微波处理废水方法概论

微波处理废水方法概论摘要:本文综述了利用微波处理技术进行废水处理的几种方法,包括微波直接辐射处理法、生物脱氮+微波+双膜处理焦化废水方法及微波与催化氧化相结合的废水处理方法。同时指出利用微波技术处理废水的优缺点。关键词:微波;废水处理;优缺点中国是水资源严重短缺的国家,随着经济建设的迅速发展,环境问题的存在日益突出。因此,在发展经济的同时,环境保护与生态环境建设是我们面临的重要任务。在众多的水处理方法中,微波处理废水的方法是较新的科学技术。微波技术在食品加工、环境保护、医药生产、冶金提炼和纳米产品的研制技术等领域得到了广泛应用。在近几年中,采用微波处理废水方法取得了较大的进展,微波处理废水方法,适应性强,处理率高,尤其对污水中难降解有机物的去除具有针对性,使得微波处理废水技术日臻完善。1.微波处理方法原理微波诱导催化氧化技术（MICOP）是将高强度短脉冲微波辐射聚焦到含有某些“敏化剂”的固体催化剂床表面上，通过表面点位与微波能的强烈相互作用，将微波能转变为热能，从而选择性地升高某些表面点位的温度，当反应物与其接触时就可能发生化学催化反应〔1-2〕。微波是指为300M~300GHz的,是无线电波中一个有限频带的简称，可改变离子迁移和偶极分子转动情况，但不引起分子结构处理的改变，是非离子化的辐射能。微波电磁场能使极性分子产生高速旋转碰撞而产生热效应,从而改变体系的热力学函数,降低反应的活化能和分子的化学键强度。此外,微波还有非热效应的特点,即在微波场中的极性分子震荡能使化学键断裂。利用这些特点使得微波的技术在废水处理工艺中得到了应用。2微波处理废水技术S.Horikoshi等〔3-5〕将微波技术与光催化降解技术结合处理难降解有机污染物，其研究认为微波辐照大大促进了·OH的形成，增加了TiO2的表面活性，从而提高对有机污染物的降解效率，实验还证明单独微波辐照不能产生·OH。路建美等〔6〕在研究单体均聚与共聚反应时发现微波辐照能增加反应中的自由基数量。其认为体系中的极性分子吸收微波能后，极性键高速旋转、振荡并发生断裂，从而产生更多自由基。张耀彬〔7〕发现单独采用微波加热时，水溶液中不产生羟基自由基，这是由于微波能不足以破坏或重组化学键〔8〕；目前,微波处理废水技术方式有:微波直接辐射处理废水;生物脱氮+微波+双膜处理焦化废水方法;微波与催化氧化相结合处理废水方法等。2.1微波直接辐射处理废水技术2.1.1技术原理微波直接辐射法处理废水是指把废水直接放在微波场中照射。在通常情况下,废水中的分子呈杂乱无章的运动状态;当微波炉磁控管辐射出频率极高的微波时,微波能量场以每秒24.5亿次的速度不断地变换正负极性,分子运动发生了巨变,分子排列起来并高速运动,互相碰撞、摩擦、挤压,微波能转化为热能,从而使温度上升,达到处理目的。2.1.2实验流程水样静态微波处理时,将一定量的水样放置微波反应器中,通过调整不同的反应时间、功率大小,测试废水处理的前后效果;水样动态微波处理时,通过控制不同的水样流速,调整不同的反应时间、功率大小,测试水样处理的前后效果。张耀斌等[9]用蒽醌染料废水进行微波辐射反应,分别测试水样静态反应和动态反应中微波催化的效果。在静态实验中,调整催化剂与废水的比例,控制其反应时间,200mg/L的蒽醌染料废水脱色率达到82%。在动态连续试验中废水质量浓度为200mg/L,控制反应柱中水力停留时间,调整一定的微波功率,蒽醌染料废水的脱色率为88%左右。但对于有些染料废水直接利用微波法处理试验,效果不明显。乔俊莲等[10]利用微波法直接辐射甲基橙废水,废水的化学耗氧量(COD)为400mg/L,微波功率选择600W时,处理出水的化学耗氧量没有明显降低。2.1.3效果分析对于微波处理废水效果的不同,是由于微波对于流体中的不同物质进行了选择性分子加热。针对废水组成不同,悬浮颗粒比例差异,其微波处理的效果也不相同。叶新强、王占潮等[11]提出这种差异来源于微波的频率与分子键转动的频率相关性。