微波辐照技术的工艺特性及其在水处理中的应用探究

摘 要：微波技术具有成本低、反应迅速等优势，因此国内外都对其展开了深入的研究。目前微波辐照技术已逐渐应用到了土壤污染处理、聚合物合成、污水处理等多个领域。文中将对微波辐照这一技术的工艺特性进行分析，然后重点探究它在污水处理中的应用。

关键词：微波辐照技术；工艺特性；水处理

随着社会的发展，人们对水污染问题的关注度越来越高，随着水处理工艺开发的深入，微波辐照技术得以在污水处理中应用。实践证明微波处理具迅速、高效、小型化、分散化、无二次污染等优势，对这一技术的深入研究有重要的现实意义。

1 微波辐照技术的工艺特性

微波辐照可以使分子储存大量的能量，通过熵或焓效应使分子的排列得到改变，进而使活化自由能得到降低，微波的作用主要体现在非热效应与热效应两个方面。与传统的加热方法相比，微波辐照具有较大的优势，这是因为在辐照过程中电磁能量能够被辐射到物体的内部，这种情况下物体的内外可以在同一时间加热，从而保证物体受热的均匀性，提高热利用率。在水处理中，微波辐照会引发生物、化学与物理三方面的效应，使流体的压力与温度能够有所提升，以促进穿透作用、吸收作用、凝聚作用、反射作用与穿透作用等理化反应的发生。其优点在于省时高效、高矿化度、高去除率、氧化快、操作简便、无二次污染等。

2 微波辐照技术在水处理中的应用

2.1 直接辐照法

直接辐照法可以用于对含油废水、氨氮废水等污水的处理。有研究对500毫升60%含水量的乳液进行辐照处理，九分钟后破乳率为90%，油层物质中的含水量降低到12.1%，可以说破乳效果较为显著。这是因为在辐照下，乳液的温度逐渐上升，而粘度却呈现下降的趋势，因此分散介质可以快速从分散相中分离，同时在微波场中成高频率旋转的中极性分析会引发电中和，从而对乳液界面中的双电层造成破坏。在对氨氮废水进行处理时需要考虑两个关键性的问题，一是酸碱度，二是微波作用的时间，这两个因素对去除率的大小有着重要的影响。在微波辐照的热效应下，氨氮物质能够迅速蒸发，且不会在蒸发去除的过程中产生二氧化氮等具有污染性的物质。

2.2 辅助氧化技术

微波辅助氧化可用于对含有较多化学物质的污水的处理，微波可以对Fenton法、CIO2催化反应等氧化方法进行强化，从而提高污水中COD去除率。例如，有研究中使用微波辐照技术辅助Fenton法对只要污水进行处理，废水中原COD水平达到49912.5ml/L，BOD5/COD的值为0.16，处理后结果显示，COD的去除率超过55%，而BOD5/COD的值上升到了0.47。研究认为酸碱度值的变化会对COD去除率产生一定的影响，对20ml含有硫酸铁的污水进行实验，结果如图1所示，当酸碱度为3时，COD去除率达到最高值，当酸碱度较低时，水中会有较多氢离子存在，此时三价的铁离子无法转化为二价的铁离子，进而阻碍了催化反应的发生；而当酸碱值过高时，羟基自由基的形成会受到抑制，溶液中会形成氢氧化铁固体，因而也无法完成催化。除此之外，影响COD去除率的因素还包括过氧化氢的浓度、微波功率大小、辐照时间、污水中离子的类型与浓度等。

2.3 诱导催化技术

有时催化剂或者微波都难以对含有有机污染物的污水进行彻底的处理，很多有机污染物难以得到降解或者无法完全降解。单靠催化剂无法使污染物完全矿化，而单纯使用微波也无法是其被水吸收，有研究提出在污水中加入敏化剂后，再使用微波进行诱导与催化，能够有效的提高污水处理的效率。活性炭、铬渣、碳化硅等敏化剂在水中能够起到转化的作用，即促使微波能将热能转化，这种情况下对污水进行加热是具有选择性的，当表面点位达到一定的温度时，有机污染物就会发生化学反应，从而得到降解。有研究在对水中的活性嫩黄进行处理时，选择以沸石与Fe2O3两种物质为催化剂，将6g催化剂放于含有100mg活性嫩黄的2L废水中，然后对其予以四分钟的辐照，功率设为900W，最终达到了97%的处理率。

2.4 对水吸附剂的处理

在锅炉或者其它场所的生产活动中对废水进行清洗处理时通常会选择使用活性炭等吸附剂，但是有时吸附剂的作用并不明显，为了提高对废水清洗的效率，可以使用微波辐照技术对吸附剂进行再生、改性或者合成处理，且这种处理不会对吸附剂本身的功能造成较大的影响。有研究使用微波辐照对活性炭的能力予以再生，并将其应用于废水处理，在废水中加入0.8g的无吸附效用的活性炭，对其予以三分钟的微波辐照，功率设置为464W，辐照结束后，活性炭的再生恢复率达到96.81%，水中COD物质的去除率为78.05%，COD水平每升不超过100mg，这些数据符合《污水综合排放标准》中的要求。

另有研究使用微波辐照技术对Fe2（SO4）3混凝剂进行改性处理，然后将其用于偶氮染料废水的处理，当酸碱度为7时，对加入600mg/L混凝剂的污水进行五分钟的辐照处理，功率设置为539W，结果显示甲基橙物质的脱色率能够达到95.5%。这种脱色处理发生的原因是在微波的作用下，电磁场的频率会有较大幅度的升高，在这种情况下，极性分子会发生高速的转动，这种转动会对在絮凝剂作用下产生的双电离层产生破坏，较小的絮凝体会迅速进行结合，最终使絮体在短时间内发生沉降。

3 结束语

辐照技术在水处理中的应用极为广泛，它既可以直接用于对污水的处理，也可以作辅助或者诱导，帮助提高水处理的效率，与普通的处理技术相比，辐照技术具有较多的优势，它更便于控制与调整，能够适用于多种类型污水的处理，因此该技术具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]李亚峰，王景新，李志成，等.微波辐照技术的工艺特性及其在水处理中的应用[J].工业水处理，2012（12）.

[2]刘爱宝，孙文全，王世强，等.微波辐照技术修复氯丹污染土壤[J].化工环保，2013（04）.

[3]王子波，王君，林业星，等.微电解-微波辐照联用技术处理敌百虫农药废水[J].水处理技术，2010（12）.

[4]马双忱，高莉，金鑫，等.微波辐照活性炭脱硫脱硝技术研究进展[J].环境科学与技术，2011（8）.

作者简介：方超（1985-），南通大学，助理工程师，研究方向：环境工程（水处理）。