微波能污水、污泥處理技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用

巨寶慶

（蘭州新區(qū)綜合保稅區(qū)管理委員會(huì)，甘肅 蘭州 730000）

微波能污水、污泥處理技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用

巨寶慶

（蘭州新區(qū)綜合保稅區(qū)管理委員會(huì)，甘肅 蘭州 730000）

微波能污水處理技術(shù)是一種簡(jiǎn)單有效的污水處理技術(shù)，通過利用微波選擇性地加熱流體中的物質(zhì)，受微波場(chǎng)的影響流體中固相微粒子會(huì)快速從水中分離出來，并產(chǎn)生沉降，進(jìn)而達(dá)到污水處理的目的。以實(shí)際工程為例，首先對(duì)微波能處理水污染的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，然后對(duì)微波能污水、污泥處理技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，最后分析了微波能處理污水的效果。

微波能；污水污泥處理；生活污水處理

1 概述

某污水處理廠生活污水裝置建于1996年，處理污水規(guī)模為400 t/h，此裝置使用生物化學(xué)和物理化學(xué)的方法，通過利用沉砂池、曝氣池、生物濾池、二沉池等處理設(shè)施將水中的有害污染物除去，污水經(jīng)過處理后可以達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足公司節(jié)能減排的要求，污水處理廠用微波能污水處理技術(shù)對(duì)二沉池出水進(jìn)行處理，污水經(jīng)過處理后水質(zhì)滿足了規(guī)定要求，并且節(jié)省了水資源。

2 微波能處理水污染的原理

2.1 微波簡(jiǎn)介

微波波長(zhǎng)是0.001～1m，頻率為300～300000MHz，屬于超高頻電磁波，其波動(dòng)特性主要包括反射、透射、干涉、衍射、偏振及能量傳遞等，通常從物體接收微波的能力按照物質(zhì)來分，可劃分為微波導(dǎo)體、微波吸收體、微波絕緣體。其中，微波導(dǎo)體主要是非極性分子構(gòu)成的物質(zhì)，不可以吸收微波但可以傳導(dǎo)微波；微波絕緣體主要是金屬物質(zhì)，既不可以吸收微波也不可以傳導(dǎo)微波；微波吸收體主要是極性分子構(gòu)成的物質(zhì)，可以吸收和傳導(dǎo)微波，如水就是一個(gè)典型的微波吸收體物質(zhì)，水的組成成分是水分子，水分子通過兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子以104°45’鍵角的H—O鍵構(gòu)成，水分子的非直線形結(jié)構(gòu)使得水分子正負(fù)極分開，進(jìn)而構(gòu)成了微觀上的偶極矩，是一種極性很強(qiáng)的分子結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，水分子的直徑和分子間距幾乎相差不大，直徑范圍是1.9×10-10～2.3×10-10m，水分子極化的時(shí)間和微波運(yùn)行周期相同，這將會(huì)使水分子的偶極矩在微波場(chǎng)的作用下很容易由最初的熱運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡S微波電磁場(chǎng)作用的高頻交變的排列取向運(yùn)動(dòng)。例如，2 450 MHz的微波場(chǎng)中水分子做高頻交變?nèi)∠蜻\(yùn)動(dòng)的頻率為24.5億次/秒，由于水分子間相互劇烈磨擦、碰撞使得物質(zhì)之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)變和能量傳遞，此時(shí)微波能量會(huì)急速轉(zhuǎn)變成水分子的內(nèi)能，在外表現(xiàn)出的就是水對(duì)微波的高吸收效應(yīng)。

2.2 微波處理污水作用機(jī)理

（1）微波能處理污水時(shí)，由于污水主要成分是強(qiáng)極性的水分子，屬于良好的微波吸收體。高頻交變的微波電磁場(chǎng)作用于整個(gè)體系中的極性水分子，使其偶極矩以很高的運(yùn)動(dòng)頻率迅速轉(zhuǎn)動(dòng)、碰撞，使整個(gè)體系內(nèi)部形成了高速的能量轉(zhuǎn)變和能量傳遞，體系中的各類分子，如強(qiáng)極性污染物分子、弱極性污染物分子、非極性污染物分子等，不斷吸收微波能進(jìn)而產(chǎn)生能級(jí)躍遷，使那些不穩(wěn)定狀態(tài)的高能級(jí)不斷降低該反應(yīng)的活化能，使污水處理體系在的各類化學(xué)反應(yīng)速率加快。在利用微波能處理污水過程中，整個(gè)污水處理體系中的各類水分子均在高頻交變微波電磁場(chǎng)力的作用下主動(dòng)或被動(dòng)迅速進(jìn)行高頻交變的取向運(yùn)動(dòng)，加大了反應(yīng)體系的混亂度。同時(shí)，由于各物質(zhì)分子在反應(yīng)過程中隨著碰撞、摩擦的發(fā)生均直接（或間接）進(jìn)行了能量轉(zhuǎn)換，將微波能不斷轉(zhuǎn)換為物質(zhì)本身的內(nèi)能，進(jìn)而加大了整個(gè)反應(yīng)體系的熵值，促使那些無法自發(fā)反應(yīng)的反應(yīng)開始進(jìn)行。

