微波等离子体强化内电解光催化氧化一体化水处理设备

摘要

本发明涉及一种微波等离子体强化内电解光催化氧化一体化水处理设备，其结构是：设有微波源(1)和反应槽，其中：反应槽由上下连通的光化和气浮反应槽(4)及内电解反应槽(8)组成，它们之间设有隔板(6)；在两个反应槽上部的连通处，设有发光体(2)及其下方的催化剂(3)，它们分别位于内电解反应槽(8)、光化和气浮反应槽(4)中；在内电解反应槽(8)内设有转笼(7)，此转笼内投放有混合物，混合物由铁质放电体和活性炭组成。本发明是一种具有结构简单和快速有效的水处理设备，能解决内电解过程中容易结块、板结的问题，以及光氧化法光源寿命短，维持费用高的缺点；同时可提高能源利用率，改善处理效果，降低运行费用。

说明书

技术领域

本发明涉及工业废水处理设备领域，特别是涉及一种微波等离子体强化内电解光催化氧化一体化水处理设备。

背景技术

内电解法是从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废水处理方法，它是基于电化学氧化还原反应的原理，通过铁屑或铁屑或活性炭对絮体的电附集、混凝、吸附、过滤等综合作用来处理废水，具有设备构造简单、易制作、操作方便、处理成本低、适用范围广、易与其它方法联合使用，且能以废治废等特点，成为当前废水处理研究的热点，极具发展前景。近年来已广泛用于处理印染、制药、石化、含油、电镀等工业废水。但在实际应用中还存在着不少问题：填料更换困难；絮凝床容易堵塞；铁屑易结块；污泥量大，污泥处理也成问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种将微波等离子体强化内电解与微波无极紫外光催化氧化有机结合在一起的水处理设备，该设备不仅能够解决现有技术中单一采用内电解法所存在的问题，而且可使水处理的效率大大提高，实现废水的资源化。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供的微波等离子体强化内电解光催化氧化一体化水处理设备，设有微波源和反应槽。其中：反应槽由上下连通的光化和气浮反应槽及内电解反应槽组成，它们之间设有隔板。在两个反应槽上部的连通处，设有发光体及其下方的催化剂，它们分别位于内电解反应槽及光化和气浮反应槽中。在内电解反应槽内设有转笼，此转笼内投放有混合物，混合物由铁质放电体和活性炭组成。

本发明的工作原理是：废水经铁碳内电解，微波作用于铁炭体产生等离子体，强化氧化铁炭吸咐的有机污染物；反射的微波作用于无极紫外光发光体，产生臭氧和紫外光，在催化剂的作用下，发生光催化氧化反应，同时产生臭氧和紫外光与铁屑氧化形成的Fe²⁺、Fe³⁺，进行光助Fenton氧化。达到废水处理的目的。

本发明由于采用了集微波等离子体强化内电解与微波无极紫外光催化氧化于一体的技术，因此，与现有技术相比，具有以下显著的进步：

其一.采用的微波等离子体强化内电解是将微波技术同内电解技术相结合，即：将内电解反应后的铁屑或铁碳混合物放入微波场中进行强化，在微波场下，当活性炭吸收微波能在微波场中温度迅速升高的同时，铁屑也吸收微波能，能量聚积到一定程度，温度达到一定高度，达到气体的“着火点”，就会出现金属打火和气体放电的现象。放电过程中出现的散落的弧光放电，称之为常压下微波场内形成一种密度相对稀薄的等离子体，它有助于活性炭和铁屑表面和孔隙中的有机物进一步解吸，降解，升华，炭化；铁屑剧烈的“打火”在产生等离子体的同时也激发产生Fe³⁺、Fe²⁺以及强氧化剂O₃、·OH等活性物质，而产生的电弧(紫外光)等都具有较高的反应活性，对活性炭重新恢复活性和铁屑表面的改性有促进作用。同时可以解决内电解过程中容易结块的问题，并加强了内电解的处理效果。

