课程设计微波化学污水处理技术.doc
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1、1微波化学污水处理技术微波化学污水处理技术一、技术来源一、技术来源我国于1973年研制成功了915MHz和2450MHz两个频段的磁控管(微波管),所生产的微波源已能供工业化生产的需要。自可以工业化生产并使用的微波源出现以后,微波能在工业生产中的应用技术得到广泛的研究,使得微波能应用技术日趋成熟;随着工业的发展,环境污染越来越严重,人们也在不断寻求新技术以期更有效解决环境问题。于是,1986 年,微波能被应用于水处理的研究开始,至 1992 年历时七年先后投入超过 1400 万元,设计生产出世界上第一台“微波化学污水处理机组设备”,经过多位科学家的共同努力,于 1999 年“微波化学污水处理机
2、组设备”取得突破性进展,获得成功,在水处理领域表现出良好的效果。在此基础上北京润泽东方环保科技有限公司(以下简称我公司)设计生产出工业化微波化学污水处理机组设备,并形成了微波化学污水处理技术工艺。在此基础上,我公司在北京大兴区建立微波化学污水处理技术示范基地,于 2002 年 4 月一次性运行成功,进行了北京大兴滨河污水(含工业污水、生活污水等综合性市政污水)的处理,经中国环境监测总站实地取样检测,全部理化指标达到(部分远低于)国家二类污染物最高允许排放标准的一级标准,效果显著。此后,我公司与市政管理委员会协作对北京市垃圾发酵浓浆进行工业试验,也取得了良好2的效果。石化公司生活水深度处理工业化
3、回用工程,电厂二次水深度处理工程等,其出水指标已达到甲方要求。目前,中山市三角镇高平污水处理有限公司三期电镀前处理废水微波化学污水处理改造工程已经进入验收阶段,兰州石化公司二期生活水微波化学污水深度处理回用工程已进入安装调试阶段。我公司一直从事微波技术在水处理中的应用研究,已申报了国家专利 8 项(其中获准专利 6 项)。目前,微波化学污水处理机组设备已完成了第三代产品更新换代,并投放市场。微波化学污水处理机组设备经北京市职业病防治研究所实地检测,其微波泄漏量远远低于国家标准,证明对人体绝对安全;该技术的创新性经国家科技查新中心检索,国内外无先例,处于国际领先水平;该技术的企业标准注册和技术注
4、册已经在北京市技术监督局注册备案。该设备已通过甘肃省环境科学学会技术鉴定委员会鉴定。微波化学污水处理技术在水处理领域中的应用效果,经专家、学者现场检测认定是水处理领域的一项革命性的技术,该技术与传统工艺方法相比具有工程投资少、占地面积小、污水中的污染物降解物化反应迅速、对进水浓度和温度限制少、工程小型分散化、运行成本低、广谱性强、操作弹性大、杀菌灭藻能力强、不产生二次污染、固液分离迅速、出水效果好、可实现污水回用及污水资源化利用等优点。微波化学污水处理技术必将使水治理事业发生深刻的变化,产生轰动性社会效益、经济效益和环境效益。3二、技术原理二、技术原理2.1 微波概述微波概述微波是指波长为mm
5、1m,频率为 300MHz300000MHz 的电磁波,由于微波的频率很高,所以亦称为超高频电磁波。微波频段的具体划分见表 2-1。表表 2-1.微波频段范围微波频段范围频率范围MHz波段中心波长m常用主频率MHz波长m890940L0.3309150.32824002500S0.12224500.12257255875C0.05258000.0522200022250K0.014221250.014目前只有 915MHz 和 2450MHz 被广泛应用,在较高的两个频段还没有合适的大功率工业设备。将微波化学与污水处理相结合是润泽东方的一项独创专利技术。2005 年,我公司的第三代换代产品突破
