一、微波能在廢水處理中的應用 廢水包括了生活廢水和工業(yè)廢水。 廢水中的污染物按種類大致可分為:固體污染物、需氧污染物、營養(yǎng)性污染物、酸堿污染物、有毒污染物、油類污染物、生物污染物、感官性污染物和熱污染物等;污染物按形態(tài)可分為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)等。污水處理的任務是將這些污染物采用物理、化學或生物的方法轉化成無害的固態(tài)匯聚物與易揮發(fā)的氣態(tài)物與水分離。 1、現行工業(yè)化廢水處理方法 廢水處理方法按對污染物實施的作用不同,可分為兩大類,一類是通過各種外力的作用,把有害物從廢水中分離出來,稱為分離法;另一類是通過化學或生化作用,使其轉化為無害的物質或可分離的物質,后者再經過分離予以除去,稱為轉化法。按處理原理不同,將處理方法分為物理法、化學法、物理化學法和生物化學法四類。 ?。?) 分離法 廢水中的污染物存在形態(tài)的多樣性和物化特性的各異性,決定了分離方法的多樣性。 如表一 分離法分類 污染物的存在形態(tài) | 分 離 方 法 | 離 子 態(tài) | 離子交換法、電解法、電滲析法、離子吸附法、離子浮選法 | 分 子 態(tài) | 萃取法、結晶法、精餾法、吸附法、浮選法、反滲透法、蒸發(fā)法 | 膠 體 | 混凝法、氣浮法、吸附法、過濾法 | 懸 浮 物 | 重力分離法、離心分離法、磁力分離法、篩濾法、氣浮法 |
?。?) 轉化法 轉化法可分為化學轉化法和生化轉化法兩類。 表二 轉化法分離方法原理 | 分 離 方 法 | 化學轉化 | 中和法、氧化還原法、化學沉淀法、電化學法 | 生化轉化 | 活性污泥法、生物膜法、厭氧生物處理法、生物塘 | 現代廢水處理技術,按處理程度劃分,可分為一級、二級和三級處理。 一級處理,主要是通過篩濾、沉淀等物理方法對廢水進行預處理,目的是除去廢水中的懸浮固體和漂浮物,為二級處理做準備。經一級處理的廢水,其BOD一般只能除去30%左右; 二級處理,主要是采用各種生物的方法處理,其目的是除去廢水中的呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物。經二級處理后的廢水,其BOD除去率可達90%以上,處理水可達標排放; 三級處理,是在一級、二級處理的基礎上,對難降解的有機物、磷、氮等營養(yǎng)性物質,進一步處理。方法有混凝、過濾、離子交換、反滲透、超濾、消毒等。 由于廢水中的污染物成份相當復雜,往往需要同時采用幾種方法的組合流程,才能達到處理要求。對于某種廢水,要根據該種廢水的水質、水量及其中有價物質回收再利用的可能性,經過比較后,才能決定采用哪幾種方法的組合。 上述處理法,無論采用哪幾種方法的組合,其共同存在的缺點是:①工藝流程長、廢水處理過程中物化反應進程緩、廢水處理設施龐大、占地面積大;②廢水只能集中處理,對于城市廢水而言,地下排污管網工程龐大,必然造成廢水處理工程總投資巨大;③處理后的水質不穩(wěn)定,對難降解的可溶性有機物、磷、氮等營養(yǎng)性物質處理不徹底,對某些工業(yè)廢水如造紙廢液等無能為力且運行綜合費用高。 為克服上述缺點,需找到一種更簡單、實用、有效、經濟的廢水處理手段。 2、微波能廢水處理法 把微波場對單相流和多相流物化反應的強烈催化作用、穿透作用、選擇性供能及其殺滅微生物的功能(實驗證明微波還對殺滅藍藻等有特效)用于廢水處理,以便克服廢水常規(guī)處理法的前述缺陷。微波能污水處理技術可使廢水處理工程小型化、分散化,省掉城市建設中現行廢水處理工程長距離埋設龐大的排污管網,堵住污染源頭,從根本上消除因人類的生活和生產活動給江河湖泊造成的污染。廢水經微波能處理后可100%返回,實現水的可持續(xù)利用,使人類水環(huán)境步入良性循環(huán),為解決21世紀人類將面臨的世界性“水荒”做貢獻。隨著物質文明建設的不斷發(fā)展,淡水資源的需求量越來越大,產生的廢水量也越來越大,而對廢水處理的任務及其處理的深度要求必然加大,這就要求廢水處理不斷吸納創(chuàng)新技術。廢水微波處理技術將是廢水處理技術上的一場革命。 3、廢水微波處理法與現行常規(guī)處理法相關指標比較 到目前為止,微波能污水處理技術已對昆明盤龍江水、大觀河水、滇池水、翠湖水等生活污水與日用化工廠廢水、造紙廢水(含紙漿廢水、木漿廢水、草漿廢水)、上海的焦化廠廢水、北京的化纖廠廢水、吉林的玉米制酒精廢水、河北的制革廠、印染廠、造紙廠三種廢水、江西的強酸性礦山廢水、內蒙古的電廠廢水、黃河水、遼寧的繅絲廠廢水、云南的制糖酒精廢醪液等進行了驗證,并一一證明了該技術對污水處理運用的廣泛適應性。 需特別指出的是微波對殺滅藍藻的特殊作用。藍藻在微波場中只需30-40秒即由微細粒匯聚呈大顆粒變黃沉降與水分離,與此同時水中的富營養(yǎng)物也就降解了。 ?。?)