申请日2018.07.02
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F9/08; C02F1/30; C02F1/52; C02F1/56; C02F1/72
摘要
本发明涉及一种微波辅助芬顿快速氧化复杂有机废水方法及其微波辅助芬顿快速处理反应器，以复杂有机废水为处理对象，在常温常压条件下，降解有机物。利用本发明的方法，在不影响有机物去除率的情况下，处理时间可缩短至15min。所述方法采用微波辅助芬顿实现快速氧化有机物的目的，通过微波场对吸波物质的选择性加热、低温催化、快速穿透等功能，促进有机物的降解和絮凝，够大幅缩短芬顿反应时间，而且操作简便，能实现自动化控制，是一种高效节能的难生物降解有机废水处理方法。
权利要求书
1.一种微波辅助芬顿快速处理复杂有机废水方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴启动自控系统，将废水储存池内待处理复杂有机废水泵入芬顿反应器;
⑵废水经过芬顿反应器内管道过滤器，去除大颗粒杂质;
⑶废水流经芬顿反应器管道，管道内设有pH计探头，自控系统采集pH值检测信号并根据预设pH范围，启动加酸或加碱程序，将废水调节值pH在3～4内;
⑷经pH值调节的废水在芬顿反应器内管道先、后与注入管道的硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液混合;
⑸混合后废水在静态混合器内进一步混合并发生芬顿反应;
⑹废水流入微波反应器，在微波的作用下，进一步反应;
⑺反应后废水流入芬顿反应器管道，管道内设有pH计探头，自控系统采集pH值检测信号并根据预设pH范围，启动加碱程序，将废水调节值pH在7～8内。
2.根据权利要求1所述微波辅助芬顿快速处理复杂有机废水方法，其特征在于，所述步骤⑴中待处理复杂有机废水悬浮物浓度在0.5～5g/L。
3.根据权利要求1所述微波辅助芬顿快速处理复杂有机废水方法，其特征在于，所述步骤⑹中微波反应器内停留时间设定为20～300s可调，通过改变排放口位置调节。
4.根据权利要求1所述微波辅助芬顿快速处理复杂有机废水方法，其特征在于，所述步骤⑺后续还包括以下步骤：
⑻废水流入混凝池，与投入的PAC、PAM进行混合絮凝;
⑼废水流入斜板沉淀池进行重力沉淀，沉淀后上清液排入生化系统，沉淀污泥由污泥泵抽送至压滤机进行脱水;脱水后污泥外运处理，滤后水返回至废水储存池。
5.一种微波辅助芬顿快速处理反应器，包括芬顿反应器和微波反应器，其特征在于，所述芬顿反应器包括经管道顺序连接的筒式过滤器、稀酸注射阀、液碱注射阀、静态混合器、pH计、铁盐注射阀、过氧化氢注射阀、液碱注射阀、静态混合器、pH计;所述微波反应器设置在所述过氧化氢注射阀与液碱注射阀之间的管路上;当复杂有机废水泵入芬顿反应器后依次经过筒式过滤器、稀酸注射阀、液碱注射阀、静态混合器、pH计、铁盐注射阀、过氧化氢注射阀、静态混合器后流至微波反应器，经过微波反应器处理后再次进入芬顿反应器，流过液碱注射阀、静态混合器、pH计。
6.根据权利要求5所述微波辅助芬顿快速处理反应器，其特征在于，所述微波反应器包括反应区、谐振腔、微波源和微波控制面板，所述反应区由管道并联连接阵列管组成，所述谐振腔设置在相邻的两组陈列管之间;当废水由下至上流过不锈钢管道，通过管道上阀门开闭控制废水在微波反应器内的停留时间。
7.根据权利要求6所述微波辅助芬顿快速处理反应器，其特征在于，所述谐振腔的底部设有波导管;所述管道材质为不锈钢内衬PTFE涂层。