6、性地采用了脉冲微波,较第二代设备而言,单机电机功率由原来的20kw 降至 0.5kw,峰值功率由原来的 17kw 大幅提升至 417kw,大大降低了电耗,这不得不说是一项历史性的突破,润泽东方人再一次成为节能技术的先锋军。2.1 微波化学污水处理技术原理微波化学污水处理技术原理微波对流体中物质进行选择性加热,对吸波物质有低温催化作用;加速流体中固、液分离作用;低温杀菌作用;均匀加热功能;迅4速升温作用;不产生二次污染等。微波化学污水处理技术是水处理领域中一场崭新的革命,是一代具有突破性、创新性、广谱性的水处理技术。微波化学污水处理技术不同于传统的污水处理方法,它通过微波场对吸波物质的选择性加热
7、、低温催化、快速穿透等功能,达到去污除浊杀菌的效果。经微波化学污水处理技术处理后的水,可全部再利用,从而实现污水处理工程的实用、高效、节能、环保、低运行费用。微波化学污水处理技术的基础是“极性分子理论”。外加微波场可使这些极性分子因趋向作用而发生频率极高的振荡运动,消耗能量而发热。在微波场中物质的吸波与否和吸波强弱,与该物质的电性质有关。实验证明,在单位体积的物质内被吸收的(转化为热能损耗)微波功率 Pa,与电场(磁场)强度 E、物质的损耗角正切 tg和频率f 成正比关系。物质在微波场中吸收的微波能全部转化为热能,所以Pa 即为单位时间内在单位体积物质中产生的能量。tg值与该物质的介电常数、介
8、电损耗相关的量,而物质的介电常数、介电损耗又与该物质当时的其它多种因素相关。根据此“极性分子理论”,微波不仅可以加快化学反应,在一定条件下也能抑制反应的进行。除此之外,微波还可以改变反应的途径。微波对化学反应的作用除了对反应加热引起反应速率改变以外,还具有电磁场对反应分子间行为的直接作用而引起的所谓“非热效应”。微波对反应的作用程度除了与反应类型有关外,还与微波的强度、频5率、调制方式及环境条件有关。此外,由于化学反应是一个非平衡系统,旧的物质在不断消耗,新的物质在不断生成,各相界面可能发生随机的变化;与此同时系统的宏观电磁特性也在发生变化,而且在微波辐射下这种变化还与所用的微波紧密相关。然而
9、,许多有机化合物都不直接明显地吸收微波,但可以利用某种强烈吸收微波的“敏化剂”把微波能传给这些物质而诱发化学反应。利用这些“敏化剂”就可以在微波辐射下实现某些催化反应,这就是所谓微波诱导催化反应。高强度连续波微波辐射聚焦到某种“敏化剂”的表面,由于“敏化剂”表面点位与微波能的强烈相互作用,微波能将被转变成热能,从而使某些表面点位选择性的被很快加热至很高温度(例如很容易超过 1400)。尽管反应其中的水没有明显升温,但已产生高温高压的作用,当水中的有机污染物与受激发的表面点位接触时却可发生反应。“敏化剂”的作用不仅仅在于把热能聚焦,而且还可以借它与反应物和产物相互作用的选择性而影响反应的进程。微
10、波化学污水处理技术就是利用微波对化学反应的这些作用,对水中的污染物通过物理及化学作用进行降解、转化,从而实现污水净化的目的。此反应机理包括以下反应过程:)(PPmicrowaveP:水分子、污染物种分子OHPOHPmicrowave22)(OHOHOHOHmicrowave3226*MMMicrowaveM:敏化剂mnmicrowaveSSMSSmMn)(*)(*SS:悬浮物RHOROHmicrowaveR:有机物种等mnmicrowaveRHOMRHOmMn)(*)(*1)微波能的化学作用:能够极化水分子及有机化合物分子,使有机化合物与敏化剂之间形成过渡态产物,降低氧化和分解有害有机化合物所
