微波化學(xué)污水處理技術(shù)介紹
微波化學(xué)污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)是“極性分子理論”。外加微波場(chǎng)可使這些極性分子因趨向作用而發(fā)生頻率極高的振蕩運(yùn)動(dòng)，消耗能量而發(fā)熱。在微波場(chǎng)中物質(zhì)的吸波與否和吸波強(qiáng)弱，與該物質(zhì)的電性質(zhì)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，在單位體積的物質(zhì)內(nèi)被吸收的(轉(zhuǎn)化為熱能損耗)微波功率Pa，與電場(chǎng)(磁場(chǎng))強(qiáng)度E、物質(zhì)的損耗角正切tgδ和頻率f成正比關(guān)系。物質(zhì)在微波場(chǎng)中吸收的微波能全部轉(zhuǎn)化為熱能，所以Pa即為單位時(shí)間內(nèi)在單位體積物質(zhì)中產(chǎn)生的能量。tgδ值與該物質(zhì)的介電常數(shù)、介電損耗相關(guān)的量，而物質(zhì)的介電常數(shù)、介電損耗又與該物質(zhì)當(dāng)時(shí)的其它多種因素相關(guān)。
根據(jù)此“極性分子理論”，微波不僅可以加快化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下也能抑制反應(yīng)的進(jìn)行。除此之外，微波還可以改變反應(yīng)的途徑。微波對(duì)化學(xué)反應(yīng)的作用除了對(duì)反應(yīng)加熱引起反應(yīng)速率改變以外，還具有電磁場(chǎng)對(duì)反應(yīng)分子間行為的直接作用而引起的所謂“非熱效應(yīng)”。微波對(duì)反應(yīng)的作用程度除了與反應(yīng)類(lèi)型有關(guān)外，還與微波的強(qiáng)度、頻率、調(diào)制方式及環(huán)境條件有關(guān)。此外，由于化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)非平衡系統(tǒng)，舊的物質(zhì)在不斷消耗，新的物質(zhì)在不斷生成，各界面可能發(fā)生隨機(jī)的變化;與此同時(shí)系統(tǒng)的宏觀電磁特性也在發(fā)生變化，而且在微波輻射下這種變化還與所用的微波緊密相關(guān)。
然而，許多有機(jī)化合物都不直接明顯地吸收微波，但可以利用某種強(qiáng)烈吸收微波的“敏化劑”把微波能傳給這些物質(zhì)而誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)。利用這些“敏化劑”就可以在微波輻射下實(shí)現(xiàn)某些催化反應(yīng)，這就是所謂微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)。高強(qiáng)度連續(xù)微波輻射聚焦到某種“敏化劑”的表面，由于“敏化劑”表面點(diǎn)位與微波能的強(qiáng)烈相互作用，微波能將被轉(zhuǎn)變成熱能，從而使某些表面點(diǎn)位選擇性的被很快加熱至很高溫度(例如很容易超過(guò)1400℃)。盡管反應(yīng)其中的水沒(méi)有明顯升溫，但已產(chǎn)生高溫高壓的作用，當(dāng)水中的有機(jī)污染物與受激發(fā)的表面點(diǎn)位接觸時(shí)卻可發(fā)生反應(yīng)。“敏化劑”的作用不僅僅在于把熱能聚焦，而且還可以借它與反應(yīng)物和產(chǎn)物相互作用的選擇性而影響反應(yīng)的進(jìn)程。微波化學(xué)污水處理技術(shù)就是利用微波對(duì)化學(xué)反應(yīng)的這些作用，對(duì)水中的污染物通過(guò)物理及化學(xué)作用進(jìn)行降解、轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)污水凈化的目的。
微波是指波長(zhǎng)為1mm～1m，頻率為300MHz～300000MHz的電磁波，由于微波的頻率很高，所以亦稱(chēng)為超高頻電磁波。微波頻段的具體劃分見(jiàn)表1-1。
表1-1. 微波頻段范圍
|
頻率范圍／ MHz |
波段 |
中心波長(zhǎng)／ m |
常用主頻率／ MHz |
波長(zhǎng)／ m |
|
890 ～ 940 |
L |
0.330 |
915 |
0.328 |
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2400 ～ 2500 |
S |
0.122 |
2450 |
0.122 |
|
5725 ～ 5875 |
C |
0.052 |
5800 |
0.052 |
|
22000 ～ 22250 |
K |
0.014 |
22125 |
0.014 |
目前只有915MHz和2450MHz被廣泛應(yīng)用，在較高的兩個(gè)頻段還沒(méi)有合適的大功率工業(yè)設(shè)備。2005年，我公司的第三代換代產(chǎn)品突破性地采用了脈沖微波，較第二代設(shè)備而言，單機(jī)電機(jī)功率由原來(lái)的20kw降至0.5kw，峰值功率由原來(lái)的17kw大幅提升至417kw，大大降低了電耗，這不得不說(shuō)是一項(xiàng)歷史性的突破。
微波化學(xué)污水處理技術(shù)在水處理領(lǐng)域內(nèi)不是萬(wàn)能的，也不是唯一的方法，但因其可靠性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性、突破性、廣譜性和高效性等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以作為首選的水處理方法，它有其他傳統(tǒng)的水處理方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：
1、工藝流程短，絮凝沉淀速度快，占地面積小。用微波化學(xué)污水處理技術(shù)日處理2400噸水的工程，總占地面積不到300m2，其中微波能水處理機(jī)組設(shè)備僅占地64 m2，約為普通活性污泥法處理工藝的1/6—1/10(傳統(tǒng)方法總占地面積大于2000m2)。
殺菌滅藻能力強(qiáng)。微波對(duì)菌、藻類(lèi)有高頻穿透作用，殺傷能力極強(qiáng)，在短時(shí)間內(nèi)殺滅微生物，有很強(qiáng)的殺菌滅藻功能，其中藍(lán)藻在微波場(chǎng)中只需非常短的時(shí)間即由微細(xì)粒匯聚呈大顆粒變黃沉降與水分離。
2、適應(yīng)性強(qiáng)，處理效率高。微波化學(xué)污水處理技術(shù)可廣泛應(yīng)用于市政污水、工業(yè)廢水、小區(qū)中水回用等行業(yè)的水處理，可以作為任何工藝的一部分進(jìn)行應(yīng)用處理。微波化學(xué)污水處理技術(shù)可實(shí)現(xiàn)污水的持續(xù)再利用，出水可達(dá)標(biāo)排放或再利用。 3、該機(jī)組設(shè)備在運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)即開(kāi)即停。由于該工藝的特殊性，在操作過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)開(kāi)機(jī)停機(jī)，并且不影響出水效果，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單快捷。
4、實(shí)現(xiàn)工程小型分散化、設(shè)備化。當(dāng)前的污水處理工程提倡向小型分散化和設(shè)備化發(fā)展，直接堵住污染源頭，省掉城市建設(shè)中埋設(shè)龐大的地下長(zhǎng)距離排污管道網(wǎng)。目前常規(guī)的污水處理工藝不但占地面積大，而且還需要建設(shè)龐大的市政排污管網(wǎng)工程，這樣就要投入大量的資金，也為社會(huì)、國(guó)家以及城市建設(shè)埋下了巨大的隱患。微波化學(xué)污水處理技術(shù)無(wú)疑就是實(shí)現(xiàn)工程小型分散化、設(shè)備化最佳的選擇，同其他水處理的成套設(shè)備相比有很大的優(yōu)勢(shì)。
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