微波水处理技术

微波技术处理焦化废水的作用机理
物质发生化学反应的前提是分子必须发生有效碰撞和反应物分子 具备足够大的能量。由于相互碰撞的分子价电子云之间存在强烈的静 电排斥力，只有能量足够大的分子在碰撞时才能以能量足够大的动能 克服价电子云之间的排斥力。在微波对其吸波物质穿透振荡时，有效 地减少相互碰撞的分子价电子云的静电排斥力，从而克服价电子云之 间的排斥力，使原有化学键的断裂和新化学键的形成获得强大的外能 量作用。微波可使分子平均能量升高，在所有分子普遍获得能量的基 础上，更多的分子成为活性分子，这就增加了活性分子的百分数，使 单位时间内有效碰撞次数显著增加。介质通过微波场，可以提高分子 碰撞的概率，增加分子的碰撞能量和碰撞时间，改变分子能量的类型 和碰撞的方位，从而加快化学反应速度。
两种方法有何缺陷呢？
具体实例介绍
微波技术深度处理焦化废水
昆钢煤焦化有限公司安宁分公司硝化-反硝化污水处理系统 （A-A-0 工 艺系统） 于 2001 年 10月建成投产， 系统处理后的出水挥发酚、 氰 化物、氨氮等污染物指标均优于国家标准， 但出水色度较高， COD 平均浓度指标接近国标临界值， 未能达到生产回用的水质要求。 每 年经 A-A-0 工艺处理外排的焦化废水约为 2×106m3， 对环境水体造 成一定污染。 为此， 昆钢开发了微波技术处理焦化生化出水工艺系 统， 处理后的焦化废水全部在昆钢内回用， 实现了焦化生产废水 “零排放”
微波-活性炭联用对焦化废水中氨 氮和COD的同时去除研究
采用动态循环系统，反应器中加入一定量活性炭，并保持 其中的水量为100 mL，进水流量为12 mL/min，同时向水中曝气， 曝气量为1 L/min。原水在反应器中的水力停留时间约为8 min， 通过溢流的方式出水。待微波处理10 min后于取样口开始取样， 进行NH3一N和COD浓度的连续测定。
微波作用的非热效应机理 微波的热效应己被广泛地应用于各个领域，在水处理方面也 有颇多实例。但也有研究表明，微波作用有时比起传统的加热 方式并没有产生更好的效果在一些化学反应中增加了副反应的 发生，而针对某些反应微波起到了明显的加强作用。因此，诸 多现象说明微波辐照作用不仅具有众所周知的“热效应”，也 存在着鲜为人知的“非热效应”，即微波作用的选择性、不均 一的能量效应
试验流程
微波-Fenton预处理抗生素 废水
本文对间歇式微波一enton法预处理抗生素废水进行了实验研究， 选择了COD和可生化性作为本次实验的主要水质指标，分析了单因 素下微波功率、初始pH、反应时间、七水合硫酸亚铁投加量、双 氧水投加量和微波辐照时间对COD去除率和可生化性的影响。结果 表明，对于COD为22000mg/L的高浓度抗生素废水，采用微波一 fenton技术可以使废水COD去除率达到27.33%，可生化性从0.12提 高至0.419，废水的可生化性明显升高。
对于 NH3-N 的去除，不加活性炭时去除率可达 81． 2% ， 随着活性炭用量的增加处理效果呈下降趋势，其原因主要 有两点: 一是活性炭浮在废水表面，阻碍了氨气的逸出; 二 是由于活性炭会暂时性吸附水中的 NH3-N，导致 NH3-N 难 以去除
试验结果表明:随着微波功率的增加，NH3 去除 率显著上升，此结果与己有的研究结果一致。同时， COD的去除率也逐渐上升。这是因为随着微波功率的 提高，活性炭表面的“热点”数量会相应增加，有 利于有机污染物的高温降解。当微波功率为560 W时， 生化外排水同时脱氮除COD的效果均达到最佳值。选 择560 W为微波辐射的最佳功率。
微波的热Байду номын сангаас应
离子传导机理:离子传导是电磁场中可离解离子的 导电移动，离子移动形成电流，由于介质对离子的阻 碍而产生热效应。溶液中所有的离子起导电作用，但 作用大小与介质中离子的浓度和迁移率有关。因此， 离子迁移产生的微波能量损失取决于离子的电荷量、 大小和导电性，并受溶液分子与离子之间相互作用的 影响。
活性炭吸附法
处理污水中的有机污染物常用的一种方法是活 性炭吸附法，但吸附后的活性炭表面有机物却难以 处理。研究表明:利用微波加热解吸可消解污水中 的有机物。活性炭吸附法是指先将污染物吸附到活 性炭表面，然后将活性炭滤出，置于微波场中辐射， 使污染物降解，同时使活性炭再生并有利于有机物 的消解和回收利用。
微波是一种高频电磁波，波长范围在1mm-1m之间，频率 0.3GHz-300GHz。具有许多类似光的特性，比如在空气中以光 速沿直线传播，地球同步轨道高度大约36000公里，微波1/8秒 即可到达，几乎没有时间延迟。 微波武器主要由高功率发射机，大型高增益天线和瞄准， 跟踪，控制等系统组成。微波能量密度达到0.01微瓦/平方厘 米，-1微瓦/平方厘米时，可使相应波段雷达瘫痪，达到10瓦/ 平方厘米--100瓦/平方厘米时，可烧毁任何此波段的电子元器 件。并且还可以无视防御和装甲直接杀死内部的工作人员。 微波武器可用于攻击卫星、弹道导弹，巡航导弹、飞机、 舰艇、坦克、通信系统以及雷达、计算机设备，尤其是指挥 通信枢钮、作战联络网等重要的信息战的节点和部位。使目 标遭受物理性破坏，并丧失作战效能，其破坏的程度达到不 能修复的程度。