11、需要的活化能,使反应加速进行。2)微波能的物理作用:能够加热和极化水及污染物分子,提高氧化和分解有害有机化合物所需要的反应条件,达到反应所需要的活化能。3)能够加热和极化水及污染物分子,使絮凝剂与污染物之间形成的共聚物的沉淀反应更完全、更快速。微波在处理水中污染物的同时,也能杀灭水中的细菌、藻类等微生物。其作用原理是由于微波辐射的热效应,即微波辐射场照射生物体,引起生物体组织器官的加热作用而产生的生理影响和抑制、伤害作用。组成细胞的极性分子在外加微波场的作用下升温发热,从而导致生物体细胞组织温度升高。当微波功率密度较大,生物体产热过多,超过了体温调节能力,生物体的温度平衡功能失调,体温上升,于
12、是生物体发生生理功能紊乱并发生病理变化,进而死亡。7三、工艺流程及适用范围三、工艺流程及适用范围3.1 污水处理工艺流程污水处理工艺流程微波化学污水处理工艺不同于传统的污水处理工艺,其优点是工艺流程大大简化,且减少大量的管网工程,对进水的 pH,浓度、温度等无特殊要求,工艺流程图见图 3-1。清水管线进污泥脱水系统清水排放排泥管线处理水管线污水管线加药管线微波处理工艺流程高程图图图 31流程说明:流程说明:81 格栅:(对水中有较大颗粒物的水质,如城市生活污水),清除砂石、木块、塑料等大块杂物;2 调节池:调节水量和水质,降低对后续处理构筑物的冲击负荷;3 混合器:将污水与投加的 1、2添加剂
13、进行充分混合与振荡;4 微波反应器:污染物与添加剂进行物理化学反应以及微波低温催化的物化反应;5 沉降过滤一体化设备:实现固液分离,达到排放或回用目的,污泥则脱水外运或用作其他用途。水中污染物是在添加剂与微波的共同作用下,发生剧烈的催化、物理化学反应,转化成不可溶物质或气体从水中分离,水中的大分子、难降解的有机污染物在微波及添加剂的共同作用下,被分解为小分子,与添加剂结合生成速沉絮体物去除;金属离子可直接与添加剂结合生成速沉絮体物沉淀;氨氮转化为氨气逸出;水中磷转化为不可溶解磷酸盐沉淀去除。3.2 技术特点技术特点微波化学污水处理技术在水处理领域内不是万能的,也不是唯一的方法,但因其可靠性、稳
14、定性、先进性、突破性、广谱性和高效性等诸多优点,可以作为首选的水处理方法,它有其他传统的水处理方法无可比拟的优势:91、工艺流程短,絮凝沉淀速度快,占地面积小。用微波化学污水处理技术日处理 2400 吨水的工程,总占地面积不到 300m2,其中微波能水处理机组设备仅占地 64 m2,约为普通活性污泥法处理工艺的 1/61/10(传统方法总占地面积大于 2000m2)。2、工程投资强度低,建设工期短。由于设备本身的独特性,不必铺设庞大的管网和水池,土建简单;设备结构紧凑,且为组块拼装式,施工安装快捷方便,大大缩短工期,日处理量为 2400m的单套机组的工程安装半个月左右即可完成。设备运行时,小时
15、耗电仅为40 度,折合 0.4 度/吨水,计算综合运营成本约为 0.51.2 元/吨水。表表 3-1:污水处理设备价格与运行费用的比较:污水处理设备价格与运行费用的比较名称来源设备价格(万元)日处理量(m3/d)运行费用(元/m3)活性污泥法美国104085001.5厌氧UASB和好氧SBR法西德70030002.0物化气浮法广州某污水处理公司15050030.水解拼装法福建某环保集团80080001.3微波化学污水处理法北京润泽东方环保科技有限公司19824000.51.23、调试周期短。由于工艺流程短,没有多个单元的繁杂的调试和联机调试阶段,一般调试过程只需几天即可进入连续运行。4、杀菌灭