8.一种微波辅助芬顿快速处理反应器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴开机运行;
⑵待处理废水经过pH计传感器时，pH计传感器将检测的废水pH值反馈到自动控制系统内;
⑶判断pH值是否满足3～4范围;
⑷是，则稀酸计量泵和液碱计量泵均不工作;否，则返回步骤⑵;
⑸判断pH值是否小于3;
⑹是，则启动液碱计量泵，将废水调节值pH在7～8内;否，则启动稀酸计量泵。
9.根据权利要求8所述微波辅助芬顿快速处理反应器的控制方法，其特征在于，进一步包括：
⑴启动高压泵;
⑵pH计信号判断;
⑶当pH<2.5，系统启动液碱计量泵，稀酸计量泵待机;若pH>3.5，系统启动稀酸计量泵，液碱计量泵待机;若2.5≤pH≤3.5，系统中液碱计量泵和稀酸计量泵均待机;
⑷根据流量计预设值和测量信号反馈值比较结果，执行两种动作指令;
⑸当流量≤0.5m3/h时，延时5分钟，若5分钟之后流量仍然≤0.5m3/h，停机检查管路;
⑹当流量>0.5m3/h时，顺序开启电磁阀、铁盐计量泵、电磁阀、过氧化氢计量泵;
⑺以高压泵开启时间开始计时，20分钟后微波反应器开启。
10.一种微波辅助芬顿快速处理反应器的设备冲洗控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴堵塞、缺料和正常关机三种情况，关闭微波反应器;
⑵关闭铁盐计量泵、过氧化氢计量泵;
⑶关闭第一电磁阀和第二电磁阀;
⑷关闭液碱计量泵、稀酸计量泵;
⑸正常关机计时5分钟后，关闭高压泵;
⑹关闭高压泵电磁阀、微波电磁阀;
⑺开启微波电磁阀、清水泵电磁阀;
⑻开启清水泵;
⑼冲洗0.5小时;
⑽关闭清水泵;
⑾打开高压泵电磁阀、微波电磁阀;
⑿关闭清水泵电磁阀，微波电磁阀;
⒀系统提示：“冲洗已结束”;
⒁系统询问是否关机，若选择“否”，则执行开机;若选择“是”或者5分钟之内无操作，执行关机。
说明书
微波辅助芬顿快速处理复杂有机废水的方法、控制方法、设备冲洗控制方法及反应器
技术领域
本发明涉及一种微波辅助芬顿快速处理复杂有机废水的方法、微波辅助芬顿快速处理反应器、微波辅助芬顿快速处理反应器的控制方法、微波辅助芬顿快速处理反应器的设备冲洗控制方法。
背景技术
危险废物处置企业是复杂有机废水主要来源，由于其经营性质决定收集的废水、废液来自区域内各种行业、企业，不仅不同生产企业产生的危险废物种类、污染情况不同，即使同一家企业不同生产工段产生的危险废物种类、污染情况也存在很大差异，而受现有的分类规则限制和分类措施执行不力的影响，危险废物处置企业收集来的废水种类繁多，难以有效分离，导致废水成分复杂、水质水量波动大。
根据复杂有机废水的特点，目前常用芬顿法对其进行预处理。芬顿反应过程中能够产生具有强氧化性的OH，可与大多数有机污染物发生反应，无选择性的彻底破坏有机物结构，最终生成CO2、H2O和无机盐。与其他高级氧化方法相比,芬顿法操作简单、反应快速、可产生絮凝，因此广泛用于高浓度难生物降解的有机污染物处理。
传统芬顿法是在酸性条件下，H2O2与Fe2+反应生成强氧化能力的羟基自由基(·OH)，并引发更多的其他活性氧，以实现对有机物的降解。传统芬顿法在实际应用中存在芬顿试剂用量大、反应pH值限定范围窄、产生的化学污泥量大，容易产生二次污染等问题。由此，研究人员开发了非均相芬顿、电芬顿、光芬顿、微波强化芬顿、超声波芬顿等芬顿改进方法。
复杂有机废水中悬浮物浓度高(0.5～5g/L)，容易在反应器内结垢，阻塞管道，造成固相催化剂失活、电极被污染物覆盖、紫外灯管表面形成污垢等问题，因此非均相芬顿、电芬顿、光芬顿都不适用。
