微波輻照技術的工藝特性及其在水處理中的應用探究

摘 要：微波技術具有成本低、反應迅速等優(yōu)勢，因此國內(nèi)外都對其展開了深入的研究。目前微波輻照技術已逐漸應用到了土壤污染處理、聚合物合成、污水處理等多個領域。文中將對微波輻照這一技術的工藝特性進行分析，然后重點探究它在污水處理中的應用。

關鍵詞：微波輻照技術；工藝特性；水處理

隨著社會的發(fā)展，人們對水污染問題的關注度越來越高，隨著水處理工藝開發(fā)的深入，微波輻照技術得以在污水處理中應用。實踐證明微波處理具迅速、高效、小型化、分散化、無二次污染等優(yōu)勢，對這一技術的深入研究有重要的現(xiàn)實意義。

1 微波輻照技術的工藝特性

微波輻照可以使分子儲存大量的能量，通過熵或焓效應使分子的排列得到改變，進而使活化自由能得到降低，微波的作用主要體現(xiàn)在非熱效應與熱效應兩個方面。與傳統(tǒng)的加熱方法相比，微波輻照具有較大的優(yōu)勢，這是因為在輻照過程中電磁能量能夠被輻射到物體的內(nèi)部，這種情況下物體的內(nèi)外可以在同一時間加熱，從而保證物體受熱的均勻性，提高熱利用率。在水處理中，微波輻照會引發(fā)生物、化學與物理三方面的效應，使流體的壓力與溫度能夠有所提升，以促進穿透作用、吸收作用、凝聚作用、反射作用與穿透作用等理化反應的發(fā)生。其優(yōu)點在于省時高效、高礦化度、高去除率、氧化快、操作簡便、無二次污染等。

2 微波輻照技術在水處理中的應用

2.1 直接輻照法

直接輻照法可以用于對含油廢水、氨氮廢水等污水的處理。有研究對500毫升60%含水量的乳液進行輻照處理，九分鐘后破乳率為90%，油層物質(zhì)中的含水量降低到12.1%，可以說破乳效果較為顯著。這是因為在輻照下，乳液的溫度逐漸上升，而粘度卻呈現(xiàn)下降的趨勢，因此分散介質(zhì)可以快速從分散相中分離，同時在微波場中成高頻率旋轉(zhuǎn)的中極性分析會引發(fā)電中和，從而對乳液界面中的雙電層造成破壞。在對氨氮廢水進行處理時需要考慮兩個關鍵性的問題，一是酸堿度，二是微波作用的時間，這兩個因素對去除率的大小有著重要的影響。在微波輻照的熱效應下，氨氮物質(zhì)能夠迅速蒸發(fā)，且不會在蒸發(fā)去除的過程中產(chǎn)生二氧化氮等具有污染性的物質(zhì)。

2.2 輔助氧化技術

微波輔助氧化可用于對含有較多化學物質(zhì)的污水的處理，微波可以對Fenton法、CIO2催化反應等氧化方法進行強化，從而提高污水中COD去除率。例如，有研究中使用微波輻照技術輔助Fenton法對只要污水進行處理，廢水中原COD水平達到49912.5ml/L，BOD5/COD的值為0.16，處理后結(jié)果顯示，COD的去除率超過55%，而BOD5/COD的值上升到了0.47。研究認為酸堿度值的變化會對COD去除率產(chǎn)生一定的影響，對20ml含有硫酸鐵的污水進行實驗，結(jié)果如圖1所示，當酸堿度為3時，COD去除率達到最高值，當酸堿度較低時，水中會有較多氫離子存在，此時三價的鐵離子無法轉(zhuǎn)化為二價的鐵離子，進而阻礙了催化反應的發(fā)生；而當酸堿值過高時，羥基自由基的形成會受到抑制，溶液中會形成氫氧化鐵固體，因而也無法完成催化。除此之外，影響COD去除率的因素還包括過氧化氫的濃度、微波功率大小、輻照時間、污水中離子的類型與濃度等。

2.3 誘導催化技術

有時催化劑或者微波都難以對含有有機污染物的污水進行徹底的處理，很多有機污染物難以得到降解或者無法完全降解。單靠催化劑無法使污染物完全礦化，而單純使用微波也無法是其被水吸收，有研究提出在污水中加入敏化劑后，再使用微波進行誘導與催化，能夠有效的提高污水處理的效率?；钚蕴?、鉻渣、碳化硅等敏化劑在水中能夠起到轉(zhuǎn)化的作用，即促使微波能將熱能轉(zhuǎn)化，這種情況下對污水進行加熱是具有選擇性的，當表面點位達到一定的溫度時，有機污染物就會發(fā)生化學反應，從而得到降解。有研究在對水中的活性嫩黃進行處理時，選擇以沸石與Fe2O3兩種物質(zhì)為催化劑，將6g催化劑放于含有100mg活性嫩黃的2L廢水中，然后對其予以四分鐘的輻照，功率設為900W，最終達到了97%的處理率。

2.4 對水吸附劑的處理

在鍋爐或者其它場所的生產(chǎn)活動中對廢水進行清洗處理時通常會選擇使用活性炭等吸附劑，但是有時吸附劑的作用并不明顯，為了提高對廢水清洗的效率，可以使用微波輻照技術對吸附劑進行再生、改性或者合成處理，且這種處理不會對吸附劑本身的功能造成較大的影響。有研究使用微波輻照對活性炭的能力予以再生，并將其應用于廢水處理，在廢水中加入0.8g的無吸附效用的活性炭，對其予以三分鐘的微波輻照，功率設置為464W，輻照結(jié)束后，活性炭的再生恢復率達到96.81%，水中COD物質(zhì)的去除率為78.05%，COD水平每升不超過100mg，這些數(shù)據(jù)符合《污水綜合排放標準》中的要求。

另有研究使用微波輻照技術對Fe2（SO4）3混凝劑進行改性處理，然后將其用于偶氮染料廢水的處理，當酸堿度為7時，對加入600mg/L混凝劑的污水進行五分鐘的輻照處理，功率設置為539W，結(jié)果顯示甲基橙物質(zhì)的脫色率能夠達到95.5%。這種脫色處理發(fā)生的原因是在微波的作用下，電磁場的頻率會有較大幅度的升高，在這種情況下，極性分子會發(fā)生高速的轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動會對在絮凝劑作用下產(chǎn)生的雙電離層產(chǎn)生破壞，較小的絮凝體會迅速進行結(jié)合，最終使絮體在短時間內(nèi)發(fā)生沉降。

3 結(jié)束語

輻照技術在水處理中的應用極為廣泛，它既可以直接用于對污水的處理，也可以作輔助或者誘導，幫助提高水處理的效率，與普通的處理技術相比，輻照技術具有較多的優(yōu)勢，它更便于控制與調(diào)整，能夠適用于多種類型污水的處理，因此該技術具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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作者簡介：方超（1985-），南通大學，助理工程師，研究方向：環(huán)境工程（水處理）。