一种微波处理反渗透浓水的方法

摘要

本发明涉及一种微波处理反渗透浓水的方法，该方法包括：对反渗透浓水加入工艺添加剂、硫酸亚铁和聚合氯化铝进行预处理；预处理后的浓水从自微波处理器的下部进、中上部出，使工艺添加剂、硫酸亚铁、聚合氯化铝和浓水发生充分的物理化学反应；微波处理器的出水自流进入沉淀过滤单元，出水可实现稳定达标排放；污泥分流，沉淀后的部分污泥用泵回流至预处理反应中循环使用，失效或剩余污泥经脱水变成干泥。本方法适用于处理以COD和重金属为主要污染物的各类难以生物降解的有机废水或混合废水，本发明方法的工艺过程简单、控制方便，处理费用低、占地少，填补了国内对中水回用过程中产生的新的反渗透浓水处理方法的空白，具有很好的推广价值。

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别是一种微波处理反渗透浓水的方法

背景技术

反渗透浓水(简称RO浓水)是满足节能减排的要求中水回用过程中产生的一类新的以生物难降解和难氧化的COD为主要污染物的废水，COD浓度为130～600mg/L。目前，彻底处理RO浓水的有效方法还没有，RO浓水基本上没做任何处理而直接排放，并且此类废水的排放量每年至将以20％以上的速度增加。据不完全统计，目前国内每天产生的COD不同程度超标的RO浓水约为260万m³，处理能力按每支膜每小时0.6m³计算，约有五十万支反渗透膜在正常运行。因此，对RO浓水的有效处理已引起业内的广泛重视。

为有效处理此类新型的废水，国内已有不少研究机构和环保公司做了大量的工作，包括小试和中试。在处理RO浓水的处理工艺中，已知包括：电位法、FENTON试剂法、高级氧化法、MBR膜生物反应器以及物理吸附法等，这些方法的处理效果都不理想且处理费用高，如FENTON的的运行费用高达5.0元/吨以上，工艺过程难以稳定控制，COD的去除率为50～60％。

专利2007100270424提供了一种微波处理电镀废水的方法，其处理过程中的添加剂不能回收利用，且其未能满足RO浓水的处理要求。

发明内容：

为了解决目前RO浓水处理效果不理想、处理费用高、添加剂不能回收利用等问题，本发明的目的是提供一种高效、低成本的微波处理RO浓水的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种微波处理反渗透浓水的方法，该方法包括：第一步：预处理，对反渗透浓水进行预处理，加入工艺添加剂10～2500ppm、硫酸亚铁10～1000ppm和聚合氯化铝80～120ppm，在搅拌下充分混合反应；第二步：微波处理，预处理后的废水从自微波处理器的下部进、中上部出，微波照射时间为1～30秒，在场效应和热点效应以及催化作用等的共同作用下，使工艺添加剂、硫酸亚铁、聚合氯化铝和废水发生充分的物理化学反应；第三步：沉淀，微波处理器的出水自流进入沉淀过滤单元，出水可实现稳定达标排放；第四步：污泥分流，沉淀后的部分污泥用泵回流至预处理反应中循环使用，回流比为20～200％，失效或剩余污泥经脱水变成干泥。

所述预处理依据RO浓水的特性、污染物的种类及其浓度的高低设置二级至四级混合反应，在第一集混合反应中投加入工艺添加剂10～2500ppm、硫酸亚铁10～1000ppm、聚合氯化铝80～120ppm，在搅拌下充分混合反应，并调节PH值至6.0～9.0。

所述每级混合反应的水力停留时间为1～60分钟，混合反应中的搅拌可采用空气搅拌或者电动搅拌。

所述工艺添加剂，其组成成份的重量百分比及各组成成份的重量百分比如下：

Al₂O₃·4SiO₂·3H₂O+Na₂Ca[AlSi₅O₁₂]₄·12H₂O+改性炭纤维各组份的百分比：10～25％：15～35％：40～75％

工艺添加剂中包含的三种化学物质，依据原始废水的特性、污染物的种类及其浓度的高低调整其用量。工艺添加剂采用清水配制成6～10％的浓度分别投加在要求的混合反应中。

工艺添加剂同时具有反应剂和微波诱导的功能。而FeSO₄主要体现为反应剂的功能。聚合氯化铝的功能是絮凝作用，提高固液分离的效果。反应剂与工艺添加剂主要具有破除络合物、调节RO浓水氧化还原电位、吸附解吸和絮凝吸附以及催化氧化作用等过程。

经投加工艺添加剂、FeSO₄、聚合氯化铝和曝气充氧后的RO浓水在微波的照射下，不用外加H₂O₂就能产生强氧化能的羟基自由基，对有机物的氧化降解彻底，且不易产生中间有毒有害物质，通过下列反应式发挥作用的：

