一.微波污水處理原理

微波對流體中物質(zhì)進(jìn)行選擇性加熱，對吸波物質(zhì)有低溫催化作用；能夠加速流體中固、液分離；具有低溫殺菌、均勻加熱、迅速升溫、快速穿透等功能。達(dá)到去污除濁殺菌的效果，不產(chǎn)生二次污染。

將污水送入2450兆赫的微波場中，根據(jù)“極性分子理論”，極性分子在微波場作用下，發(fā)生高頻振蕩，消耗能量而發(fā)熱。在單位體積內(nèi)的物質(zhì)，被吸收的（轉(zhuǎn)化為熱能損耗）微波功率Pa，與電場（磁場）強度E、物質(zhì)的損耗角正切tgδ和頻率f成正比。物質(zhì)吸收的微波能全部轉(zhuǎn)化為熱能，Pa即為單位時間內(nèi)，單位物質(zhì)體積中產(chǎn)生的能量。tgδ即為物質(zhì)的介電常數(shù)。微波除了能加速反應(yīng)之外，還具有分子間直接作用而引起的“非熱效應(yīng)”。反應(yīng)的程度除了與反應(yīng)類型有關(guān)外，還與微波的強度、頻率、調(diào)制方式及環(huán)境條件有關(guān)。對有些不能直接與微波反映的有機(jī)化合物，可通過添加劑把微波能傳給這些物質(zhì)而誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)。在添加劑的作用下溫度迅速升高（例如很容易超1400℃）。水中的污染物是在添加劑與微波的共同作用下，發(fā)生劇烈的催化、物理化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成不可溶物質(zhì)或氣體從水中分離，水中的大分子、難降解有機(jī)污染物在微波及添加劑的共同作用下，被分解為小分子，與添加劑結(jié)合成速沉絮體物去除，金屬離子可直接與添加劑合成速沉絮體物沉淀，氨氮轉(zhuǎn)化為氨氣逸出，水中磷轉(zhuǎn)化為不可溶解磷酸鹽沉淀去除。對水中的污染物通過物理及化學(xué)作用進(jìn)行降解、轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到污水凈化。

反應(yīng)過程：

   P: 水分子、污染物分子

   M: 添加劑

   SS: 懸浮物

   R: 有機(jī)物

微波能的化學(xué)作用：能夠極化水分子及有機(jī)化合物分子，使有機(jī)化合物與添加劑之間形成過渡態(tài)產(chǎn)物，降低氧化和分解有害有機(jī)化合物所需要的活化能，使反應(yīng)加速進(jìn)行。

微波能的物理作用：能夠加熱和極化水及污染物分子，提高氧化和分解有害有機(jī)化合物所需要的反應(yīng)條件，達(dá)到反應(yīng)所需要的活化能。

能夠加熱和極化水及污染物分子，使絮凝劑與污染物之間形成的共聚物的沉淀反應(yīng)更完全、更快速。

微波在處理水中污染物的同時，也能殺滅水中的細(xì)菌、藻類等微生物。其作用原理是由于微波輻射的熱效應(yīng)，即微波輻射場照射生物體，引起生物體組織器官的加熱作用而產(chǎn)生的生理影響和抑制、傷害作用。組成細(xì)胞的極性分子在外加微波場的作用下迅速升溫發(fā)熱，從而導(dǎo)致生物體細(xì)胞組織溫度升高。當(dāng)微波功率密度較大，生物體產(chǎn)熱過多，超過了體溫調(diào)節(jié)能力，生物體的溫度平衡功能失調(diào)，發(fā)生生理功能紊亂，進(jìn)而死亡。

二.工藝流程及適用范圍

1.微波工藝流程

微波污水處理工藝與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比，其優(yōu)點是工藝流程大大簡化，且減少大量的管網(wǎng)工程，對進(jìn)水的pH，濃度、溫度等無特殊要求。工藝流程圖見圖2-1。

工藝流程

格柵：清除污水中較大顆粒.砂石、木塊、塑料等大塊雜物；

調(diào)節(jié)池：調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)，降低對后續(xù)處理構(gòu)筑物的沖擊負(fù)荷；

混合器：將污水與投加的1＃、2＃添加劑進(jìn)行充分混合與振蕩；

微波反應(yīng)器：污染物與添加劑進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)以及微波低溫催化的物化反應(yīng)；

沉降過濾設(shè)備：實現(xiàn)固液分離，達(dá)到排放或回用目的，污泥則脫水外運或用作其他用途。

水中污染物是在添加劑與微波的共同作用下，發(fā)生劇烈的催化、物理化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成不可溶物質(zhì)或氣體從水中分離，水中的大分子、難降解的有機(jī)污染物在微波及添加劑的共同作用下，被分解為小分子，與添加劑結(jié)合生成速沉絮體物去除；金屬離子可直接與添加劑結(jié)合生成速沉絮體物沉淀；氨氮轉(zhuǎn)化為氨氣逸出；水中磷轉(zhuǎn)化為不可溶解磷酸鹽沉淀去除。

