微波光催化處理工業廢水與溶媒回收一體化工藝的製作方法

2023-12-02 23:59:36

專利名稱：微波光催化處理工業廢水與溶媒回收一體化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及工業廢水處理，特別是針對含易揮發溶媒工業廢水處理與分離回收溶 媒以實現資源化的一體化處理工藝，即在廢水處理的同時實現廢水中易揮發溶媒的回收再 利用。
背景技術：
有機溶媒，如丙酮、乙酸乙酯及醇、DMF等，在工業生產如萃取和洗滌等工藝中大量 使用，由於水溶及工藝夾帶等的原因造成水相有機溶媒大量流失，因此，有較大部分的工業 廢水中含有溶媒。雖然現有的物理和化學以及生物技術能夠高效地處理工業廢水，但是對 於含有易揮發溶媒組分的工業廢水而言，直接處理的同時也意味著消除了廢水中的可回收 溶媒，既浪費了寶貴的資源，同時也增加了廢水處理的難度與成本。從廢水中實現溶劑回收的常見方法有萃取、膜分離、氣提和蒸餾等。有機廢水的萃 取處理技術得到廣泛應用。溶劑萃取法適合於回收和處理高濃度難降解有機工業廢水，如 含酚廢水、有機磺酸類廢水及有機含磷含氮類廢水等。溶劑萃取法的主要缺點是溶劑損失 和由此而引起的二次汙染。近年來，膜分離技術在廢水處理中也得到了廣泛的應用，既能對 廢水進行有效的淨化，又能回收一些有用物質。膜分離技術應用於廢水處理具有低能耗、效 率高和工藝簡單等特點，膜組件簡潔、緊湊、易於自動化操作、維護方便，與其他廢水處理方 法相比具有明顯的優勢，所以在廢水處理中已受到特別的青睞。但是，目前膜組件成本和膜 汙損問題影響著膜分離技術在廢水處理的應用推廣。對含有易揮發性溶媒的熱提分離只要達到所需的溫度，就可以達到很好的分離效 果。傳統的熱提主要通過加熱水體而進行的，如從青黴素廢酸水中回收乙酸丁酯和丙醇溶 媒，採用向水體中通入過熱蒸汽以達到加熱的目的，實現廢水溶液中溶媒的回收。如此類似 的傳統加熱方式不僅加熱效率低，而且並不能起到明顯減排廢水COD的作用。微波無極反應器是一種基於微波等離子激發誘導無極燈發光的系統。由於水對微 波的強烈吸收而表現出顯著的致熱效應，因此微波可以作為從廢水中熱提回收易揮發溶媒 的熱源。而且，無極燈受微波輻射誘導的發光過程中也產生一定的熱量，如此，既可以強化 微波熱源從廢水中分離回收易揮發溶媒的作用，又可以同步進行光催化降解廢水汙染物， 由此可將廢水處理和易揮發溶媒熱提回收同步進行。

發明內容
本發明的目的是基於微波無極反應器工作時既能產生大量的熱又能發出高功率 的紫外光和可見光的獨特性能，將其應用於含易揮發性物質的工業廢水的處理。一方面利 用微波無極反應器產生的熱能實現廢水中易揮發物質的熱體分離，同時運用微波無極反應 器的光催化降解廢水中的有機汙染物，達到處理廢水的目的。下面結合附

