微波辅助绿色污水处理技术的研究进展

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  摘 要:本文对微波技术在水处理技术中应用进行了综述。讨论了微波辐射技术用于污水处理领域中的研究现状。分析了微波辅助处理污水绿色发展阶段中存在的问题,并提出了相应的意见和建议。展望了微波辅助处理污水的应用前景。
  关键词:污水污泥处理新技术微波
  中图分类号:TQ9 文献标识码: A 文章编号:1674-098X(2011)02(c)-0144-01
  
  1 微波辐射技术在污水处理中的应用
  污水处理研究随着科技水平的提高,各种新的处理工艺不断地被研究开发。微波辐射处理技术是一项崭新的技术,但其在水处理领域中的发展速度相当惊人。Tai等利用颗粒活性炭吸附水溶液中的苯酚,然后将活性炭放入功率为1000W的微波炉中辐照,150~180s之后苯酚被完全氧化成H2O和CO2,实验结果表明,在微波场中,活性炭表面“热点”的温度高达1200~1800℃。Liu用微波辐射法氧化甲苯,以V2O5/TiO2为催化剂,反应体系达到500K时就能使其氧化成苯甲酸(传统的方法需要在600K的条件下),由于单纯的微波能(10-5eV)并不能打开此类化学键,从而进一步验证了在微波场中催化剂表面“热点”的存在。王金成等采用微波辐射分别去除了废水中的活性艳蓝KN-R染料。结果表明,该方法具有快速、高效、不污染环境等优点,处理效果与微波辐射功率、辐照时间和活性碳用量等因素有关。Radoiu等研究了溶剂(包括正己烷、正庚烷、甲醇和四氢呋喃)和催化剂的种类(包括沸石HZSM5、丝光沸石、蒙脱石KSF和K10、铝和膨润土等)以及催化剂的活性对微波辐射处理2-叔丁基苯酚的影响,在微波辐射下,各种催化剂的活性都有较大的提高,反应时间也比传统方法短。另外,如果有微波辐射,在较低温度下反应就能进行,而传统方法在同样温度下则不能进行。从上述可以看出微波辐射可以解决普通的的方法无法解决的水处理问题,并且微波无毒无副作用,微波只是一种电磁波辐射后就以能量转换的方式消失了,而有机物在这个特定的条件下就会生成水和二氧化碳。对环境不会造成任何的影响,可谓是绿色环保。
  微波诱导催化氧化技术(MIOP)可以和其它高级氧化技术(AOP)联合使用,从而缩短处理时间,提高处理效果。Kunz利用H2O2/UV/微波来降解乙二胺四乙酸,6min之后矿化程度超过90%,处理能耗为0.3kW·h/g,而单纯的微波辐射或者H2O2/微波辐射工艺则几乎不能将乙二胺四乙酸完全矿化,H2O2/UV工艺的矿化程度仅为50%左右,用传统的活性污泥法则需要12d才能达到同样的处理效果。Horikoshi以TiO2为催化剂,用可见光/紫外光/微波辐射法处理罗丹明B溶液,处理15min和30min后,TOC分别降低43%和62%,出水温度在55~67℃之间。如果延长反应时间,剩余的40%左右的TOC仍然能够被氧化;而单纯用紫外光照射,TOC去除率分别为11%和30%,可见光/紫外光/微波辐射法在氧化过程中产生大量的OH·、O2·、HOO·和染料自由基以及大量的自由电子,这些自由基具有较高的氧化性,能够迅速氧化罗丹明B。Hua.Shan Tai和Chih—Ju G.采用第一种方法,先将苯、甲苯、二甲苯及苯酚等污染物吸附到颗粒活性炭上,随后用微波辐射活性炭上吸附的污染物。结果显示,微波辐射1.5min后,苯、甲苯、二甲苯被完全降解成无毒CO2和H2O,4min后苯酚被完全降解为CO2和H2O。实验还发现在微波辐射下,活性炭粒子的快速升温有利于提高有机污染物的分解速率。微波的快速加热是普通的加热方法无法比拟的,从上边的试验数据中可以明显的看出微波加热可以几分钟就能完成,而且可以形成“热点”,热点的温度可已达到上千摄氏度,这个温度是微波加热的这用条件普通加热的方法无法达到的。
  
  2 微波Fenton用于处理污水
  可溶性亚铁盐与过氧化氢的组合即称为Fenton试剂,是一种氧化能力很强的氧化剂。l964年,H.R.Eisenhauer首次使用Fenton试剂处理苯酚废水和烷基废水,Fenton试剂才开始应用于废水处理。Fenton试剂氧化有机物是通过Fe2+和H2O2作用,产生羟基自由基(·OH),有很高的电极电位,氧化能力仅次于氟。Fe2+和H2O2在酸性条件下生成的羟基自由基能够氧化打破共轭体系结构,使之变成无色的有机小分子乃至进一步矿化,从而达到降低TOC和COD的目的。
  微波能促进H2O2降解低浓度有机废水。高浓度有机废水降解,需要采用催化氧化法,并结合有效的促进手段,如微波-Fenton法(Fe2+-H2O2),微波-Fenton法处理高浓度有机废水可认为是在一般Fenton 法的基础上,利用微波和高级氧化过程的协同作用,促进HO·破坏有机物的链状体系,从而达到降解的目的。微波-Fenton法处理污水提高了Fe2+和H2O2的利用率。微波-Fenton法能快速、有效地降解高浓度有机废水。微波-Fenton法比加热-Fenton法的效果更好,可能是微波非热效应的结果。
  
  3 结语
  虽然微波诱导氧化处理高浓度有机废水还处于研究阶段,但是由于微波作用的特点,该技术在环境污染物处理中的应用和绿色环保无污染等优越性,使得水处理工作者们投入到使用微波法处理高浓度有机废水的研究和应用。随着科学技术的进步和人们对环境保护的重视程度的加强,微波辐射技术的不断完善,微波辅助处理污水绿色发展阶段即将到来。
  
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