城市生活和工業(yè)廢水經微波場處理前、后的數據與國家標準的比較(圖表三) 水 樣 名 稱 | PH值 | 色度 (稀釋倍數) | 化學需氧量 (mg/l) | 懸浮物 (mg/l) | 總磷 (mg/l) | 總氮 (mg/l) | 氨氮 (mg/l) | 生化需氧量 (mg/l) | 第二類污染物國家 允許最高排放濃度 一級標準(新擴改) | 6-9 | 50 | 100 | 70 | 0.5 | 15 | | 30 | 黃河水處理前 | 5.6 | 混濁 | 72.91 | 201 | 0.14 | 4.74 | 1.5 | | 黃河水處理后 | 7 | 清澈透明 | 59.89 | 4 | 0.02 | 2.27 | 0.07 | | 江西某礦山工業(yè)廢水處理前 | 3 | 混濁不清 | 260.40 | 383 | 0.26 | 4.24 | 1.32 | Cu13.37 | 江西某礦山工業(yè)廢水處理后 | 7 | 清澈透明 | 119.78 | 14 | 0.01 | 2.45 | 1.02 | Cu0.03 | 某造紙廠廢水處理前 | 14 | 混濁不清 | 1320.48 | 940.6 | | | | | 某造紙廠廢水處理后 | 7 | 清澈透明 | 97.28 | 20.4 | | | | | 某造紙廠廢水處理前 | 14 | 混濁不清 | 641.38 | 544.8 | | | | | 某造紙廠廢水處理后 | 7 | 清澈透明 | 87.56 | 19.8 | | | | | 城市生活廢水處理前 | 7.5 | 200 | 291.2 | 36 | 3.362 | 24.10 | 5.59 | 116.48 | 城市生活廢水常規(guī)法處理 | 6 | 84 | 78 | 23 | 0.44 | 6.98 | 3.24 | 20.44 | 城市生活廢水微波處理后 | 7 | 清澈透明 | 58.58 | 2 | 0.0304 | 2.28 | | 4.78 | 城市生活廢水微波處理后 | 7 | 清澈透明 | 46.87 | 4 | 0.31 | 4.47 | 3.26 | 未檢測出 |
?。?)廢水微波處理法與現行常規(guī)處理法的比較(圖表四) 相關指標 及 優(yōu)缺點 | 微波處理法 | 現行常規(guī)處理法 | 城市生活廢水 | 有機(碳氫或碳水及氮化物)污染廢水 | 城市生活廢水 | 有機(碳氫或碳水及氮化物)污染廢水 | 以日處理萬噸廢水為例的廢水處理廠占地面積 (畝/萬噸) | <1 | 2 | 100 | 常規(guī)法無能為力 | 單位廢水處理能耗 (KWH/噸廢水) | 0.3 | 1~3 | 0.4 | 采用加壓加溫氧化法 必然高能耗 | 單位廢水運行費用 (元/噸廢水) | 0.3 | 0.8~1.2 | 0.6~0.8 | ---- | 單位廢水處理成本 (元/噸廢水) | <0.8 | 2~3 | 1.4~1.6 | 4~6 | 單位廢水處理投資強度 (元/噸廢水) | 800 (>2000噸/日) | 1000~1200 (>1000噸/日) | 1300~1400 (>10萬噸/日) | 采用加壓加溫氧化法35000 | 實現廢水處理物化反應過程的條件 | 常壓下,并且不受環(huán)境溫度的控制。 | 常壓下,并且不受環(huán)境溫度的控制。 | 受環(huán)境溫度的直接控制,冬季低溫反應進程十分緩慢。 | 須在數個乃至數十個大氣壓并加溫的條件下才能實現氧化反應。 | 廢水處理過程中污染物與水的分離速度 | 廢水進微波場流經約20秒鐘出微波場后3分鐘即始沉清分離。 | 廢水在微波場中循環(huán)場外約10~40小時反應完成。 | 廢水由流入反應池至流出反應進程約12小時。 | ---- | 廢水處理過程中的殺滅微生物功能 | 液相和固相或氣相中的微生物已殺滅。 | 微生物已殺滅。 | 無殺滅微生物功能。 | 加壓加溫氧化法微生物已殺滅。 | 產物再利用 | 有價氣體可回收再利用;固相無菌可作復合肥;清水無菌可100%返回,實現水的可持續(xù)利用。 | 有價氣體可回收;固相可二次利用;清水100%返回利用。 | 有價氣體無法回收;固相須作深坑填埋處理;二次水須作深度處理才能利用。 | 加壓加溫氧化法產生的清水可返還使用。 | 對現行常規(guī)法廢水處理產生的二次水深度處理能力 | 二次水經微波凈化后可100%返回再利用,這正是發(fā)揮了微波凈化水的優(yōu)點 | 二次水經微波凈化后可100%返回再利用,這正是發(fā)揮了微波凈化水的優(yōu)點 | 對二次水的深度處理無能為力。 | ---- | 規(guī)模效益 | 使廢水處理工程小型分散化,堵住污染源頭,省掉城市建設中的現行污水常規(guī)處理法必須集中處理而地下長距離埋設的龐大排污管網工程,從根本上解決因人類生活和生產活動而給江河湖泊造成的污染,使水環(huán)境步入良性循環(huán)。 | 使廢水處理工程小型分散化,堵住污染源頭,省掉城市建設中的現行污水常規(guī)處理法必須集中處理而地下長距離埋設的龐大排污管網工程,從根本上解決因人類生活和生產活動而給江河湖泊造成的污染,使水環(huán)境步入良性循環(huán)。 | 因廢水處理物化反應進程緩慢而必須集中處理,日處理污水量須在10萬噸以上方能降低單位處理成本,這就必然造成城市建設中地下長距離埋設龐大的排污管網工程,給城市安全帶來隱患。 | ---- |
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