圖1，對本發明做詳細說明。整個工藝由廢水輸送系統、微波無極反應器、氣液平衡及冷凝回收四部分裝置組成。(1)廢水輸送系統①儲水槽，②輸液泵；(2)微波無極光催化反應器③微波發生裝置，④無極燈，⑤微波無極反應器；(3)氣液平衡器⑥汽液分離器、⑦刺形分離器；(4)冷凝回收系統⑧冷凝器，⑨接收裝置。為達到上述目的，本發明通過下述技術方案實現。整體工藝的流程(圖1)描述如 下所示。儲水槽①中的廢水經輸液泵②進入由微波發生裝置③和無極燈④組成的微波無極 反應器⑤，廢水在微波無極反應器中被光照輻射和加熱，隨後廢水進入氣液平衡器⑥，廢水 中易揮發組分溶媒與光照後的液相廢水在氣液平衡器⑥中達到動態平衡，分離後的氣相進 入冷凝器⑧，在接收裝置⑨收集得到回收的溶媒，剩下的液相廢水回到廢水儲槽並連續通 過光照降解直至達到處理目標。考慮到實際的狀況並結合微波無極光催化的應用特點，為了充分發揮和利用微波 致熱以及無極燈發熱和發光的特性，本發明所用的微波無極反應器(圖2、中的無極燈為自 制的球形無極燈①，然後將球形無極燈作為填料填充在自製的玻璃反應器②中構成填充床 式體相微波無極光催化反應器，其有三個優點一、反應器內填充球形無極燈，類似填充床 反應器，增加了物質流動的阻力，使其停留時間增長，而且同時進入反應器的物料也大量減 少，加熱效果增加；二、無極燈在微波激發下發光，無極燈發光的同時，球形燈表面也會產生 很高的溫度，少量的物料經過燈表面會在瞬間加熱，達到所需溫度；三、在對物料進行熱提 取同時，加入催化劑能同時進行對廢水中的有機汙染物光催化降解。因此，填充床式體相微波無極光催化反應器中的廢水、光和催化劑充分接觸，避免 水相光催化過程中光穿透的能力差和溶液傳質效率低的問題，突破了傳統光催化系統光穿 透效率和溶液傳質效率低的瓶頸問題，有利於探索光催化放大工藝。下面以實例對本發明做進一步說明。實施例一從乙醇水溶液中提取乙醇實例乙醇溶液經過蠕動泵輸送，進入微波無極反應器，在微波和無極燈雙重加熱效果 下，蒸發進入氣液分離器，並在這裡達到氣液平衡，分離後的乙醇經過冷凝裝置被收集。當 微波功率固定在4500W，反應液為IOOOml的5 %乙醇溶液時，調節蠕動泵轉速達50r/min 時，乙醇回收率為69. 84%。實施例二 青黴素廢酸水體系易揮發溶媒提取實例丁醇和丁酯含量分別為0. 37%和0. 41%的青黴素廢酸水經過微波反應器被加熱 後進入氣液分離器，氣相進入冷凝系統，剩餘液體回到儲水槽循環光催化處理。經過微波無 極反應器熱提後，廢水中丁醇含量降為0. 09%，而丁酯全部去除掉。可見本裝置能夠從廢水 中完全提取回收丁酯，且對丁醇也有很好的回收效果。廢水中丁醇和丁酯的分離可以去除 30%的C0D。r。熱提溶媒後的廢水繼續光催化處理20min後的廢水COD相比原始的青黴素 廢酸水的COD降低了 50%之多。因此，在此工藝中可以同步實現廢水處理及有機溶媒的回 收再利用。實施例三去除氨氮實例用氨氮水溶液模擬氨氮廢水初始氨濃度500mg/L時，輸液泵轉速53r/min，調節溶 液pH = 11，微波功率900W，曝氣率400mL/min，氨氮溶液在微波無極反應器內加熱，在氣液分離器氨氣得到分離，氨氮去除率達到34. 0%。對附圖進行說明，附圖1為微波無極光催化處理廢水與溶媒回收工藝裝置示意 圖。圖中①儲水槽②輸液泵③微波發生裝置④無極燈⑤微波無極反應器⑥氣液平衡器，⑦ 刺型分離器，⑧冷凝回收系統，⑨回收的溶媒。附圖2為填充床式體相微波無極光催化反應器，圖中①為無極燈，②為玻璃反應器。
權利要求
1.一種工業廢水處理與溶媒回收一體化新工藝，由廢水輸送系統、微波無極反應器、氣 液平衡器及冷凝回收四部分裝置組成。
2.根據權利要求1所述，其特徵是含溶媒的工業廢水，溶媒如乙醇、丙酮、乙酸丁酯、 丁醇以及可以通過熱提方式從水相中分離的易揮發性有機物，也可以是易揮發性的無機物 質，如NH3等。
3.根據權利要求1所述，其特徵在於採用微波無極反應器，由微波發生裝置和充填一 定混合成分物質的無極燈組成，其中混合成分物質如氬氣和汞得混合物，但不局限於此。
4.根據權利要求1所述，其特徵在於採用微波無極反應器，利用微波對水溶液的致熱 效應和無極燈的發熱效應作為熱源，熱提回收廢水中的易揮發性溶媒。
5.根據權利要求1所述，其特徵在於採用氣液平衡器中實現易揮發溶媒與液態廢水的 氣液相分離。
6.根據權利要求1所述，採用微波無極反應器，利用微波無極發光降解處理廢水中的 有機汙染物。
全文摘要
本發明提出一種工業廢水處理及溶媒回收一體化耦合新工藝。整個工藝由廢水輸送、微波無極反應器、氣液平衡及冷凝回收四部分組成。廢水經輸液泵進入微波無極反應器中，利用微波致熱效應及無極燈的發熱效應熱提分離廢水中易揮發溶媒；經微波和光照輻射後的廢水在氣液平衡器中實現氣液相的分離，其中溶媒組分通過冷凝裝置回收，而液相的廢水部分在光照下進一步降解處理。如此，在進行工業廢水光催化處理的同時，廢水中的溶媒可直接回收再利用，整體工藝流程簡單緊湊。
文檔編號C02F1/32GK102070221SQ200910237878
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者餘江, 劉富婷, 張丹, 蔣永平, 韋力 申請人:北京化工大學