芬顿反应在酸性条件下发生氧化反应，对反应器材质耐腐蚀性要求高。超声波芬顿为产生超声热解或超声空化作用，对与超声波换能器连接的幅变杆材质要求高，因此在实际工程中应用不多。
微波强化芬顿能够促进分子运动，降低反应活化能，有利于有机物的降解。为达到较好的处理效果，需要保持一定的微波照射功率和辐照时间，而随着照射功率增大和辐照时间的延长，微波能耗高，吨水微波耗电量估计在几十至几百kwh。
CN201210102987.9公开了一种复杂重金属废水应急快速处理方法，其解决的技术问题是克服现有技术的重金属废水处理技术采用的自控系统复杂、造成投资大、占地大、不可移动、运行成本高的缺陷，提供一种复杂重金属废水应急快速处理方法，这种复杂重金属废水应急快速处理方法通过对应的设备来体现，其对应的设备具有简易快速、应急和升级转换三种功能，它无需投入多种化工原料，只需调节电流大小，即能够快速地处理各种复杂不明组分的重金属废水，使废水中的重金属及化学需氧量都能即时达标排放。所采用的技术方案是：复杂重金属废水应急快速处理方法，依工序排列包括下列步骤：⑴砂滤器过滤，将含有复杂重金属的废水送入砂滤器进行过滤处理，滤去废水中大颗粒杂物，提高废水透明度，以利于后续紫外光照射;⑵高速泵混合，高速泵将臭氧、氧气和来自步骤⑴的废水高速混合，产生微纳米级臭氧和氧气的混合气泡，从而成百倍地增加臭氧和氧气与废水的反应接触面积;⑶紫外光催化臭氧反应，紫外光催化臭氧反应在紫外光臭氧反应器中进行，用微波激发产生紫外光，来自步骤⑵的废水在紫外光照射下，废水中的部份臭氧被催化产生羟基自由基;⑷微波催化活性碳反应，微波催化活性碳反应在微波活性碳反应器中进行，用活性碳吸附来自步骤⑶的废水中未反应的臭氧和污染物，用微波催化活性碳，使活性碳再生，并使活性碳吸附废水中未反应的臭氧和污染物的反应不断地进行;以上反应要达到的效果是：使废水中被络合物络合的重金属离子成为裸露的单体金属离子;⑸微电解反应，微电解反应在铁碳流化床上进行，来自步骤⑷的废水中已被裸露的重金属离子在微电解反应过程中析出为单体重金属;⑹废水循环，来自步骤⑸的废水在经过循环槽的过程中，既能沉降除去铁碳流化床带出的颗粒，又能防止流化泵抽空时泵的叶轮被气蚀，保护流化泵;⑺芬顿反应，芬顿反应在芬顿反应器中进行，将过氧化氢加入芬顿反应器中，过氧化氢与来自步骤⑹的废水和来自步骤⑼的滤液进入芬顿反应器进行芬顿反应，进一步分解废水中的氰化物及其它络合物类有机物，降低废水的化学需氧量;⑻铝电极板电絮凝，铝电极板电絮凝在电絮凝澄清器中进行，按照调节废水pH值的需要将过氧化氢、酸、碱、聚丙烯酰胺加入到电絮凝澄清器中，将来自步骤⑺的废水进行调节，pH值调节在7～8条件下，废水中的Fe++及Fe+++生成Fe-Al复合絮凝剂，使废水得到澄清;⑼污泥压滤，污泥压滤在压滤机中进行，步骤⑻排出的污泥经过压滤机压干成泥饼并排出，并将滤液反回步骤⑺重复处理。其不足之处在于：多种技术组合导致处理方法流程长，操作工序复杂，控制难度增大，容易受外界条件变化影响。