（2）微波可以促進(jìn)誘導(dǎo)催化反應(yīng)。微波吸收體屬于“敏化劑”，微波作用下可以促使“敏化劑”的局部位點(diǎn)轉(zhuǎn)化為活化中心，成為催化劑或催化劑載體，促進(jìn)微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)[1]。

（3）微波可以殺死污水細(xì)菌。高頻交變微波電磁場(chǎng)中帶電菌體在反應(yīng)體系內(nèi)將會(huì)形成高速運(yùn)動(dòng)離子流，加速各種摩擦、碰撞反應(yīng)，促使菌體空間結(jié)構(gòu)變化，蛋白質(zhì)變性進(jìn)而失去活性；同時(shí)還會(huì)使細(xì)菌、病原體的排列聚合狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生變化，且微波電磁場(chǎng)的離子流會(huì)改變細(xì)菌細(xì)胞膜周圍電荷的排布，使膜屏障作用損壞，減弱Na-K泵的作用，形成膜功能障礙，進(jìn)而使細(xì)胞正常新陳代謝功能損壞，造成細(xì)菌生長(zhǎng)抑制、終止甚至死亡。

3 微波能在污水處理中的應(yīng)用

3.1 污水處理工藝流程

污水處理工藝流程如圖1所示。本廠處理的污水均由二沉池出水而來，通過污水管線自動(dòng)流入生活污水調(diào)節(jié)池，經(jīng)過經(jīng)污水提升泵將污水提高流入混凝反應(yīng)池1#并加放敏化劑，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)后流入相鄰的混凝反應(yīng)池2#后流進(jìn)混凝反應(yīng)池3#，加放聚合鐵，待反應(yīng)完全后分成五部分依次進(jìn)入5臺(tái)微波反應(yīng)器處理，待處理完成后經(jīng)三路出水流入3座沉淀過濾一體機(jī)內(nèi)，待完成沉淀過濾后流入清水池，經(jīng)過化驗(yàn)室化驗(yàn)達(dá)標(biāo)后借助回用水泵施壓提升到各用水點(diǎn)位置，依次作為循環(huán)水補(bǔ)水或綠化用水[2]。經(jīng)過沉降過濾一體機(jī)排出的污泥將流入污泥池，通過污泥泵運(yùn)輸至污泥處理的濃縮罐，借助離心機(jī)脫水后泥渣運(yùn)往渣場(chǎng)進(jìn)行填埋處理。

圖1 生活污水深度處理裝置工藝流程圖

3.2 微波發(fā)生器開啟數(shù)量

微波發(fā)生器運(yùn)行效果和生活污水深度處理裝置的進(jìn)水量多少有著重要的關(guān)系，而微波發(fā)生器的平穩(wěn)運(yùn)行效果直接關(guān)系到回用水的質(zhì)量。因此為保障微波發(fā)生器可以正常平穩(wěn)地運(yùn)行，需充分結(jié)合來水量多少實(shí)時(shí)調(diào)控微波發(fā)生器的開啟數(shù)量。為充分把握每天來水量的變化情況，對(duì)一周內(nèi)每隔2 h進(jìn)行水量記錄統(tǒng)計(jì)，對(duì)一周不同時(shí)段的平均來水量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形繪制，得出變化趨勢(shì)如圖2所示。由圖2可知，每天不同時(shí)段的平均來水量有一定的波動(dòng)，其中白天最高來水量可達(dá)357 t/h，在凌晨2點(diǎn)后下降至最低，為100 t/h以下。因此通過來水量的大小實(shí)時(shí)調(diào)控微波發(fā)生器的開啟數(shù)量，可以有效保障污水處理效果，同時(shí)降低對(duì)設(shè)備的損壞，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。微波發(fā)生器功率為1 000 W，在將含水率為80%的污泥處理到30%時(shí)，能耗為929 W·h/t,成本為每處理1t污泥650元（0.7元/千瓦時(shí)）。有關(guān)部門按照微波發(fā)生器80t/h的處理量對(duì)來水量范圍和微波發(fā)生器開啟數(shù)量進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定：當(dāng)來水量小于80 t/h時(shí)，不開啟微波發(fā)生器；當(dāng)來水量為80～160 t/h時(shí)，開啟1臺(tái)微波發(fā)生器；當(dāng)來水量為160～240 t/h時(shí)，開啟2臺(tái)微波發(fā)生器；當(dāng)來水量為240～320 t/h時(shí)，開啟3臺(tái)微波發(fā)生器；當(dāng)來水量大于320 t/h時(shí)，開啟4臺(tái)微波發(fā)生器。通過對(duì)該項(xiàng)規(guī)定的嚴(yán)格執(zhí)行，使得微波發(fā)生器跳停次數(shù)大大減少，提升了微波發(fā)生器的平穩(wěn)運(yùn)行率。

