微波化学

摘要:采用微波化学工艺处理了烟草行业综合废水,工程规模为2 500m3/d。处理前废水平均值为:CODCr1 700mg/L,SS 475mg/L,10·1 mg/L,P 0·72mg/L,pH值8·93;处理后废水水质指标平均值为:CODCr42·1mg/L,SS 4mg/L,氨氮3·7mg/L,P 0·019mg/L,pH值7·91。除氨氮外,废水污染物去除率均达到95%以上,出水水质完全符合GB8978-1996《》的

一级标准,经过消毒可回用。

关键词:微波化学工艺;综合废水;烟草行业

烟草行业废水产生量相对较小,往往容易为人们 所忽视,但其含有高浓度有害物质如、、

酚、等[1],直接排放会严重污染环境。据统计, 我国卷烟厂废水排放量为每箱烟0·35~0·60m3[2],由 此推算,型卷烟厂的废水排放量也相当大。各个 厂家由于生产工艺和产品的不同废水水质也不尽相 同,目前,处理方法主要有普通法、生物法及二者 相结合的处理方法,如水解-BAF-纤维过滤工 艺[3],加沉淀与相结合的工艺[4],在二级 的基础上增设并投药杀菌的处理

工艺[5]等。这些处理工艺分别存在着不同程度的缺 陷,不是投资成本高、管理复杂,就是运行费用高、适 用范围较小等等。

微波技术基于上述工艺缺陷,取长补短,能够较

好的处理综合废水并加以回用,该技术符合国家环保 ,同时和我国长期战略性政策和循环

经济理念也是相吻合的。下面以某烟厂为例, 简要介绍微波技术对其综合废水的处理情况。 1 废水水量和水质

某烟厂排出的综合废水由生产废水、和

锅炉水等组成。生产废水包括废水、洗梗废水、 香精香料及部分;生活污水包括污水和

食堂废水等;锅炉水包括锅炉冲渣水和除尘水。总排 放量2 500m3/d,水质综合指标如表1,处理后废 放要求达到GB8978-1996《污水综合排放标准》 的一级标准。

表1 综合废水的水量和水质

Tab.1 The comprehensive wastewater volume and water qualitymg/L 水量(m3/d) pH值CODCrBOD5SS NH3-N P

2 500 8~10 100~2 000 130~420 400~500 10~15 0·5~1·0 由表1可知,原水浓度较高,BOD5/CODCr <0·3,可生化降解性差,悬浮物高,碱性强且水质变 化幅度较大。 2 处理工艺 2.1 微波技术

微波技术是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,达到去污除浊杀菌的 效果。反应机理包括以下反应过程: Pmicrowave(P)+

(P)++ H2OmicrowaveP + H2O+ H2O++ H2OmicrowaveH3O++ OH MmicrowaveM*

n·M*+ m·SSmicrowave(M*)(SS)m↓ OH + RmicrowaveHO - R n·M*+ m·HO - Rmicrowave(M*)n(HO-R)m↓

式中:P为、污染物;R为有机物种等;M 为敏化剂;SS为悬浮物。

2.2 微波化学工艺的技术优势

根据多次实践经验积累,微波化学工艺 的技术优势见表2、表3。 表2 价格与运行费用比较

Tab.2 Comparation of several wastewater treatment equipments about prices and operating costs

名称设备价格(104元)日处理量(m3/d)运行费用(元/m3) 1 040 8 500 1·5 厌氧UASB和好氧SBR法700 3 000 2·0 物化气浮法150 500 3·0 水解拼装法800 8 000 1·3 微波化学198 2 400 0·5~1·2

表3 微波化学法与几种常用工艺对比

Tab.3 Comparation of microwave chemistry and several customary processes 工艺名称适用范围投资及运行费用优!点缺点