16、藻能力强。微波对菌、藻类有高频穿透作用,杀伤能力极强,在短时间内杀灭微生物,有很强的杀菌灭藻功能,其中蓝藻在微波场中只需非常短的时间即由微细粒汇聚呈大颗粒变黄沉降与水分离。105、适应性强,处理效率高。微波化学污水处理技术可广泛应用于市政污水、工业废水、小区中水回用等行业的水处理,可以作为任何工艺的一部分进行应用处理。微波化学污水处理技术可实现污水的持续再利用,出水可达标排放或再利用。6、该机组设备在运行中可以实现即开即停。由于该工艺的特殊性,在操作过程中可以实现随时开机停机,并且不影响出水效果,调节简单快捷。7、实现工程小型分散化、设备化。当前的污水处理工程提倡向小型分散化和设备化发展,直接
17、堵住污染源头,省掉城市建设中埋设庞大的地下长距离排污管道网。目前常规的污水处理工艺不但占地面积大,而且还需要建设庞大的市政排污管网工程,这样就要投入大量的资金,也为社会、国家以及城市建设埋下了巨大的隐患。微波化学污水处理技术无疑就是实现工程小型分散化、设备化最佳的选择,同其他水处理的成套设备相比有很大的优势。表表 3-2.3-2.微波化学污水处理技术与几种常用工艺对比表微波化学污水处理技术与几种常用工艺对比表工艺名称适用范围投资及运行费用优点缺点11SBR中 小 规 模有机废水吨 水 投 资约 1500 元.吨水电耗 1.6kw.h水质水量适应性强,运行灵活,效果好对 COD、BOD 比有要求
18、A2/O大 中 型 规模氨 氮 高 含量有机废水一 次 性 投资较高适应性强所 需 池体较多,占地面极大,投资高A2/O+生物过滤高 负 荷 有机废水深度处理,大中型规模一 次 性 投资较高出水效果较好所 需 池体较多,占地面极大,投资高AB 法大 中 型 规模,COD 高浓度,工业废水比例高的有机废水一 次 性 投资较高抗 PH、COD、有毒物质的冲击能力强对 环 境温度、N、P、C 比有要求,占地面极大气浮+过滤难 沉 降 细小悬浮物含量高的工业废水吨 水 投 资约 1000 元.运行费用较高针 对 性 强,出水效果好适 用 范围有限超滤中 小 型 规模,较适用于工业废水运 行 费 用低,
19、一次性投资较高管理方便,出水水质好受温度、PH 及预处理效 果 影 响 较大臭氧氧化+活性炭吸附中 小 型 规模,较适用于工业废水吨 水 投 资约 2200 元.运行费用较高杀菌能力强出水水质较好运 行 管理复杂微波化学污水处理技术各种规模,市政污水及多种工业废水投资较低,吨 水 投 资 约1000 元.占 地 面 积小,耐冲击力强,降解物化反应迅速,出水效果好,杀菌灭藻能力强3.3 适用范围适用范围生活污水生活污水:市政(生活小区)、大型酒店宾馆、休闲旅游度假村的生12活污水处理及中水回用;工业废水工业废水:如印染污水、电镀污水、造纸废水、电厂循环水、石化污水、洗水厂污水、酒精制糖污水、淀粉
20、厂污水、填埋场垃圾渗滤液、生禽养殖屠宰场废水、选矿提炼厂污水等;江河湖泊污水净化江河湖泊污水净化海水淡化海水淡化根据客户的需求我们不但可以做到达标排放而且可以做到中水回用。四、示范工程四、示范工程4.1 生活污水生活污水生活污水主要源于日常生活,废水中含有大量的有机污染物,其中包括化粪池溢流出水,厨房洗涤水以及其它洗涤用水等,生活污水的特性主要是:(1)氮、磷、硫含量高,在生活污水中含有大量纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质和尿素等;(2)含有大量合成洗涤剂和磷,洗涤剂不容易被生物讲解,磷可以引起水体富营养化;(3)含有多种微生物,如每毫升生活污水中就含有几百万个细菌,并含有多种病原体。生活污水
