微波汙水處理技術論文
隨著我國城市現代化不斷髮展，城市汙水問題已成為阻礙社會經濟進步的重要因素。下面是由小編整理的，謝謝你的閱讀。
篇一
微波技術應用於汙水處理領域的研究及展望
摘要：闡述了微波技術應用於汙水處理領域的理論基礎，分析並總結了汙水處理領域應用微波技術的研究現狀，對微波技術未來的發展與應用前景進行了展望。
關鍵詞：微波;汙水處理;汙泥處理
中圖分類號：S703.1 文獻標識碼：B 文章編號：1674-9944***2016***06-0036-03
1 引言
微波通常是指波長在1mm～1m的特殊電磁波，微波的頻率為300MHz～300GHz，民用微波的頻率通常在915～2450MHz之間，而一般915MHz為工業上使用的頻率。近年來，微波技術的發展使得其被廣泛應用於環境汙染治理領域，特別是在汙水治理領域的研究有了很大的突破，同時在環境監測等方面獲得了大量的研究結果。微波自身的選擇性快速加熱、無二次汙染的特點使得其可以與其他汙水處理技術良好的結合，所以微波應用於汙水處理領域成為了人們關注的熱點。
2 微波的化學理論基礎
2.1 微波的熱效應
通常利用微波加熱介質是基於兩種機理，這兩種機理分別是離子傳導和偶極子轉動。在微波加熱介質的過程中，一般這兩種機理產生的微波加熱效應同時存在。
介質中的可離解的離子在電磁場中移動會形成電流，介質本身會對離子產生阻礙，從而會產生熱效應，這就是微波的離子傳導產熱機理。微波離子傳導產生的熱效應大小與介質本身的離子濃度以及遷移率相關。
若介質本身是由許多一端帶正電，一端帶負電的分子***或偶極子***組成的，則其會隨外加電場方向的改變而不斷的作擺動，此時，受到分子熱運動的干擾和阻礙，介質中會產生了類似摩擦的作用，就會使得介質內部的分子獲得能量，介質內部分子能量提高後，介質巨集觀表現的溫度也隨之升高，這就是微波產生的偶極子轉動加熱現象的機理。偶極子加熱的效率通常由介質的弛豫時間以及介質本身的粘度和溫度決定。
綜合來看，微波加熱介質的機理就是通過介質的介電損耗而發熱，從而可以使介質內部的分子在短時間達到極化狀態，並且會加劇介質內部分子的運動與碰撞，增加介質內部分子的動能。由於電磁能量是通過波的形式輻射到介質內部，在利用微波加熱介質時，介質的內外會同時被加熱，所以被加熱的過程中介質的內外受熱均勻，這是微波加熱最顯著的特點及優點。
2.2 微波的非熱效應
關於微波可以加速化學反應的機理，目前在學術界觀點並不一致，部分研究者認為微波加速化學反應主要靠其熱效應。但這種說法對有些溫度相同，但微波加熱依然能夠比正常加熱反應迅速的現象無法解釋。所以，有另一部分研究人員認為，在微波參與化學反應時，由於微波輻射作用，反應物中的極性分子會隨之產生強烈振動，從而分子會發生高速旋轉併產生碰撞，即微波可以在反應過程中提高分子活性，同時降低反應活化能和分子的化學鍵強度，這種觀點就是微波的非熱效應理論。但是，也有研究表明，每摩爾頻率在1～100GHz範圍內的微波的光量子能量僅能達到0.4～40J，這樣的輻射能量無法使部分有機物的化學鍵斷裂。
所以，至今微波的非熱效應雖然被提出，但是仍然存在一些爭議，許多由微波產生的反應現象還有待進一步的研究。
3 應用微波處理汙水的研究
雖然微波產生的有些現象還無法合理的得到解釋，但是其良好的加速化學反應的作用是可以肯定的，所以微波在水處理方向上的應用是非常有潛力的。
通常來說，單獨使用微波技術來作為處理汙水的方法，其效果不理想，微波難以代替其他傳統的水處理工藝，但是微波可以作為一種輔助手段在水處理中應用，對已有的水處理工藝進行改良，從而使其處理效果提升。