SBR中小型规模的有机废水吨水投资约1 500元,吨 水电耗1.6kw.h

对水质水量适应性强, 运行灵活,效果好 对COD/BOD有要求

A2/O大中型规模、氨氮含量 高的有机废水

一次性投资较高适应性强所需池体较多,占地面 积大,投资高

A2/O+生物过滤大中型规模高有机 废水深度处理

一次性投资较高出水效果较好所需池体较多,占地面 积大,投资高

AB法大中型规模、COD浓度 高、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,占地面积大

气浮+过滤难细小悬浮物含量 高的工业废水

吨水投资约1 000元,运 行费用较高

针对性强,出水效果好适用范围有限

超滤中小型规模的工业废水一次性投资较高,运行 费用低

管理方便,出水水质好受温度、pH及效 果影响较大 臭氧氧化+活性 炭吸附

中小型规模的工业废水吨水投资约2 200元,运 行费用较高

杀菌能力强,出水水质 较好 运理复杂

微波化学法各种规模的市政污水及 工业废水

吨水投资约1 000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

2.3 微波化学工艺流程及说明

根据对该烟厂综合废水进行的多次可

知,微波化学工艺能够较好的满足处理要求。具体工 艺流程见图1。 图1 示意

Fig.1 Craf flow chart

综合废水经去除大颗粒悬浮物后,出水自流 进入,用以调质和水量;加入敏化剂和添

加剂(因敏化剂对微波具有较强的吸收能力,所以敏 化剂可以把热能聚焦,诱导,从而影响微波

反应的进程)。使污水与投加的敏化剂、添加剂进行 充分混合与振荡;然后再经泵提升进入微波系统。在 中,污染物与添加剂进行反应及

微波低温催化的物化反应;从微波系统出来的废水进 入,进行泥水分离后消毒回用。 自流进入浓缩池,进一步降低污泥,

再用泵打入进行脱水,压滤后产生的干泥 饼无害化处置后外运,浓缩池上清液及时产 生的压滤液均返回调解池。

3 主要及设备

主要构筑物、配套设备及其设计参数如下: 1) 调节池1座,160m3, 1·5h,其主要作用是均化水质和调节水量,保证进水 连续和水质稳定,降低对后续处理构筑物的冲击负 荷。池中配备2台(1用1备),为 130m3/h,7·5m;液位控制系统1套,用于控制潜 污泵自动启停。

2) 沉淀池1座,设计表面负荷1·50m3/(m2·h), 水力停留时间3·0h,有效容积7m×7m×6·5m= 318·5m3。沉淀池内置,管径80mm,

该填料能力较普通沉淀池高,表面负荷可大大提高, 便于泥水分离。

3) 池1个,有效容积28m3。浓缩池内设

置弹性填料、布水系统、出水系统等,从而保证污泥浓 缩消化的效果。配套设备有:压滤机和微滤机各1 台;污泥提升泵2台(1用1备),额定流量为40m3/h。 4) 1间。设备房内布置1套,

可实现自动、手动相互切换控制整个污水站的机电设 备。

图2 微波反应器示意

Fig.2 Schematic diagram of microwave reactor

) 微波反应器1台(见图2),型号F-WB-20。正 常运行情况下,产生为1mm~1m,频率为300MHz ~300 000MHz的。由多次试验和工程实践积

累可知,微波系统对COD、BOD5、SS、TN、TP的去除率 分别为80%~85%、90%~97%、85%~95%、60%~ 92%和70%~95%。 4 运行情况

2006-04月开始对该微波化学处理系统进行调

试,目前出水已达到设计排放要求并稳定运行。表2 记录了对其出水水质进行监测期间的平

均水质情况。从表2可以看出,原水经过微波化学工 艺处理后,氨氮去除率为63·4%,其他废水污染物去 除率均达到95%以上,出水浓度完全符合GB8978- 1996《污水综合排放标准》的一级,经过杀菌 消毒后可回收利用。

表4 数据和国家排放标准对照

Tab.4 Comparison of water quality monitoring data and the national drainage standardmg/L 项目pH值CODCrSS NH3-N P 原水8·93 1 700 475 10·1 0·72 出水7·91 42·1 4 3·7 0·019 总去除率(%) 97·5 99·2 63·4 97·4

排放标准6~9≤100≤70≤15≤0·5 5 分析

从实际运行情况来看,直接运行费用主要是设备 电耗费用和药耗费用,单位废水量所需直接运行费用 0·626元/m3,日处理废水所需直接运行费用为1 565 元。详细分析见表5。 表5 直接运行费用分析

Tab.5 Analysis of direct operation cost 项目废水量 (m3)

单位废水量所 需费用(元/m3) 总费用 (元)

设备电耗0·40 1 000

敏化剂、添加剂2 500 0·176 440 污泥脱水药剂0·05 125 合计0·626 1 565 6 结语

工程实践表明,采用微波化学工艺处理烟草行业 综合废水是切实可行的,取得了良好的、经 济效益和,同时也为其他行业综合废水的处

理积累了成功经验。该工艺处理效果好、运行稳定、 管理较简单;污染物去除率高,降解反应迅速,絮凝沉 淀速度快,杀菌灭藻能力强,无;工程投资

少,设备价格和运行费用较低;适应性强,对进水的

pH值、浓度、温度等无特殊要求;操作弹性大,利于实 现工程小型分散化和设备化。为确保微波化学工艺 处理效果最佳,操作人员要特别注意控磁场电流 的变化。