申请日2004.12.29
公开(公告)日2005.08.17
IPC分类号C02F1/00; C02F1/30
摘要
本发明公开了一种微波光催化处理废水的方法与装置。要处理废水需格栅除杂、静置沉淀、pH调节，经上述初步处理后进入微波光催化处理废水的装置，进行微波光催化。装置包括微波反应炉、废水反应室和无电极灯，微波反应炉腔中安放废水反应室，废水反应室内壁的凸柱上架设环形固定器，无电极灯插入环形固定器的小孔中，石英搅拌器置于废水反应室中，石英搅拌器中轴经废水反应室上部和微波反应炉上部的开口与外部旋转电机相连。本发明可延长无电极灯使用寿命，提高光催化降解效率;该装置简单，占地面积少、能耗少;综合了微波作用与紫外—可见光、催化剂的光催化氧化技术，对有机物浓度小于100mg/L的废水，去除率达90%以上。
权利要求书
1.一种微波光催化处理废水的方法，包括格栅除杂[1]、静置沉淀[2]、pH调节 [3]，其特征在于废水经上述初步处理后进入微波光催化处理废水的装置，进 行微波光催化[6]。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于废水的pH值要控制在2～10之间， 超出范围的，需用酸碱进行pH调节[3]。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于废水在微波光催化处理废水的装置 中的停留时间为20～40分钟，废水溶液的反应温度保持在100℃以下，压力 为常压。
4.根据权利要求1～3所述的方法，其特征在于微波光催化[6]的纳米催化剂为 纯半导体材料TiO2、ZnO、CdS，或是半导体材料掺杂Cu、Fe、Ag、Cd、Zn、 Mn、Co、Ni氧化物的复合催化剂，掺杂金属氧化物的质量百分比为0.1%～ 5.0%。
5.权利要求1所述的微波光催化处理废水的装置，包括包括微波反应炉[10]、废 水反应室[11]和无电极灯[17]，其特征在于微波反应炉[10]腔中安放废水反 应室[11]，废水反应室[11]内壁的凸柱[18]上架设环形固定器[14]，无电极 灯[17]插入环形固定器[14]的小孔中，石英搅拌器[13]置于废水反应室[11] 中，石英搅拌器[13]中轴经废水反应室[11]上部和微波反应炉[10]上部的开 口与外部旋转电机[12]相连。
6.根据权利要求5所述的微波光催化处理废水的装置，其特征在于微波反应炉 [10]两侧壁内置有波导器[16]和5～20个磁控管[15]，每个磁控管的功率为 0.5～2.0kW，无电极灯高度不低于废水反应室[11]高度的2/3。
7.根据权利要求6所述的微波光催化处理废水的装置，其特征在于石英搅拌器 [13]为一同轴多页石英板，置于环行固定器的空心圆中央，其轴通过废水反 应室[11]和微波反应炉[10]上部的开口与旋转电机[12]相连。
8.根据权利要求5或6或7所述的微波光催化处理废水的装置，其特征在于废水 反应室内壁凸起有3～9个凸柱[18]，废水反应室上盖为可拆式开口盖，环形 固定器[14]上有4～8个小孔，无电极灯[17]插入环形固定器[14]的小孔中。
9.根据权利要求5或6或7所述的微波光催化处理废水的装置，其特征在于无电 极灯[17]的制作方法为抽空气至2.5～5.0kPa后，充入0.5～2.0kPa氩气、 氦气等惰性气体，并滴加金属汞1～10滴，最后密封。
10.根据权利要求5或6或7所述的微波光催化处理废水的装置，其特征在于废水 反应室[11]为聚四氟乙烯、聚苯乙烯、陶瓷等耐热、耐腐蚀材料，微波反应 炉[10]内壁采用不锈钢材料或含镍、铝的材料。
说明书
微波光催化处理废水的方法与装置
一、技术领域
本发明涉及废水处理的方法及装置，具体而言，是利用微波、微波激发无电 极灯产生的紫外—可见光、负载纳米催化剂处理废水的一种方法和装置。
二、背景技术
当前，进入环境、特别是水体中的污染物种类和数量越来越多，有毒有害、 三致、难降解的有机污染物已严重的威胁人类的生存。目前，各种消除污染的化 学、物理、生物的方法很多，这些方法针对不同类型的污染物以及污染控制要求 分别显示出了各自的优势。然而，总体来看，传统的处理技术有些只能使污染物 转移，产生严重的二次污染;有些适应性差，当污染物浓度过高或过低时往往无 能为力;而各种新的污染处理与控制方法，虽为有机污染物的去除提供了一些独 到的技术，如液液萃取法、大孔吸附树脂法、膜分离法、超声波法等，但目前我 国造纸、印染、制药、石化等行业及垃圾堆放场仍然有大量的有毒有机废水排出， 并且缺乏高效的、彻底的处理方法。
