微波化學污
水處理技術的基礎是“極性分子理論”。外加微波場可使這些極性分子因趨向作用而發生頻率極高的振蕩運動,消耗能量而發熱。在微波場中物質的吸波與否和吸波強弱,與該物質的電性質有關。實驗證明,在單位體積的物質內被吸收的(轉化為熱能損耗)微波功率Pa,與電場(磁場)強度E、物質的損耗角正切tgδ和頻率f成正比關系。物質在微波場中吸收的微波能全部轉化為熱能,所以Pa即為單位時間內在單位體積物質中產生的能量。tgδ值與該物質的介電常數、介電損耗相關的量,而物質的介電常數、介電損耗又與該物質當時的其它多種因素相關。
根據此“極性分子理論”,微波不僅可以加快化學反應,在一定條件下也能抑制反應的進行。除此之外,微波還可以改變反應的途徑。微波對化學反應的作用除了對反應加熱引起反應速率改變以外,還具有電磁場對反應分子間行為的直接作用而引起的所謂“非熱效應”。微波對反應的作用程度除了與反應類型有關外,還與微波的強度、頻率、調制方式及環境條件有關。此外,由于化學反應是一個非平衡系統,舊的物質在不斷消耗,新的物質在不斷生成,各界面可能發生隨機的變化;與此同時系統的宏觀電磁特性也在發生變化,而且在微波輻射下這種變化還與所用的微波緊密相關。
然而,許多有機化合物都不直接明顯地吸收微波,但可以利用某種強烈吸收微波的“敏化劑”把微波能傳給這些物質而誘發化學反應。利用這些“敏化劑”就可以在微波輻射下實現某些催化反應,這就是所謂微波誘導催化反應。高強度連續微波輻射聚焦到某種“敏化劑”的表面,由于“敏化劑”表面點位與微波能的強烈相互作用,微波能將被轉變成熱能,從而使某些表面點位選擇性的被很快加熱至很高溫度(例如很容易超過1400℃)。盡管反應其中的水沒有明顯升溫,但已產生高溫高壓的作用,當水中的有機污染物與受激發的表面點位接觸時卻可發生反應。“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物和產物相互作用的選擇性而影響反應的進程。微波化學污水處理技術就是利用微波對化學反應的這些作用,對水中的污染物通過物理及化學作用進行降解、轉化,從而實現污水
凈化的目的。
微波是指波長為1mm~1m,頻率為300MHz~300000MHz的電磁波,由于微波的頻率很高,所以亦稱為超高頻電磁波。微波頻段的具體劃分見表1-1。
表1-1. 微波頻段范圍
頻率范圍/ MHz
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波段
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中心波長/ m
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常用主頻率/ MHz
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波長/ m
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890 ~ 940
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L
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0.330
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915
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0.328
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2400 ~ 2500
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S
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0.122
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2450
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0.122
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5725 ~ 5875
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C
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0.052
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5800
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0.052
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22000 ~ 22250
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K
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0.014
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22125
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0.014
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目前只有915MHz和2450MHz被廣泛應用,在較高的兩個頻段還沒有合適的大功率工業設備。2005年,我公司的第三代換代產品突破性地采用了脈沖微波,較第二代設備而言,單機電機功率由原來的20kw降至0.5kw,峰值功率由原來的17kw大幅提升至417kw,大大降低了電耗,這不得不說是一項歷史性的突破。
微波化學污水處理技術在水處理領域內不是萬能的,也不是唯一的方法,但因其可靠性、穩定性、先進性、突破性、廣譜性和高效性等諸多優點,可以作為首選的水處理方法,它有其他傳統的水處理方法無可比擬的優勢:
1、工藝流程短,絮凝沉淀速度快,占地面積小。用微波化學污水處理技術日處理2400噸水的工程,總占地面積不到300m2,其中微波能水處理機組設備僅占地64 m2,約為普通活性污泥法處理工藝的1/6—1/10(傳統方法總占地面積大于2000m2)。
殺菌滅藻能力強。微波對菌、藻類有高頻穿透作用,殺傷能力極強,在短時間內殺滅微生物,有很強的殺菌滅藻功能,其中藍藻在微波場中只需非常短的時間即由微細粒匯聚呈大顆粒變黃沉降與水分離。
2、適應性強,處理效率高。微波化學污水處理技術可廣泛應用于市政污水、工業廢水、小區中水回用等行業的水處理,可以作為任何工藝的一部分進行應用處理。微波化學污水處理技術可實現污水的持續再利用,出水可達標排放或再利用。
3、該機組設備在運行中可以實現即開即停。由于該工藝的特殊性,在操作過程中可以實現隨時開機停機,并且不影響出水效果,調節簡單快捷。
4、實現工程小型分散化、設備化。當前的污水處理工程提倡向小型分散化和設備化發展,直接堵住污染源頭,省掉城市建設中埋設龐大的地下長距離排污管道網。目前常規的污水處理工藝不但占地面積大,而且還需要建設龐大的市政排污管網工程,這樣就要投入大量的資金,也為社會、國家以及城市建設埋下了巨大的隱患。微波化學污水處理技術無疑就是實現工程小型分散化、設備化最佳的選擇,同其他水處理的成套設備相比有很大的優勢。
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