偶极子转动机理:当物质被置于微波场中，物质中 的微观粒子可产生四种类型的极化，即电子极化、原 子极化、界面极化和偶极转向极化，其中对于物质的 加热偶极转向极化起主导作用。 微波辐照液体发生化学反应时，由于液体分子内 电荷分散于两端，正负电荷的分布不均使液体分子产 生瞬间偶极，瞬间偶极影响着液体分子的极性，液体 分子的极性又影响着化学反应过程中系统温度的上升 程度及速率。当微波辐照反应系统时，溶剂分子吸收 微波提供的能量，无规则运动加剧，液体温度随即升 高，系统中物质和混合速度和反应速度也因此而加快。
微波水处理技术
成员：陈欣宇 毛斌
微波
微波是指波长在1mm～ 1000mm、频率在300MHz～ 300GHz 范围之间的电磁波,因为它的波长与长波、中波与短波相比来 说,要“微小”得多,所以它也就得名为“微波“了。微波有 着不同于其他波段的重要特点,它自被人类发现以来,就不断 地得到发展和应用。19世纪末,人们已经知道了超高频的许多 特性,赫兹用火花振荡器得到了微波信号,并对其进行了研究。 但赫兹本人并没有想到将这种电磁波用于通信,他的实验仅证 实了麦克斯韦的一个预言———电磁波的存在。
微波的发展
第二次世界大战后,微波技术进一步迅速发展,不仅系统研究了 微波技术的传输理论,而且向着多方面的应用发展,并且一直 在不断地完善。 我国开始研究和利用微波技术是在20世纪70年代初期,首先是 在连续微波磁控管的研制方面取得重大进展,特别是大功率磁 控管的研制成功,为微波技术的应用提供了先决条件。20世 纪80年代,我国开始生产微波炉,到目前为止,已经发展有家用 微波炉、工业微波炉等系列产品,产品质量接近或达到世界先 进水平。随着科学技术的迅猛发展,微波技术的研究向着更高 频段———毫米波段和亚毫米波段发展。
直接辐射法
直接辐照法是指把废水直接放在微波场中照射。使 用微波辐射技术，建立了邻苯二甲酸二辛醋生产废水 处理工艺。在微波辐射功率为5OOW，辐射处理5 min 的工艺条件下，废水的COD由648mg/L降至70.1 mg/L, COD去除率为89.2%，废水的pH对处理效果几乎没有影 响。
林莉等分别以中等浓度氨氮的焦化生化处理外排 水和含高浓度氨氮的焦化蒸氨废水为处理对象，采用 微波技术进行脱氮处理研究。结果表明:对于初始浓度 为331 mg/L的生化外排水，当pH值11时，微波处理 3min后氨氮浓度降为6mg/L;对于初始浓度为1350mg/L 的高浓度蒸氨废水，当pH值为11时，微波处理5 min 后氨氮浓度降至54mg/L。该研究为中高浓度氨氮废水 处理提供了新思路。 Satoshi Horikoshi等采用微波技术降解经Ti02悬浮 液光降解后的罗丹明一B染料。由于微波辐照大大加 快了反应过程中形成轻基游离基，提高了Ti02的表面 活性，从而促进了对罗丹明一B染料的降解效率。
微波在水处理中的应用
穿透性 选择性加热 物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损 耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质 不同，产生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。 而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此，对于食品来说，含水量的多 少对微波加热效果影响很大。 热惯性小 微波对介质材料是瞬时加热升温，升温速度快。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变， 不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。 似光性和似声性 非电离性 微波的量子能量还不够大，不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键（部分物质除外：如微波可对废弃橡 胶进行再生，就是通过微波改变废弃橡胶的分子键）。再有物理学之道，分子原子核在外加电磁场的周期力作用下所 呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。另一方 面，利用这一特性，还可以制作许多微波器件 信息性
可见，随着微波辐射时间的延长，水样 的NH3 —N和COD的去除率逐渐上升，但上 升幅度不大。当微波时间为5 min时，COD 和NH3 —N去除率分别达到52.7%和57.6%， 再增加微波辐射时间，处理效果相差不大。