微波輻射技術在污水處理中的應用

微波輻射技術在污水處理中的應用

    污水處理研究一直是環境工程領域中比較重要的分支，隨著科技水平的提高，各種新的處理工藝不斷地被研究開發。微波輻射處理技術是一項嶄新的技術，但其在水處理領域中的發展速度相當驚人。Tai等利用顆粒活性炭吸附水溶液中的苯酚，然后將活性炭放入功率為1000W的微波爐中輻照，150～180s之后苯酚被完全氧化成H2O和CO2，實驗結果表明，在微波場中，活性炭表面“熱點”的溫度高達1200～1800℃。Jou等利用顆粒活性炭吸附水中苯、甲苯和二甲苯(濃度分別為20.0、30.0、23.4mg/L)，吸附后的活性炭用微波輻照。檢測結果表明，所有的有機物均被氧化為CO2和 H2O，活性炭表面某些點位的溫度同樣高達1200～1800℃，活性炭床層有電弧出現。Liu用微波輻射法氧化甲苯，以V2O5/TiO2為催化劑，反應體系達到500K時就能使其氧化成苯甲酸（傳統的方法需要在600K的條件下），由于單純的微波能（10-5eV）并不能打開此類化學鍵，從而進一步驗證了在微波場中催化劑表面“熱點”的存在。王金成等采用微波輻射分別去除了廢水中的活性艷藍KN-R染料。結果表明，該方法具有快速、高效、不污染環境等優點，處理效果與微波輻射功率、輻照時間和活性碳用量等因素有關。Radoiu等研究了溶劑（包括正己烷、正庚烷、甲醇和四氫呋喃）和催化劑的種類（包括沸石HZSM5、絲光沸石、蒙脫石KSF和K10、鋁和膨潤土等）以及催化劑的活性對微波輻射處理2-叔丁基苯酚的影響，在微波輻射下，各種催化劑的活性都有較大的提高，反應時間也比傳統方法短。另外，如果有微波輻射，在較低溫度下反應就能進行，而傳統方法在同樣溫度下則不能進行。

    微波誘導催化氧化技術（MIOP）可以和其它高級氧化技術（AOP）聯合使用，從而縮短處理時間，提高處理效果。 Kunz利用H2O2/UV/微波來降解乙二胺四乙酸， 6min之后礦化程度超過90%，處理能耗為0.3kW.h/g，而單純的微波輻射或者H2O2/微波輻射工藝則幾乎不能將乙二胺四乙酸完全礦化，H2O2/UV工藝的礦化程度僅為50%左右，用傳統的活性污泥法則需要12d才能達到同樣的處理效果。Horikoshi以TiO2為催化劑，用可見光/紫外光/微波輻射法處理羅丹明B溶液，處理15min和30min后，TOC分別降低43%和62%，出水溫度在55～67℃之間。如果延長反應時間，剩余的40%左右的TOC仍然能夠被氧化; 而單純用紫外光照射，TOC去除率分別為11%和30%，可見光/紫外光/微波輻射法在氧化過程中產生大量的OH·、O2·、HOO·和染料自由基以及大量的自由電子，這些自由基具有較高的氧化性，能夠迅速氧化羅丹明B。

    目前，微波輻射技術在污水處理中的應用多是靜態的或者稱為序批式的，即微波誘導催化氧化和吸附不能同時進行，這就大大限制了該技術的應用范圍，如果能夠實現吸附和微波誘導催化氧化同時進行，則能夠實現整個處理過程的連續化，也能夠拓寬微波誘導催化氧化技術（MIOP）的應用領域，加快該技術在污水處理領域的產業化步伐。

    微波輻射技術除了能夠氧化水中的難降解有機物之外，還能夠對污水進行消毒處理和污油的回收等。利用微波輻射技術可以制備出在水處理中廣泛應用的各種混凝劑、助凝劑、水處理用的活性炭等環保材料，微波輔助制備方法具有明顯的高效、節能、降耗、無污染等綠色化學的特征，符合環境保護和清潔生產技術的要求，具有廣闊的研究開發前景。