当微波作用于分子上时,促进了分子的转动运动,使分子的能量提升到激发态;当分子回复到基态时.能量便以热的形态释放出来。在特定频率下,有些分子对微波有吸收,有些则不能。2.2生物脱氮+微波+双膜处理焦化废水方法2.2.1工艺流程静态加热动态加热生物脱氮+微波+双膜处理流程图2.2.2效果分析昆明焦化制气有限公司的“生物脱氮+微波+双膜”工艺处理焦化废水系统于2011年8月3日投人运行,出水水质达到工业循环冷却水处理设计规范(GBSOO50一2007)补充新水水质要求,已回用至化产循环水系统,并已作为锅炉用水使用[12].系统运行工艺水质变化分析数据如图1所示。生物脱氮+微波+双模工艺系统出水系统运行水质分析数据如表所示。生物脱氮+微波+双膜处理工艺运行参数经济效益:“生物脱氮十微波+双膜”工艺系统运行后,焦化废水得到达标处理,获得大量回用水,在钢铁联合企业焦化厂或配套干熄焦的独立焦化厂实现分级回用后,可相应减少取用新水量,产生直接经济效益;焦化废水回用后,可减免排污费,获得间接经济效益.减少CODcr、挥发酚、NH,一N、总氰化合物等污染物排放总量,大大降低了污染物对环境的污染和危害,具有十分显著的环境效益和社会效益。2.3微波与催化氧化相结合处理废水技术2.3.1方法说明常用的有微波辐射协同Fenton试剂氧化、微波与其他氧化技术结合等。催化氧化法遵循自由基氧化机理,在反应中诱发产生氧化能力极强的羟基利用羟基的强氧化活能作为引发剂诱发后续链反应,能使许多难生物降解及用一般氧化剂难以氧化的有机物氧化分解,最终将有机物彻底氧化成二氧化碳、水或矿物盐,而不产生新的污染物。2.3.2实验流程在一定量的废水中加入不同量的Fenton试剂,混合均匀后,将其置于微波反应器中,通过调整不同的反应时间、功率大小,测试废水处理的前后效果。赵景联等[13]用微波辐射Fenton试剂氧化催化降解水中的三氯乙烯,在Fenton试剂中选择一合适物质的量比,调整试剂用量及微波功率,控制反应时间,三氯乙烯的降解率可达87%,明显高于一般实验方法。王涛等[14]采用微波无机紫外光氧化反应器对印染厂二级物化处理后终端出水进行深度处理回用中试试验,将废水和氯酸钠打入反应器中,光氧化反应器问歇运行。在整个反应过程中,变化进水量、次氯酸钠投加量等参数,确定反应器的最佳运行条件。在最佳运行条件下,废水的色度去除率达100%,化学需氧量(COD)去除率达73%。连续运行1200h,出水水质稳定并达到印染厂回用的要求。2.3.3效果分析芬顿试剂是Fe2+和H2O2共同组成的氧化体系,H2O2在Fe2+的催化作用下通过链式反应产生氧化性极强的羟基自由基,是一种很强的氧化体系。微波与芬顿试剂的联合对于COD和色度的去除率均较高,说明微波对于芬顿试剂有加强作用,微波可以活化污染物质,降低了反应的活化能,使废水中的污染物更容易被降解。3微波处理废水工艺优缺点用微波技术处理废水改变了传统的废水处理方式,使废水处理方法变得更简易有效,其优点主要表现为:微波对流体中的吸波物质的物化反应具有强烈的催化作用;微波加热是对吸波物质分子直接加热,废水置于微波场中,不但温升迅速,而且微波能量非常集中,在较低温度下就能降解有机物;由于流体中吸收微波能的物质分子可将微波能转化成热能,因此不会给被处理流体带入任何新的污染物,而且节省综合耗能;用微波技术处理废水,反应时间比常规处理方法短,因此可以减少大规模水处理设施,实现了废水处理工程小型化,尤其适应了目前企业、小区的污水处理需求,能节省大量资金。尽管微波处理工艺应用于废水处理领域,在某些废水处理中也达到了很好的处理效果,但也存在着一些问题。首先微波处理工艺在废水处理中一直存在污染物去除效率低、对某种有机物去除效果好却对另一种有机物达不到处理的要求;其次是微波技术多为静态研究,连续处理较少。微波诱导催化氧化和吸附不能同时进行,很难实现整个处理过程的连续化。虽然微波技术存在不尽人意的方面,但是其在废水处理中的潜在价值和优势不容忽视。