21、的化学好氧量(COD)含量不高,一般在 250500mg/l 之间,PH 值在 69 之间。采用微波水处理工艺时,水中污染物是在敏化剂与微波的共同作用下,发生剧烈的催化、物理化学反应,转化成不可溶物质或气体从水中分离,水中的大分子、难降解的13有机污染物在微波及敏化剂的共同作用下,被分解为小分子,与 剂结合生成速沉絮体物去除;氨氮转化为氨气逸出;水中磷转化为不可溶解磷酸盐沉淀去除。图图 4-1.微波化学污水处理技术流程框图微波化学污水处理技术流程框图对生活污水的处理,微波化学污水处理技术比传统的污水处理技术有很多技术优势,具体见表 4-1表表 4-14-1 对于城市生活废水微波处理法和现行常规
22、法的比较对于城市生活废水微波处理法和现行常规法的比较相关指标及优缺点微波处理方法现行常规处理方法占地面积(亩/万吨)1100污泥脱水处理系统泥饼外运回集水池微波反应器(WBSZ-2400)出水回用或排放反应体及沉淀过滤一体化设备1#号混合器2#号混合器集水池1#敏化剂2#添加剂进水微波后反应体14单位废水耗能(KWH/吨废水)0.30.40.8单位废水运行费用(元/吨废水)0.30.71.2单位废水处理成本(元/吨废水)0.81.41.6单位废水处理投资(元/吨废水)800(2000 吨/日)13001400(10 万吨/日)实现废水处理物化反映过程的条件常压下,并且不受环境温度的控制受环境温
23、度的直接控制,冬季低温反应进程十分缓慢废水处理过程污染物与水得分离速度废水进微波场流经约 20 秒钟出微波场后 3 分钟即开始沉淀分离废水由流入反应池至流出反应进程约 12 小时废水处理过程中的杀灭微生物功能液相和固相或气相中的微生物都已杀灭无杀灭微生物功能产物再利用有价气体可回收再利用;固相无菌可作复合肥;清水无菌可100返回,实现水的可持续利用有价气体无法回收;固相须作深坑填埋处理;二次水须作深度处理才能利用对现行常规法废水处理产生的二次水深度处理能力二 次 水 经 微 波 净 化 后 可100返回再利用,这正是发挥了微波净化水的优点对二次水的深度处理无能为力规模效益使废水处理工程小型分散
24、化,堵住污水源头,省掉庞大的排污管网工程需要建设庞大的排污管网工程,给城市安全带来隐患兰州石化公司生活污水新鲜水回用工程兰州石化公司生活污水新鲜水回用工程兰州石化公司是我国西北地区最大的炼油化工基地,随着千万吨15级炼油基地的建成,企业所需生产用水大量增加,这就需要企业必须对本企业的污水进行深度处理进行回用。经我公司与兰州石化公司协商,确定微波污水处理技术实验方案,方案包括三部分:炼油生产污水处理实验、炼油生产污水与生活污水混合水处理实验、生活污水处理实验。I.生活污水处理实验生活污水处理实验该次实验主要是针对兰州石化公司东区生活污水进行处理实验,水质构成主要是兰炼厂前所辖居民区、商业区生活废
25、水、部分工业区生活废水。实验规模实验规模由于本次实验受来水泵量的限制,设计处理流量为 30m3/h。工艺流程工艺流程该工艺流程中没有污泥处理部分,按厂方的要求,对所产生的污泥统一排到厂方的老三套污泥处理系统。1#敏化剂化粪池或其处理设备 混 合 器集水池2#添加剂生 活 污 水格 栅2 混 合 器微 波 反 应 器反应体及沉降过滤体出水16处理效果处理效果生活污水实验平均进出水水质指标见表 4-2。本次实验达到了厂方要求的回用水质标准,满足厂方所需的工业新鲜水补充水质标准。2006 年,兰石化 400t/h 的全自动控制工程顺利进入安装调试阶段。综上所述,微波化学污水处理技术对生活废水的处理有
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