一种微波处理废水的方法
“一种微波处理废水的方法”，专利号“99115141.0” 发明人：徐有生
摘要：发明是一种微波处理废水的方法，其特征在于在待处理的生活和工业废水中加入试剂进行预处理，使被处理废水ｐＨ＝７，让其进入微波场中，在微波场的作用下使废水中的污染物迅速产生物化反应与水分离，经微波场出来的固液二相流经固液分离器将液体和固体分开。本发明能使废水处理工程小型分散化，堵住污染源头，大大减少现行废水处理工程占地面积，节省现行污水处理工程建设的巨大耗资，实现废水处理工程的实用、高效、节能、低运行费用。
1、 一种微波处理废水的方法，其特征在于在待处理的生活和工业废水中加入试剂进行预处理，使被处理废水pH=7，让其进入微波场中，在微波场的作用下使废水中的污染物迅速发生物化反应与水分离，经微波场出来的固液二相流经固液分离器将液体与固体分开。
2、 所述预处理对于生活废水是经常规一级处理后，先用含氢氧化钙的上清夜经废水pH值调至大于等于8，而后加入可调整废水pH值的带异电性试剂，三氯化铁，使被处理废水的pH＝7。
现有废水处理方法按对污染物实施的作用不同，大体上可以分为两类：一是通过各种外力的作用，把有害物从废水中分离出来，称为分离法。另一类是通过化学的或生化的作用，使其转化为无害的物质或可分离的物质，后者再经过分离予以去除。按处理愿意不同，将处理方法分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法四类。
1） 分离法：废水中的污染物有各种存在形态，存在形态的多样性和污染物物化特性的各异性，决定了分离方法的多样性，如表一：
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2） 转化法：转化法可分为化学转化法和生化转化法两类,如表二：
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现代废水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。一级处理，主要是通过筛滤、沉淀等的物理方法对废水进行预处理，目的是除去废水中的悬浮固体和漂浮物，为二级处理作准备。经一级处理的废水，其BOD一般只能除去30％左右。二级处理，主要是采用各种生物的方法处理，其目的是除去废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。经二级处理后的废水，其BOD去除率可达90％以上，处理水可以达到排放。三级处理是再一级、二级处理的基础上，对难降解的有机物、磷、氮等营养性物质进一步处理。方法有混凝、过滤、离子交换、反渗透、超滤、消毒等。
由于废水中的污染物组分相当复杂，往往需要同时采用几种方法的组合流程，才能达到处理要求。对于某种废水，要根据 该种废水的水质、水量及其中的有价物质回收再利用的可能性，经过技术经济比较厚，才能决定采用哪几种方法的组合。
上述处理方法，无论采用哪几种方法的组合，其共同存在的缺点是：工艺流程长；废水处理过程中，物化反应进程缓慢；因废水处理工艺技术的设施庞大，占地面积大，废水只能集中处理，对于城市废水而言，地下排废管网工程庞大，必然造成废水处理工程总投资巨大；处理后的水质不稳定，对难降解的可溶性有机物、磷、氮等营养物质处理不彻底，对某些工业废水如造纸废液等无能为力；运行综合费用高。
本发明的目的是为了克服上述缺点，找到一种更简单、实用、有效、经济的废水处理手段。及即利用微波场对单相流流体的物化反应所具有的强烈的催化等多项独特作用和杀灭微生物的功效具体用于废水处理，从根本上解决城市生活废水和工业废水对江河和湖泊的污染。
3、 该技术是这样实现的：在待处理的废水种加入可调整被处理废水的pH值而又不对其造成新的污染试剂进行预处理，使被处理废水PH＝7，让其进入微波场中，在微波场的作用下使废水中的污染物迅速发生物化反应与水分离，经微波场出来的固液二相流经固液分离器将液体与固体分开。
4、 对废水的预处理所选用的试剂要根据废水的种类来选取。废水有生活废水或工业废水，工业废水的种类也很多，成分复杂。废水的污染物不同，加入的试剂也不同。
5、 对于生活废水的预处理是常规一级处理后，先用含氢氧化钙的上清夜将废水pH值调至大于等于8，而后加入可调整废水pH值的不对废水处理过程和处理后的产物构成新的污染的带电性试剂，如三氯化铁等，使被处理废水的pH＝7。
气体污染物在微波场中解吸后随通入的未参与反应和因反应产生的有价气体逸出用水力喷射器循环水回收利用。
流体在微波场中受微波能作用的特点：
1.微波对液体中不同的物质进行选择性加热：
2.微波对流体中的吸波物质的化学反应具有强烈的催化作用；
3.流体中的固相微粒在微波场中能迅速汇聚沉降与水分离；
4.由于微小加热是吸波物质分子直接放热，所以废水置于微波场中，不但温升迅速，而且在较低温度下就能杀灭微生物；
5.由于微波对流体的穿透作用，所以置于微波场中的流体表现为加热均匀；
6.由于微波场中的流体直接把微波能转化成热能，因此不经被处理流体带入任何新的污染物，而且节省综合能耗。
微波能废水处理的动力学原理：
废水常规处理工程间歇式反应器，在系统封闭，反应期间系统无物料进出的情况下，废水输入时的反应物的初始浓度C。和经处理后的输出反应物的浓度C与反应物的浓度C与反应时间t的关系是： t=-1/k.InC/C。 (a)
式（a）中K为反应速率常数.