3.1 微波與活性炭聯用
微波與活性炭聯用可應用於處理難降解汙水。利用活性炭作為催化劑，微波輻射進行強化。採用活性炭吸附汙水中的汙染物是在汙水處理領域常用的一種方法，採用微波輻射與活性炭吸附聯用時，微波可以有效的對活性炭表面的有機物進行解吸，從而使活性炭可以同步再生，這不僅有利於有機物的消解，同時也可以對其進行更好的回收利用，提高了活性炭在廢水處理過程中的效率。
微波與活性炭聯用的方式也是靈活多變的。微波輻射不僅可以對活性炭吸附的汙染物脫附並對汙染物進行降解，同時，也可以直接利用微波對含有活性炭催化劑的廢水進行輻射，直接通過微波輻射對汙染物進行降解。Chih.G利用活性炭顆粒吸附二甲苯、萘等有機物質，再通過低能度微波輻射對活性炭進行解吸及汙染物降解，有機物的最終分解率很高，甚至可以完全分解。阮新潮等在利用活性炭處理苯酚廢水時利用加入微波輻射對活性炭進行再生，經過微波輻射再生後的活性炭對苯酚去除率高於98%。所以，微波與活性炭聯用，由於微波對有機物的降解進行強化，可以對活性炭吸附的有機汙染物有很高的去除效率，進而增加活性炭的使用壽命，並且通過不斷對汙染物降解，可以增加活性炭吸附的效率。
3.2 微波與高階氧化技術聯用
高階氧化技術的基本原理就是再其氧化過程中產生的羥基自由基***・OH***通過電子轉移、親電加成等反應對水中的各種有機汙染物進行降解，將各類汙染物特別是有機汙染物轉化為CO2、H2O等無害物質，或將部分大分子汙染物轉化成為易生物降解的小分子中間產物。通常，在反應過程中羥基自由基的生成率較低，所以導致在汙水處理中其執行成本較高。
採用微波輻射與高階氧化技術聯用，可以降低反應過程中的活化能，有利於羥基自由基***・OH***在反應過程中的產生，從而可以提高其生成效率，進而降低其在汙水處理中的執行成本。目前，已經有許多研究人員在汙水處理的研究中採用微波與各種高階氧化技術的聯用技術，取得了不錯的效果。Han利用微波與UV-雙氧水聯用技術處理苯酚溶液，提高了苯酚溶液的降解速度，可以在5min內使得苯酚降解率達到90%。陳芳豔在處理對硝基氯苯的過程中採用微波與Fenton試劑聯用技術，在10min內即可降解其中98%以上的對硝基氯苯。畢曉伊採用微波與ClO2催化聯用技術處理含酚廢水，對於廢水中酚的濃度低於100mg/L的含酚廢水，其去除率可達90%以上。微波與高階氧化聯用可以在處理廢水過程中，提升對汙染物的降解速度，從而可以在短時間內提高高階氧化方法對汙染物的去除效率，在相同時間內處理更多的汙染物，提高汙水的處理量。 3.3 微波與生物處理聯用
目前在國內外汙水處理應用的技術中，生物處理是應用最廣泛並且最經濟的技術，強化生物處理技術的效率將會使現有的汙水處理廠的執行效果有很大的提高。所以，國內外很多研究人員都對採用微波與生物技術聯用進行了研究。
肖廣全採用微波與生物接觸氧化聯用的工藝對製藥廢水進行降解處理，其單獨利用微波作為預處理工藝，而生物接觸氧化作為後續處理工藝，兩種工藝聯用可以大幅度去除製藥廢水的COD以及氨氮，其去除率分別可以達到98%和60%。虞睿採用微波作為深度處理工藝，對常規生物法處理後的生活汙水進行處理方式，相比於其他的深度處理，微波處理成本控制較好，效率也較高，處理後的水質接近地表水Ⅲ類水體水質。
採用微波作為預處理或者深度處理工藝與生物處理技術聯用，投資較低，執行簡單，對汙水處理效果較好，可以有效地對汙水常規的生物處理工藝進行強化，特別是對難降解物質有很好的強力去除效果。
4 應用微波處理汙泥的研究