由于复杂有机废水中悬浮物含量高，如果在管道内长时间滞留，容易附着在反应器的滞水区，随着时间的延长，将阻塞管道，增加管道阻力，降低流通能力，进而导致进水泵无法正常工作，影响废水处理效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种缩短芬顿反应时间，提高反应效率和促进絮凝沉淀的微波辅助芬顿快速氧化复杂有机废水方法。本发明的另一目的是提供一种通过静态混合构件增强芬顿药剂与废水的传质，促进了液液传质，通过使用小功率微波辐照促进芬顿反应，并将芬顿反应涉及的调酸碱工序在管道内完成，利用管道混合传质效率高的优势缩短调酸碱时间、芬顿药剂与废水混合时间，利用微波辐射加快芬顿反应，进而实现在短时间内完成芬顿反应。取消了传统芬顿法芬顿反应工序前后必须要设置的pH调节池。系统调酸碱采用管道混合，混合时间缩短，使酸碱调节的系统电耗可忽略不计的微波辅助芬顿快速处理反应器。本发明的再一目的是提供一种系统实现自动连续进料，调酸，芬顿药剂与废水的混合，微波辐射和调碱功能，全程可实现无人值守的微波辅助芬顿快速处理反应器的控制方法。本发明的最后一个目的是提供一种防止复杂有机废水中大量悬浮物长时间滞留在反应器内形成管道淤塞，对微波辅助芬顿快速处理反应器进行及时设备冲洗的控制方法。
本发明的第一技术解决方案是所述微波辅助芬顿快速处理复杂有机废水的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
⑴启动自控系统，将废水储存池内待处理复杂有机废水泵入芬顿反应器;
⑵废水经过芬顿反应器内管道过滤器，去除大颗粒杂质;
⑶废水流经芬顿反应器管道，管道内设有pH计探头，自控系统采集pH值检测信号并根据预设pH范围，启动加酸或加碱程序，将废水调节值pH在3～4内;
⑷经pH值调节的废水在芬顿反应器内管道先、后与注入管道的硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液混合;
⑸混合后废水在静态混合器内进一步混合并发生芬顿反应;
⑹废水流入微波反应器，在微波的作用下，进一步反应;
⑺反应后废水流入芬顿反应器管道，管道内设有pH计探头，自控系统采集pH值检测信号并根据预设pH范围，启动加碱程序，将废水调节值pH在7～8内。
作为优先：所述步骤⑴中待处理复杂有机废水悬浮物浓度在0.5～5g/L;
作为优先：所述步骤⑹中微波反应器内停留时间设定为20～300s可调，通过改变排放口位置调节。
作为优先：所述步骤⑺后续还包括以下步骤：
⑻废水流入混凝池，与投入的PAC、PAM进行混合絮凝;
⑼废水流入斜板沉淀池进行重力沉淀，沉淀后上清液排入生化系统，沉淀污泥由污泥泵抽送至压滤机进行脱水;脱水后污泥外运处理，滤后水返回至废水储存池。
本发明的第二技术解决方案是所述微波辅助芬顿快速处理反应器，包括芬顿反应器和微波反应器，其特殊之处在于，所述芬顿反应器包括经管道顺序连接的筒式过滤器、稀酸注射阀、液碱注射阀、静态混合器、pH计、铁盐注射阀、过氧化氢注射阀、液碱注射阀、静态混合器、pH计;所述微波反应器设置在所述过氧化氢注射阀与液碱注射阀之间的管路上;当复杂有机废水泵入芬顿反应器后依次经过筒式过滤器、稀酸注射阀、液碱注射阀、静态混合器、pH计、铁盐注射阀、过氧化氢注射阀、静态混合器后流至微波反应器，经过微波反应器处理后再次进入芬顿反应器，流过液碱注射阀、静态混合器、pH计。
作为优先：所述微波反应器包括反应区、谐振腔、微波源和微波控制面板，所述反应区由管道并联连接阵列管组成，所述谐振腔设置在相邻的两组陈列管之间;当废水由下至上流过不锈钢管道，通过管道上阀门开闭控制废水在微波反应器内的停留时间。
作为优先：所述谐振腔的底部设有波导管;所述管道材质为不锈钢内衬PTFE涂层。
本发明的第三技术解决方案是所述微波辅助芬顿快速处理反应器的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
⑴开机运行;
⑵待处理废水经过pH计传感器时，pH计传感器将检测的废水pH值反馈到自动控制系统内;