2微波技術(shù)特點

工藝流程短，絮凝沉淀速度快，占地面積小。用微波污水處理技術(shù)日處理2500噸水的工程，總占地面積不到300m2，其中微波能水處理機(jī)組設(shè)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(tǒng)方法總占地面積大于2000m2）。

    工程投資強度低，建設(shè)工期短。由于設(shè)備本身的獨特性，不必鋪設(shè)龐大的管網(wǎng)和水池，土建簡單；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，且為組塊拼裝式，施工安裝快捷方便，大大縮短工期，日處理量為2500m3---的單套機(jī)組的工程安裝半個月左右即可完成。設(shè)備運行時，每小時耗電僅為40度，折合0.4度/噸水，計算綜合運營成本約為0.5～1.2元/噸水。

表2-1：生活污水處理設(shè)備價格與運行費用的比較

調(diào)試周期短。由于工藝流程短，沒有多個單元的繁雜的調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試階段，一般調(diào)試過程只需幾天即可進(jìn)入連續(xù)運行。

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(nèi)殺滅微生物，有很強的殺菌滅藻功能，其中藍(lán)藻在微波場中只需非常短的時間，就可匯聚成大顆粒變黃沉降與水分離。

適應(yīng)性強，處理效率高。微波污水處理技術(shù)可廣泛應(yīng)用于市政污水、工業(yè)廢水、小區(qū)中水回用等行業(yè)的水處理。出水可達(dá)標(biāo)排放或再利用。

由于該工藝的特殊性，在操作過程中可以實現(xiàn)隨時開機(jī)停機(jī)，并且不影響出水效果，調(diào)試簡單快捷。

實現(xiàn)工程小型分散化、設(shè)備化。直接堵住污染源頭，省掉城市建設(shè)中埋設(shè)龐大的地下長距離排污管網(wǎng)。

表2-2. 微波污水處理技術(shù)與幾種常用工藝對比表

3.適用范圍

（1）.生活污水：市政（生活小區(qū)）、大型酒店賓館、 休閑旅游度假村生活污水處理及中水回用；

（2）.工業(yè)廢水：如醫(yī)院污水、印染污水、電鍍污水、造紙廢水、電廠循環(huán)水、石化污水、洗水廠污水、酒精制糖污水、淀粉廠污水、填埋場垃圾滲濾液、生禽養(yǎng)殖屠宰場廢水、選礦提煉廠污水等；

（3）.江河湖泊污水凈化

（4）.海水淡化 根據(jù)客戶的需求我們可以做到達(dá)標(biāo)排放而且可以做到中水回用。

三.微波處理污水分析

生活污水主要源于日常生活，廢水中含有大量的有機(jī)污染物，其中包括化糞池溢流出水，廚房洗滌水以及其它洗滌用水等，生活污水的特性主要是：（1）氮、磷、硫含量高，在生活污水中含有大量纖維素、淀粉、糖類、脂肪、蛋白質(zhì)和尿素等；（2）含有大量合成洗滌劑和磷，洗滌劑不容易被生物降解，磷可以引起水體富營養(yǎng)化；（3）含有多種微生物，如每毫升生活污水中就含有幾百萬個細(xì)菌，并含有多種病原體。生活污水的化學(xué)好氧量（COD）含量不高，一般在250～500mg/l之間，PH值在6～9之間。采用微波水處理工藝時，水中污染物是在添加劑與微波的共同作用下，發(fā)生劇烈的催化、物理化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成不可溶物質(zhì)或氣體從水中分離，水中的大分子、難降解的有機(jī)污染物在微波及添加劑的共同作用下，被分解為小分子，與絮凝劑結(jié)合成大塊絮團(tuán)沉淀；氨氮轉(zhuǎn)化為氨氣逸出；水中磷轉(zhuǎn)化為不可溶解磷酸鹽沉淀。

          圖3-1. 微波污水處理技術(shù)流程框圖

表3-1 對于城市生活廢水微波處理法和現(xiàn)行常規(guī)法的比較

2工業(yè)廢水

（1）.高濃度有機(jī)廢水（酒精、酵母、淀粉）

   高濃度有機(jī)廢水主要控制的污染物為COD、BOD、SS等，其污染物濃度高，COD值通常大于2000mg/L，有的甚至達(dá)到每升上萬毫克。傳統(tǒng)工藝在處理此類廢水時，常采用UASB厭氧發(fā)酵＋氧化法來處理，工藝處理時間長，約72～96小時，而且在脫硫時對DO的控制非常嚴(yán)格，否則會有惡臭的H2S氣體產(chǎn)生，同時反應(yīng)溫度高，需要維持在中溫35℃，能耗高；在回收沼氣能源時不穩(wěn)定，排放水的COD值大于150mg/L。