其二.光催化氧化技术具有反应彻底、无二次污染等特点，将成为未来水处理技术发展的方向，也是人们研究非常热门的话题。国内外关于此技术的研究主要集中在H₂O₂/Fe²⁺/UV、TiO₂/UV等方面，但是目前国内外的光催化氧化技术由于利用的主要是高压汞灯，耗能较大，且高压汞灯的寿命有限，因而成本相对较高，而利用我们开发的无极紫外光催化氧化由于无极紫外灯无电极，因而寿命长，且产生的紫外光波长主要在254nm，能量也比高压汞灯的强，光催化氧化效率更高。

其三.将微波等离子体强化内电解与微波无极紫外光催化氧化有机的结合在一起，可使水处理的效率大大提高，实现废水的资源化。

总之，本发明是一种具有结构简单和快速有效的水处理设备。能解决内电解过程中容易结块、板结的问题，以及光氧化法光源寿命短，维持费用高的缺点；同时可提高能源利用率，改善处理效果，降低运行费用。

附图说明

附图是本发明水处理设备的结构剖面示意图。

具体实施方式

本发明提供的设备是一种用于微波等离子体强化内电解光催化氧化一体化水处理方法的设备。

下面结合实施例及附图对本发明提供的设备作进一步说明。

如图所示：本设备设有微波源1和反应槽。其中：反应槽由上下连通的光化和气浮反应槽4及内电解反应槽8组成，它们之间设有隔板6。在两个反应槽上部的连通处，设有发光体2及其下方的催化剂3，它们分别位于内电解反应槽8、光化和气浮反应槽4中。在内电解反应槽8内设有转笼7，此转笼内投放有混合物，混合物由铁质放电体和活性炭组成。

上述转笼7的结构是：多孔，均匀分成12格，内部填充有混合物。混合物为粒状，由铁质放电体和活性炭组成，铁质放电体的粒径为0.9～2mm，活性炭的粒径为Φ3～5×5mm。

上述催化剂3由二氧化钛和金属铁的氧化物制成，其重量配比为20∶1。金属铁的氧化物可采用四氧化三铁、氧化铁等中的一种，或其复合物。

上述发光体2可采用无极紫外光源，其是武汉科技学院环境科学研究所生产的能够发出195～365nm波长紫外光的专利产品(专利号02279148.5)，该产品使用寿命长。

上述铁质放电体采用的主要是机械加工厂中加工时剩下的具有一定粒径的废铁屑以及废铝屑等物质(一般为0.9～2mm)，在微波作用下容易放电产生等离子体，并对废水中的有机物进行无选择性的氧化、降解。

上述内电解反应槽8及光化和气浮反应槽4通过管道连接泵5。泵5的作用是：将空气和其它的氧化剂通过射流等方式加入到内电解反应槽8中，以提高微波强化内电解处理废水的效率。光化和气浮反应槽4的结构是：在一个反应槽中，通过一个隔板将其分为底部连通的两个槽，它们分别为光化反应槽、气浮反应槽。

下面简述一下本设备的工作过程。

工业废水的水流途经进内电解反应槽8及光化和气浮反应槽4后出水，其水流前进的过程是由本设备不断进行微波等离子体强化内电解光催化氧化一体化水处理的过程。图中的箭头表示工业废水的水流途经路线。

具体工作过程如下：

向转笼7内投放铁质放电体和活性炭组成的混合物。开机后，转笼7转动；在工业废水中的有机污染物不断被活性炭吸附，被吸附的有机污染物在混合物产生的内电解作用下氧化，这是第一次降解；同时，微波源1发出微波(2.45GHz，0.5～5.0Kw连续可调)并激发铁质放电体产生等离子体，对流经此处的受到第一次降解的水流中的有机污染物再次降解，这是第二次降解，并快速再生活性炭；然后，在催化剂3和微波激发发光体2发出的无极紫外光的协同作用下，对受到第二次降解的流经光化和气浮反应槽4中的水流中的有机污染物再次进行光催化氧化反应，这是第三次降解；第三次降解后的有机污染物经气浮处理后排走；净化后的工业废水经光化和气浮反应槽4出水。

重复上述过程，直至将需要处理的工业废水全部得到处理，即可停机。

本设备适合于印染、染料和造纸等工厂排放的各种浓度的工业废水。