⑶判断pH值是否满足3～4范围;
⑷是，则稀酸计量泵和液碱计量泵均不工作;否，则返回步骤⑵;
⑸判断pH值是否小于3;
⑹是，则启动液碱计量泵，将废水调节值pH在7～8内;否，则启动稀酸计量泵。
作为优先：所述微波辅助芬顿快速处理反应器的控制方法，进一步包括：
⑴启动高压泵;
⑵pH计信号判断;
⑶当pH<2.5，系统启动液碱计量泵，稀酸计量泵待机;若pH>3.5，系统启动稀酸计量泵，液碱计量泵待机;若2.5≤pH≤3.5，系统中液碱计量泵和稀酸计量泵均待机;
⑷根据流量计预设值和测量信号反馈值比较结果，执行两种动作指令;
⑸当流量≤0.5m3/h时，延时5分钟，若5分钟之后流量仍然≤0.5m3/h，停机检查管路;
⑹当流量>0.5m3/h时，顺序开启电磁阀、铁盐计量泵、电磁阀、过氧化氢计量泵;
⑺以高压泵开启时间开始计时，20分钟后微波反应器开启。
本发明的第四技术解决方案是所述微波辅助芬顿快速处理反应器的设备冲洗控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
⑴堵塞、缺料和正常关机三种情况，关闭微波反应器;
⑵关闭铁盐计量泵、过氧化氢计量泵;
⑶关闭第一电磁阀和第二电磁阀;
⑷关闭液碱计量泵、稀酸计量泵;
⑸正常关机计时5分钟后，关闭高压泵;
⑹关闭高压泵电磁阀、微波电磁阀;
⑺开启微波电磁阀、清水泵电磁阀;
⑻开启清水泵;
⑼冲洗0.5小时;
⑽关闭清水泵;
⑾打开高压泵电磁阀、微波电磁阀;
⑿关闭清水泵电磁阀，微波电磁阀;
⒀系统提示：“冲洗已结束”;
⒁系统询问是否关机，若选择“否”，则执行开机;若选择“是”或者5分钟之内无操作，执行关机。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
⑴快速，废水从进入芬顿反应器到加碱调pH工序总共花费时间不超过15min，其中芬顿反应器内停留时间不超过10min，微波反应器内停留时间不超过3min;与传统芬顿法长达1h相比，处理时间缩短了3/4，大大节省了占地。
⑵节能，在微波反应器内，吨水电耗控制在10kwh以下，一般情况下只有1至5kwh，比文献报道的50kwh/吨水，甚至600kwh/吨水相比，电耗减少至少80%。系统调酸碱时采用的是管道混合，外加动力消耗小，与使用机械搅拌机相比，混合时间由20min至1h缩短至几秒中。随着处理水量的增加，这种能耗的差距会越来越大。以处理规模为10m3废水/h为例，使用机械搅拌，2台搅拌机功率共计1.1kwh，24小时运转电耗为26.4kwh，而本发明使用的酸碱调节系统电耗可忽略不计。
⑶自动化程度高，本系统实现了自动连续进料，调酸，药剂与废水的混合与反应，微波反应，调碱，全程可实现无人值守。
⑷促进复杂有机废水中的乳化油类物质去除。微波辐射可以有效破乳，与芬顿试剂协同作用，可以破坏油-水界面的双电层，促进分散介质颗粒聚集，使絮凝更彻底，沉降时间大幅缩短。
⑸促进复杂有机废水中重金属离子去除。微波辐射可以促进芬顿体系对废水中重金属离子的捕集和絮凝沉淀。
⑹增强了系统自动控制的稳定性，通过在某些指令操作前设计延时功能，在不影响废水处理的情况下，有利于系统自动运行时持续保持正常工作状态。
⑺减少甚至避免废水中悬浮物在反应器内滞留造成管道淤塞，通过管道上设置的压力传感器与自控系统预设值相关联实时判断工作状态时管道内压力变化情况，及时判断并自动进行设备冲洗以解决管道压力上升问题。正常关机操作完成后系统进入设备冲洗模式，及时清理反应器内残留的废水，保持管道通畅。
