱形的过滤棒。
为了更好地解决上述技术问题，本发明的进一步技术方案是：所述的吸磁复合材料的形状为：颗粒体，颗粒体的粒径范围为1.0～4.0mm。
本发明的优点是：上述利用微波和内电解的协同作用降解废水中有机污染物的方法是一种处理效率高、时间短、能耗小、设备条件要求不高的废水高级氧化处理方法，该方法将微波作用和内电解作用及复合吸磁材料的吸附作用有机结合，适用范围广，可对几乎所有含机污染物的废水进行处理，对废水的酸碱性没有特定的要求，能在中性条件下有良好的处理效果，特别是对化工、医药、印染等行业产生的废水有特殊的净化、消减效果，设备结构简单，使用方便，便于操作和管理。