目前國內汙水處理廠排放的汙泥多數都是進行了填埋處理，汙泥資源化利用仍然不夠普及。汙泥填埋佔地面積大，浪費土地資源，而且還會存在一定的風險，對周邊環境可能造成汙染。
利用微波輻射處理汙泥是近年來汙泥處理研究的熱點。通常汙水處理產生的汙泥中都會含有較多的有機物，特別是易揮發性的有機物質，而大部分的有機物都可以被資源化利用。利用微波輻射處理汙泥，靠微波的熱效應對汙泥進行熱解，靠微波形成的高溫使汙泥中有機物大分子在隔絕空氣的條件下發生斷裂，從而產生可以回收利用的熱值較高的氣體、熱解溶液和碳渣。
方琳利用SiC作為介質，對新增SiC和固體殘留物的汙泥進行微波高溫熱解試驗，熱解汙泥產生的熱解液的熱值可以達到37MJ/kg以上，同時熱解液中的PAHs含量低於5.37%，可以回收利用;同時，熱解過程中產生的氣態產物的熱值可以達到9420kJ/m3，若對其收集利用，可以節約大量能源。所以，通過微波熱解汙泥不僅可以對汙泥進行減量化、無害化處理，還可以滿足對汙泥進行資源化利用的目的，使其變為能源。
Wong W T採用微波與雙氧水聯用技術對二沉池汙泥進行降解處理，控制溫度在80℃，汙泥中的COD基本完全溶解，同時，由於微波產生的熱能使汙泥的氮、磷和金屬元素等溶解於水中，後續可以通過結晶法等手段將其提取，並加以利用。通過微波與高階氧化技術聯用，可以大幅度削減汙泥的體積，並對汙泥有殺菌和滅活的作用，與此同時，還可以提取利用汙泥中包含的營養物質，極大地獲取了汙泥自身所含有的資源。
5 應用微波進行水處理監測的研究
微波輻射所產生的消解作用，使得微波技術可以在水處理監測中得以應用。採用微波消解技術通常是將試樣和酸的混合物作為發熱體，而後利用微波進行加熱。採用微波加熱的過程中，整個系統的熱量幾乎不向外擴散，所以其產生的熱效率很高，有利於試樣充分混合，從而可以迅速地對試樣進行分解。
餘丹梅利用微波消解測定水中總磷，取得了較好的效果，試驗採用鉬酸銨進行分光光度法測定，利用微波消解比傳統消解法省時，省電，並且精確度也較高;石曉雲通過微波消解法對煉油汙水中的總磷進行測定，不僅測定的效率高，對環境汙染小，而且方便操作;周錫堂通過微波消解法測定煉油汙水的化學需氧量，試驗中加入CuSO4-MgSO4為催化劑，檢測速度快，成本低，是一種經濟節約的好方法。
6 微波在汙水處理其他方面應用的研究
微波加熱無滯後效應，在進行某些物質合成時，可有效地加快反應進行的速度，可以縮短化學反應的週期。李萬捷在聚丙烯醯胺***PAM***製備反應中利用微波輻射技術，不僅加快了PAM的合成速度，並且合成的高聚物的分子量分佈相對均勻，更有利於在水處理中的應用。
在汙水處理工藝中，經常要在不同的階段投加各種不同的聚合物。由於微波加熱均勻並且熱量損失小的特性，不僅合成速度較快，熱量損失小，經濟性好，並且合成高聚物的分子量分佈也均勻，應用於水處理中可以減少投藥量，並且效率更高。所以，利用微波製備絮凝劑等藥劑對促進水處理工藝有著廣闊的發展前景。
7 結語
微波作為一種新興的工藝手段，在研究過程中還存在許多機理方面的問題，諸多現象仍然無法得到合理的解釋。但是，微波可以有效的加速化學反應，使得一些普通的化學反應速率提高几十到上百倍，還可以使得正常狀態下不能發生的反應得以發生。由於其具備的特性，可以使得其在水處理領域中具有廣闊的發展前景。利用微波與其他技術聯用對汙水及汙泥的處理在未來會有更廣闊的發展空間，隨著技術的發展，微波技術一定會在水處理領域有更多更合理的應用。
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