经微波照射后沉淀下来的污泥含有Fe(OH)₂、Fe(OH)₃和改性碳纤维，具有良好的处理效果，采用泵将沉淀下来的污泥回流至前端再与RO浓水充分的混合搅拌，在不加或少加工艺添加剂情况下，乃有良好去除COD的效果，循环利用污泥的次数不少于5次。因此，投加的工艺添加剂、硫酸亚铁、聚合氯化铝在微波的作用下，具有重新活化和吸附解吸的功效。

微波处理污水的技术原理主要体现在“分子的极性运动”和不同物质对微波能的选择性吸收。微波对流体中的物质有选择性加热的功能，对吸波物质将形成低温催化作用。微波用于处理RO浓水，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，达到净化废水的目的。

在废水中同样也有不能直接吸波的物质，如有机化合物。为强化微波处理效率，必须向废水中人为的投加一定比例的强吸波物质即工艺添加剂，并通过这些强吸波物质，将微波能传递给不能明显吸收微波波能的有机化物等物质，并在其表面局部区域形成能量聚焦，从而形成低温诱导催化反应。除低温催化作用外，在微波场中还同时发生超高频振荡，加速物理化学反应速度；场效应作用的结果，使分子发生定向排列。提高反应过程中的物理、化学反应以及催化反应，体现在加速细小颗粒的凝聚和固液分离速度、提高COD等污染物的去除效率。RO浓水废水，其pH值大多为6.5～8.0，可以在不需调节PH值或是微调PH值的情况下达到良好的处理效果。

所述废水在微波处理器内的照射时间为1～30秒，出水温度较进水温度高0～10度。

本方法适用于处理以COD和重金属为主要污染物的各类难以生物降解的有机废水或混合废水，包括：含各类反渗透(RO)的浓水、生物处理后的相对低浓度难降解的COD废水等。经本方法处理后，可保证出水中的COD和重金属等指标的达标排放。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本方法可适用各类废水在中水回用过程中产生的超标排放的RO浓水以及生物法或化学法难以处理的各类废水，经本方法处理后，可实现稳定达标排放。现有垃圾渗滤液经生物法处理后的出水，其中的COD浓度为200～600mg/L，采用通常的高级氧化、吸附等工艺，处理效果均不理想，并且运行费用高；各类有机或无机的RO浓水，由于其电导率高等水质特性不同，现有处理工艺均不能较好的满足要求。本方法的处理效率高、针对性强，对各类RO浓水和难降解的相对低COD浓度的废水，可以获良好的处理效果。

2、为了提高RO浓水处理的工艺效率和适应性，提出了微波处理RO浓水的方法，向浓水中投加工艺添加剂，在微波的场效应、热点效应和催化氧化作用等协同作用下，可大幅度的提高处理RO浓水的适应性和有效性，并大大地简化了工艺过程的控制。

3、经一次或多次使用后的污泥乃具有良好的处理效果。采用污泥回流的方法提高工艺添加剂等药剂的使用效率，降低运行费用，处理费用较FENTON等方法下降10～40％，可获得良好的技术及经济指标。

4、本发明方法的工艺过程影响因素少、过程的控制方便和易于实现自动化。

5、本方法对各类RO浓水和难降解废水的处理，可依据COD等污染物浓度的高低有效方便地调整工艺药剂的投加量来到良好的处理效率，从而可方便地满足不同污染物浓度和种类的废水处理，并且实现稳定的达标排放。

6、本发明方法产生的污泥量少，约为传统工艺污泥量的60～80％；污泥的沉降性能好，其沉淀速度是传统工艺的1～3倍；污泥的含水率低，为98～99％；污泥的脱水性能良好。

7、本发明方法的工程占地面积小，约为化学沉淀法的20～50％。

8、本方法具有良好的杀菌除臭能功，经处理后的出水细菌总数可达到废水的排放要求。

本发明方法，填补了国内对中水回用过程中产生的新的超标排放废水(RO浓水)处理方法的空白，对RO浓水的处理具有适应性强、效果好并且运行稳定、处理费用相对较低等优点，具有很好的推广价值。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

