[发明专利]一种非接触微波催化水处理装置及水处理方法

说明书

本发明公开了一种非接触微波催化水处理装置及水处理方法，包括：石英反应器，其底部分布有若干柱状凹槽，柱状凹槽内填充有催化剂；微波发生器，用于产生微波；波导，连接微波发生器和石英反应器，柱状凹槽伸入波导中，石英反应器的溶液盛放区位于波导之外；以及搅拌器，位于石英反应器的溶液盛放区。该装置能够减少水体对微波的吸收，从而在保证有机废水降解效率的同时节约能耗，提升工艺经济性。

技术领域

本发明属于有机废水处理技术领域，具体涉及一种利用微波液相放电高效处理有机废水的非接触微波催化水处理装置及水处理方法，该装置能够减少水体对微波的吸收，从而在保证有机废水降解效率的同时节约能耗，提升工艺经济性。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

现代工业生产规模日益发展扩大的同时，大量有毒有害的废水也在其生产过程中排放出来，对水体、土壤造成了不可逆的污染。这类废水一般来源于造纸业、皮革业、化工业、制药业、焦化业、食品加工、印染业以及垃圾渗滤液等行业，其COD含量通常较高，且常含有卤化物、硝基化合物、酚类化合物等结构复杂、性质稳定、难以降解的有机物质，所以也常称其为有机废水。如果不加以有效处理，具有致癌性、神经毒性和致突变性的该类废水最终可能会对水体生物和人类的生活造成严重的威胁及危害。微波作为一种新兴技术针对这种难降解有机废水有着较好的处理效果，将微波应用于有机废水处理主要利用了微波自身的热效应和非热效应。水体快速吸收微波后，可以有效提升反应体系温度，并且还能够诱导催化剂表面产生“高能位点”，大幅提高有机物在“高能位点”表面的反应速率与效率。其次利用了微波的诱导催化作用，即微波的“非热效应”。虽然微波本身不具催化效果，但其能够诱导强烈吸收微波的催化剂产生一种肉眼难见的“微区放电”现象，水体中的水分子和溶解氧能够在放电表面高能位点的作用下被激发产生具有很高氧化能力的·OH自由基，从而快速氧化目标有机物。另外，微波的量子能量约为10^-6-10^-3ev，从量子效应角度考虑，其能量不足以使化学键断裂，但可使化合物中某些化学键振动或转动，导致这些化学键的减弱，从而降低反应的活化能，促进目标化合物的分解与矿化。基于上述优势，微波与催化剂交互作用水处理技术得到了广泛的研究，Li Lin等人利用微波来降解水体中的NH₃-N，在小型试验装置内反应3min后NH₃-N的去除效率可达100％，中试试验装置内反应60min后NH₃-N的去除效率可达到80％。Alicia L等人研究了以活性炭和氧化铝负载铁作为催化剂的微波催化氧化反应，苯酚作为目标污染物实验结果表明，在当前实验条件下，苯酚氧化反应的进行主要是通过直接的芳香环的击穿，产生羧酸，而几乎没有检测到的有毒中间体的氢醌和对苯醌的形成。发明人发现，尽管微波针对难降解有机废水有着较高的处理效率，但是在实际应用中存在能耗严重的问题，大量的微波能被水体吸收，并且通过环境损失及溶液蒸发等途径而耗散。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种非接触微波催化水处理装置及水处理方法，该装置能够减少水体对微波的吸收，从而在保证有机废水降解效率的同时节约能耗，提升工艺经济性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种非接触微波催化水处理装置，包括：

石英反应器，其底部分布有若干柱状凹槽，柱状凹槽内填充有催化剂；

微波发生器，用于产生微波；

波导，连接微波发生器和石英反应器，柱状凹槽伸入波导中，石英反应器的溶液盛放区位于波导之外；

以及搅拌器，位于石英反应器的溶液盛放区。