微波辐射技术在污水处理中的应用

微波辐射技术在污水处理中的应用

    污水处理研究一直是环境工程领域中比较重要的分支，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℃。Jou等利用颗粒活性炭吸附水中苯、甲苯和二甲苯(浓度分别为20.0、30.0、23.4mg/L)，吸附后的活性炭用微波辐照。检测结果表明，所有的有机物均被氧化为CO2和 H2O，活性炭表面某些点位的温度同样高达1200～1800℃，活性炭床层有电弧出现。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。

    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。

    目前，微波辐射技术在污水处理中的应用多是静态的或者称为序批式的，即微波诱导催化氧化和吸附不能同时进行，这就大大限制了该技术的应用范围，如果能够实现吸附和微波诱导催化氧化同时进行，则能够实现整个处理过程的连续化，也能够拓宽微波诱导催化氧化技术（MIOP）的应用领域，加快该技术在污水处理领域的产业化步伐。

    微波辐射技术除了能够氧化水中的难降解有机物之外，还能够对污水进行消毒处理和污油的回收等。利用微波辐射技术可以制备出在水处理中广泛应用的各种混凝剂、助凝剂、水处理用的活性炭等环保材料，微波辅助制备方法具有明显的高效、节能、降耗、无污染等绿色化学的特征，符合环境保护和清洁生产技术的要求，具有广阔的研究开发前景。