当前，微波技术受到人们的普遍重视。微波是频率300MHz～300GHz的电磁 波。微波作用于物质的方式十分特殊。首先，微波是对物质分子水平上的直接作 用，由微波场引起物质分子的“变极效应”，使加热更加迅速(热效应);同时， 大大增加了反应物分子间的碰撞几率，使反应活性增加(非热效应)。其次，微 波作用具有选择性。微波加热时，极性物质很快升温，而非极性物质则不吸收或 透过微波。微波已广泛应用于环境科学领域，如微波已成功用于环境样品的消解 及饮用水的灭菌等，也有利用微波和外置紫外灯光降解有机污染物的技术，其中， 紫外光是一种对有机物降解十分有效的能源，由于紫外线具有较高的能量，能够 使大部分化学键发生断裂，或是与催化剂结合，产生活性物质，从而将有机污染 物转变为二氧化碳和水，达到去污的目的。但是，这些方法的能耗大，设备复杂， 同时，在降解目标污染物时，可能又带入新的污染。
近年来，有学者利用微波激发无电极灯产生紫外光来处理废水，如“微波- 无极紫外光催化氧化水处理方法”(公开号CN 1482072A)，无极紫外灯应用于染 料废水的降解(孟祥周等.无极紫外光降解活性艳蓝KN-R染料溶液的研究.武汉 科技学院学报，2003，16(5)：32～36)，40mg/L活性艳蓝KN-R处理110min后， 脱色率为73%，TOC去除34%。这种方法的优点在于，可产生紫外光的无电极灯 并不需要额外的电源提供能量，而且，微波与紫外光协同作用的装置简单、易行。 但是，这种无电极灯受微波激发时闪烁不定，发光效率不高，光强较小，降解所 需时间较长;而且，无电极灯受激发后的温度可达到700～1400K，如不进行及 时有效的降温，所激发的谱线将因自吸而变宽，并且缩短无电极灯的寿命。
三、发明内容
1、发明目的
本发明提供一种微波光催化处理废水的方法与装置，利用微波、微波激发无 电极灯产生紫外—可见光、负载纳米催化剂光催化氧化废水中的有机污染物，为 难降解有毒有机废水净化提供有效的方法和装置。
2、技术方案
本发明提出了微波光催化处理废水的方法和装置。微波光催化处理废水的方 法，包括格栅除杂、静置沉淀、pH调节，废水经上述初步处理后进入微波光催 化处理废水的装置，进行微波光催化。
废水的pH值要控制在2～10之间，超出范围的，需用酸碱进行pH调节。酸 碱调节溶液pH范围为2～10。废水的微波光催化处理在微波光催化处理废水的 装置中进行，水流方向采取下进上出或上进下出的方式;废水在微波光催化反应 器中的停留时间为20～40分钟，废水溶液的温度保持在100℃以下，压力为常 压;微波光催化的纳米催化剂为半导体材料TiO2、ZnO、CdS，或是半导体材料掺 杂Cu、Fe、Ag、Cd、Zn、Mn、Co、Ni等氧化物的复合催化剂，掺杂金属氧化物 的质量百分比为0.1%～5.0%，纳米催化剂的制备采用溶胶—凝胶法、化学气 相沉积法和溶液静置法等。
微波光催化处理废水的方法，其工作原理为：微波激发无电极灯产生紫外— 可见光，经照射纳米催化剂膜表面后生成高电位的·OH或·OOH，并氧化有机污染 物;或者激发产生的紫外—可见光直接对有机物进行光降解，实现废水的净化。
上述的微波光催化处理废水的装置，包括微波反应炉、废水反应室和无电极 灯，微波反应炉腔中安放废水反应室，废水反应室内壁的凸柱上架设环形固定器， 无电极灯插入环形固定器的小孔中，石英搅拌器置于废水反应室中，石英搅拌器 中轴经废水反应室上部和微波反应炉上部的开口与外部旋转电机相连。
本发明提出的微波光催化处理废水的装置，微波反应炉两侧壁内置有波导器 和5～20个磁控管，每个磁控管的功率为0.5～2.0kW，微波反应炉内壁采用不 锈钢材料或含镍、铝的材料;废水反应室容器为透过微波的材料，采用聚四氟乙 烯、聚苯乙烯、陶瓷等材质，容器上盖为可拆式开口盖;废水反应室内壁凸起有 3～9个凸柱，凸柱上放置环形固定器，用以固定无电极灯;环形固定器采用不 吸收紫外光的石英材料，环形固定器上有4～8个大小合适的小孔;石英搅拌器 为一同轴多页石英板，石英板上负载纳米催化剂，石英搅拌器不但具有搅拌作用， 还有催化剂载体和可透过紫外光、提高光利用率的功能;微波无电极灯为石英中 空的圆柱体或长方体，无电极灯的底圆直径与环行固定器上的小孔直径相一致， 其高度不低于废水反应室高度的2/3;无电极灯的制作工艺为抽空气至2.5～ 5.0kPa后，充入0.5～2.0kPa氩气、氦气或其它惰性气体，并滴加金属汞1～5 滴，最后密封;废水反应室的进水口和出水口与聚四氟乙烯水管相连;微波反应 炉侧面和上部的开口处均裹有铝套。
有益效果
本发明与现有技术相比，将微波无电极灯浸于废水溶液中，使其表面温度始 终保持在100℃(水的沸点)以下，可延长无电极灯使用寿命，且无电极灯产生 的紫外—可见光直接作用于有机废水，能提高光催化降解效率;该装置简单，占 地面积少，反应压力为常压，能耗少;综合了微波作用与紫外—可见光、催化剂 的光催化氧化技术，能够催化降解有毒有害、用常规方法难以降解的有机污染物， 特别是酚类、染料、激素、农药等，对有机物浓度小于100mg/L的废水，去除率 达90%以上。