对于一定的废水其C。为定数，C为等于和低于国家规定允许排放标准,因此C/C。也可视为定数。现要缩短处理时间t，其全途径是提高K值。传统的提高K值的方法，一是选择高效的试剂，二是搅拌，即采用物化的方法。搅拌即是向反应系统供能.利用微波供能的独特优点,向反应系统供能,大大提高反应速率常数,必然大大缩短反应时间t,同时降低C,提高率XA=(CO-C)/C。
废水常规处理工程中，为实现连续处理，并保证处理效果，节省废水处理过程在单个反应器中的停留时间，设计上采用串联式连续搅拌反应器，经推导其数学表达式为：θ=1/K [（CO/C）1/n-1] (b)
式（b）中θ为废液在反应器中停留的时间，K为反应速率常数；C。为废水输入的反应物浓度；Cn为n个反应器串联反应终点站的出口的反应物浓度；n为串联的反应器的个数。
由式（b）可看出，在出口浓度Cn给定的前提下，对于同一种废水其CO/Cn值数为一定数。这样串联的反应器个数n值越大，则废水在每反应器中所需停留的时间就越短，这就是废水常规处理设计为什么占地面积庞大的原因所在；此外，在串联式的连续流搅拌反应器中，由于每个反应器的反应物平均浓度高于单一反应器的浓度，因而每个反应器的平均反应速率要大于单个反应器，因而所需的反应时间相应在减少，因此反应器总的容积和废水在处理过程中总的停留时间也小于单个反应器。增大反应器的个数n，即是增多搅拌器的个数n，实质是增大供能，提高物化反应的传质速度，最终使反应物反应速率K值提高，节省反应时间θ。
利用微波处理废水，即是利用微波供能的独特优点，其中最主要的是选择性加热；催化的过程也包含了加快传质速度的作用；穿透作用。变机械供能为微波供能。这样就使一台微波处理专用设备替代了若干多个串联连续流拌反应器。并且微波能处理废水还有杀菌作用。此时的式（b）中的k和n都是微波功率密度的函数，K是一个与微波输入功率密度直接相关的正数。
废水微波能处理的物化反应：
对于微波能处理废水而言，所有废水，包括生活废水和工业废水，不管其反应物理学 （污染物） 千差万别，综合防治起来可分为两大类，一类是碱性物质，另一类是酸性物质。
对于碱性反应物，加剂后的离子反应通式可表示为
H-1 +H+ =H2O
对于酸性反应物，加剂后的离子反应通式可表示为
H++OH-=H2O
废水在微波场的催化作用下，加入异电性物质调整PH值使其在中性的环境下将反应物迅速转化为沉淀物质并迅速汇聚与水分离，同时杀灭微生物。
与现有技术比较，废水微波能处理法的有益效果是：能有效的克服现有技术中废水处理不彻底，废水处理工程占地面积庞大，耗资巨大，只能集中处理，不能堵住污染源头，因而不能从根本上解决大江大河，湖泊污染问题；再就是废水处理运行综合费用高，处理后的水质不稳定，工业废水处理后达不到循环使用的水质要求等缺陷。微波能处理废水变集中处理为分散处理，堵住 污染源头，废水经微波能处理后循环使用，降低废水处理运行的社会综合费用，提高经济效益，从根本上改善大江大河，湖泊的水质。
图1为本发明的废水处理工艺流程图；
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实施例1，取某污水处理厂认为难予处理的进入二级处理的城市生活废水水样，先将该废水用含氢氧化钙的上清液将其PH值调至大于等于8，而后加入可调整废水PH值的不对废水处理过程和处理后的产物构成新的污染的带异电性试剂，如三氯化铁观音 （FeCla）等，使处理废水的PH=7并搅拌均匀后送入微波场通入空气污染 （或富氧）处理。被处理废水在微波场中，在微波能功率密度W/g（瓦/克）匹配的情况下仅需停留30秒钟，其污染物在微波场强烈的催化作用下，包括因通入空气中的O2在微波场中的活性的强烈的氧化作用下，固，液态污染物迅速转化汇聚呈絮状固体物，当离开微波场后静置约3分钟即与水完全正确澄清分离；气体污染物在微波场中解吸后随通入的未参与反应和因反应产生的有价气体逸出，如NH3等可在排出的尾气中用水力喷射器循环水富集回收再利用。
被处理废水若微波加热时间过长，将使已吸附于絮状固体物上的液态污染物，如油脂等解吸浮出；另外，是否需要能入空气或其它某种气体参与物化反应，需要根据地处理的该种废水的污染物的物化特性而定。
下表是实施例1城市生活废水微波处理前，后的检验结果 表三 城市生活废水经微波场处理前，后与国家标准的比较
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