随着人们对微波技术的深入研究、不断改进,进一步拓宽微波诱导催化氧化技术的应用领域,加快该技术在污水处理领域的产业化步伐。这样将会把微波快速、高效、节能、高资源回收率、无二次污染等特点在工业废水处理中充分发挥出来,将会带来更大的环境效益、社会效益和经济效益。参考文献:［1］黄大鹏，张耀斌，王钊.微波辅助空气氧化水溶液中的PCP［J］.环境污染治理技术与设备，2006，7（12）：82-85.［2］ZhangYaobin，QuanXie，ZhaoHuimin，etal.DegradationofH-acidinaqueoussolutionbymicrowaveassistedwetairoxidationusingNi-loadedGACascatalyst［J］.JournalofEnvironmentalScience，2005，17（3）：433-436.［3］HorikoshiS，HidakaH，SerponeN.Environmentalremediationbyanintegratedmicrowave/UV-illuminationtechnique：Ⅳ.Non-thermaleffectsinthemicrowave-assisteddegradationof2，4-dichlorophen-oxyaceticacidinUV-irradiatedTiO2/H2Odispersions［J］.JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA：Chemistry，2003，159（3）：289-300.［4］HorikoshiS，SaitouA，HidakaH.Environmentalremediationbyanintegratedmicrowave/UVilluminationmethod.V.Thermalandnonthermaleffectsofmicrowaveradiationonthephotocatalystandonthephotodegradationofrhodamine-BunderUV/visradiation［J］.EnvironmentalScience&Technology，2003，37（24）：5813-5822.［5］HorikoshiS，HidakaH，SerponeN.Hydroxylradicalsinmicrowavephotocatalysis.EnhancedformationofOHradicalsprobedbyESRtechniquesinmicrowave-assistedphotocatalysisinaqueousTiO2dispersions［J］.ChemicalPhysicsLetters，2003，376（3/4）：475-480.［6］路建美，张正彪，吴健飞，等.微波辐射下均聚和共聚反应机理［J］.高分子材料科学与工程，2003，19（3）：130-132.［7］张耀彬.微波辅助湿式空气氧化水中难降解有机物的研究［D］.大连：大连理工大学，2005.［8］KubrakovaIV.Effectofmicrowaveradiationonphysicochemicalprocessesinsolutionsandheterogeneoussystems：applicationsinanalyticalchemistry［J］.JournalofAnalyticalChemistry，2000，55（12）：1113-1122.[9]张耀斌,薛大明,杨凤林,等.流动态微波催化反应器处理染料废水的工艺稳定性[J].中国环境科学,2002,22(3):235-238.[10]乔俊莲,郑广宏,徐文倩,等.微波协同活性炭法处理甲基橙废水的研究[J].水处理技术,2008,34(9):23-25.[11]叶新强、王占潮.应用前景广阔的微波处理技