圖2 一周內(nèi)不同時(shí)段平均來水量變化曲線

3.3 藥劑投放

微波發(fā)生器的污水處理效果與藥劑投放量的多少有密切關(guān)系。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)最佳的污水處理效果，混凝池1#和3#內(nèi)部的最佳pH值應(yīng)把控在10.5～11.5和7.0～7.5。由此發(fā)現(xiàn)，混凝池pH值調(diào)控范圍很小，故污水處理時(shí)操作人員需嚴(yán)格按照在線pH值儀器顯示的pH值，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)兩種藥劑的投放量，盡可能微調(diào)，保障混凝池內(nèi)污水pH值滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 沉降過濾一體機(jī)排泥處理

污水深度處理裝置出水SS含量和沉降過濾一體機(jī)排泥頻次有著密切關(guān)系。通過試驗(yàn)，整理沉降過濾一體機(jī)出水SS含量和排泥間隔時(shí)間的關(guān)系見表1。由表1可知，不是排泥頻次越高，出水SS含量越小。由于污泥沉降需要一定周期，排泥頻次越高，導(dǎo)致污泥沉降效果越低，出水SS含量越大，引起出水SS超標(biāo)。此外，伴隨排泥間隔時(shí)間的增大，出水SS含量也在不斷增加，這是因排泥頻次減小，使得池體內(nèi)污泥沉降的積累量大量增多，對(duì)沉降過濾一體機(jī)的污泥處理造成影響。由試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，出水SS含量最低的最佳排泥頻次是4h/次。

表1 沉降過濾一體機(jī)排泥出水SS含量和時(shí)間間隔的關(guān)系

4 微波處理污水效果

收集2015年3—12月期間經(jīng)過生活污水深度處理裝置的進(jìn)出口水的COD和SS的平均含量值，計(jì)算分析污染物去除率。計(jì)算得到：通過深度處理裝置處理的污水中COD去除率范圍是58.7%～69.2%，SS去除率范圍是63.3%～70.4%，處理后的污水COD和SS的平均含量分別為18.5 mg/L和10.2 mg/L，水質(zhì)符合回用需求。圖3和圖4是2015年3～12月生活污水深度處理的進(jìn)出水COD和SS比較，由圖可以發(fā)現(xiàn)，生活污水深度處理裝置處理后的污水中污染物可以有效除去。

圖3 深度處理裝置進(jìn)出口COD含量比較

圖4 深度處理裝置進(jìn)出口SS含量比較

5 結(jié)語

綜上所述，使用微波技術(shù)在處理生活污水方面有良好的處理效果，經(jīng)過處理后污水COD去除率達(dá)到了58.7%，SS平均去除率達(dá)到了63.3%。在處理污水過程中，開啟微波發(fā)生器會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性以及處理效果造成影響，因此要根據(jù)水量及時(shí)對(duì)微波發(fā)生器的開啟臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

[1]王劍紅，嚴(yán)蓮荷，周申范，等.微波技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2003，23(4)：18-22.

[2]李黨生，丁杭軍.微波技術(shù)在分析檢驗(yàn)與污染治理中的應(yīng)用[J].安全與環(huán)境工程，2003，10(3)：42-45.

[3]李宏訓(xùn).微波能污水處理技術(shù)簡(jiǎn)介[J].北京水利，2004(2)：58-59.

X703

B

1009-7716（2017）04-0113-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.033

2016-12-07

巨寶慶（1972-），男，甘肅蘭州人，高級(jí)工程師，從事蘭州新區(qū)綜合保稅區(qū)管理委員會(huì)工作。