取某经生物和膜处理后的垃圾渗滤液，废水为：1000mL、水温为21℃。按照本发明经过以下工艺流程：

废水混合反应1混合反应2混合反应3微波处理沉淀过滤出水

其过程及参数如下：将RO浓水自调节池泵入第一级混合反应1内并在其中搅拌反应5分钟，往混合反应1内投加工艺添加剂450ppm(组成Al₂O₃·4SiO₂·3H₂O：Na₂Ca[AlSi₅O₁₂]₄·12H₂O：+改性炭纤维＝1.5:2.0:6.5)和130ppm的硫酸亚铁；混合反应1的出水自流进入混合反应2内，视浓水的PH值，往其中投加PH值调整剂，使其PH值为6.5～9.0；向混合反应3内投加90ppm的聚合氯化铝。混合反应在鼓风机的曝气或电动搅拌下充分混合反应。混合反应3的出水进入微波处理器内，在微波处理器内的照射时间为25秒。出水温度较进水温度高5.0℃。经沉淀过滤后的出水1全部达标排放要求。沉淀后的沉泥回用。另取1000mL的原始废水，重复上述试验，除工艺添加剂100ppm外，其它药剂的用量相同，污泥回流比例100％，沉淀过滤后的出水2的水质；再用第二次试验的全部污泥、取1000mL的原始废水重复上述试验，此时污泥的回流比为200％，不加工艺添加剂，经全流程试验后的出水3的水质。

过程的水质如表1所示。

表1                试验结果

 

指标pHCODcr(mg/L)Cu²⁺(mg/L)Fe(mg/L)SS(mg/L)色度(倍)原始废水水质8.65265.01.640.71152.0116.0出水1的水质8.1071.400.060.129.013.0出水2的水质8.4578.20.070.095.010.0出水3的水质8.2073.400.090.116.015.0排放标准6.0～9.0100.00.500.5070.040.0

注：出水水质1、2、3为三次平行试验取样化验结果的平均值。

实施例2

电镀厂中水回用反渗透(RO)浓水，按照本发明经过以下工艺流程处理：

RO浓水混合反应1混合反应2混合反应3微波处理器沉淀过滤出水

其试验过程和参数如下：

用烧杯取RO浓水1000mL，往其中投加入工艺添加剂250ppm(组成Al₂O₃·4SiO₂·3H₂O：Na₂Ca[AlSi₅O₁₂]₄·12H₂O：+改性炭纤维＝3.5:3.0:3.5)、220ppm的硫酸亚铁，连续搅拌5分钟；加入石灰调节PH值至8.5，加入110ppm的聚合氯化铝；在微波试验处理器内运行15秒，再经沉淀过滤的出水水质1；另取RO浓水1000mL，加入第一次试验的全部污泥(无需干燥)和再投加工艺添加剂50ppm，实现污泥回流比为100％，其它工艺过程和药剂的用量与第一次试验相同，试验后的出水水质2；结果如下表2所示。

表2                废水的水质      单位:除pH外为mg/L

 

指标pHCODcrNi²⁺Cu²⁺Zn²⁺CN^-SS进水水质6.30162.41.752.136.40.853.0出水水质18.1067.00.120.090.250.135.0出水水质28.3065.50.200.100.190.116.0排放标准6.0～9.090.01.000.502.000.3070.0

注：出水水质为同一原始废水三次平行试验取样化验结果的平均值。

实施例3

某大型造纸厂的反渗透(RO)浓水，按照本发明经过以下工艺流程：

RO浓水混合反应1混合反应2混合反应3微波处理沉淀过滤出水

其过程及参数如下：

RO浓水流量为：1000L/h、水温为34℃，进入有效容积120升的混合反应1中，并向其中投加工艺添加剂500ppm(组成Al₂O₃·4SiO₂·3H₂O：Na₂Ca[AlSi₅O₁₂]₄·12H₂O：+改性炭纤维＝1:2.0:7.0)、220ppm的硫酸亚铁并连续搅拌；出水进入有效容积60升的混合反应2中，往其中投加90ppm的PAC；出水采用水泵抽入微波处理器内运行波20秒，经过微波处理后的出水中自流进入沉淀过滤，出水达到排放标准。

在中试过程，第一天试验未进行污泥回流，出水1为连续出水的平均水质；第二天试验投加工艺添加剂100ppm，其它条件同第一天的试验，采用水泵由流量计控制定量抽取污泥回流至混合反应2中，回流比控制在80～120％，出水2为其平均试验水质；第三天试验不投加工艺添加剂，其它条件同第一天的试验，将水泵的回流量再加大接近一倍，回流比控制在150～200％，水质3为试验出水的平均水质。

过程的水质如表3所示。

表3       中试结果

 

指标pHCODcr(mg/L)色度(倍)SS(mg/L)备注浓水水质7.80264.0191.03.0反渗透浓水出水17.8072.512.05.0出水28.2079.310.015.0出水38.5075.215.09.0排放标准6.0～9.090.040.070.0

注：上述试验结果是现场中试(规模1.0m³/h)连续运行的平均值。