微波污水處理，對高濃度有機(jī)廢水處理，不需要加熱控溫裝置和脫硫預(yù)處理設(shè)施，微波工藝處理時間僅為30min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法的72～96小時。

.對比分析

以日處理2000噸高濃度有機(jī)廢水為例：

（2).電鍍廢水

電鍍廢水特點：一般電鍍廢水中含有CN－1、Cr6＋、Cu2＋、Ni＋等重金屬及有毒類污染物，傳統(tǒng)工藝需要分類收集，進(jìn)行預(yù)處理后再進(jìn)行混合混凝化學(xué)處理，廢水處理結(jié)果與前期分類收集密切相關(guān)。

傳統(tǒng)方法在處理電鍍廢水時，工藝流程復(fù)雜，占地面積大、廢水反應(yīng)時間長、投資運行成本高、運行管理復(fù)雜（廢水的分類）等難題。

微波處理工藝

微波處理電鍍廢水，只需要將廢水中的含鉻廢水和地面收集水經(jīng)還原劑單獨處理即可，整個工藝流程簡單，占地面積小、投資強度低、運行管理簡單。

.微波處理電鍍廢水與傳統(tǒng)工藝的比較：

傳統(tǒng)工藝對電鍍廠的廢水，要采用分類、收集、綜合處理的方法，將電鍍廢水分為含鉻廢水、含氰廢水、綜合廢水，收集后進(jìn)行集中處理，才能達(dá)到預(yù)期的效果。由于電鍍企業(yè)對鍍件進(jìn)行除油、除銹、除臘時，排放的廢水中含有大量的表面活性劑、光亮劑、油類、重金屬以及高含量的氰化物等諸多因素的影響，CODCr的排放值遠(yuǎn)高于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。廢水中大量的重金屬、氰化物等有毒物質(zhì)，采用傳統(tǒng)的生化法進(jìn)行處理時面臨極大的困難。我公司采用微波污水處理工藝對前處理廢水進(jìn)行了中試，并順利完成了對該前處理廢水的治理工程。結(jié)果表明，微波處理污水的工藝不僅降低了該工程投資，而且還使其污水處理能力和處理效果大大提高。其水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表3-3。

表3-3：電鍍廢水處理監(jiān)測結(jié)果          單位：毫克/升（PH、色度除外）

    微波污水處理技術(shù)對電鍍廠前處理水的處理工程經(jīng)過長時間運行，充分體現(xiàn)了以下幾點：

a、微波污水處理工藝對CODcr、NH3-N、動植物油、磷酸鹽、LAS及Cr6＋，CN－，Cu2＋，Zn2＋，Pb，Ni，總鉻等污染因子均有有效的去除率，特別是對CODcr的效果尤其明顯；

b、對污水種類有較好的適應(yīng)性，耐水質(zhì)變化沖擊能力大，能有效去除多種污染物；

c、微波工藝屬物理化學(xué)法處理工藝，外界環(huán)境條件的變化不影響其處理效果；

d、微波工藝處理流程簡單，完全實現(xiàn)了設(shè)備化，實現(xiàn)了全自動化控制，操作方便簡單。

e、廢水處理過程中廢水反應(yīng)停留時間只需要45分鐘，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)工藝20小時以上的停留時間。

f、該工程采用原設(shè)計傳統(tǒng)工藝占地面積約1500 m2，而采用微波處理工藝占地面積僅有150m2，僅僅是傳統(tǒng)工藝的1/10。

g、能耗小，該工程設(shè)計總功耗為30Kw，實際運行負(fù)荷僅為24 Kw。

h、運行費用低，噸水處理費用為2元（包含所有添加劑，電費、人工費、固定資產(chǎn)折舊），而傳統(tǒng)工藝的處理費用要在6元以上。

i、工程投資強度小，投資強度僅為傳統(tǒng)工藝的1/5或1/4。

j、保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，經(jīng)檢測各項出水指標(biāo)都達(dá)到省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

 （3).線路板（PCB）廢水

   廢水特點：PCB板（多層板）在生產(chǎn)制作過程中產(chǎn)生各種廢水、廢液。主要有去墨顯影類、蝕刻類、重金屬酸堿類等，傳統(tǒng)工藝需要進(jìn)行分類收集單獨處理，方可達(dá)標(biāo)。傳統(tǒng)工藝需要對線路板廢水中的去墨顯影類、蝕刻類（含大量絡(luò)合銅）、重金屬酸堿廢水等進(jìn)行分類、收集，處理工藝復(fù)雜，投資運行成本高，噸水運行成本可高達(dá)4.5元。

對比分析

2000m3/d PCB廢水處理作對比，見下表

（3）.印染廢水

廢水特點：印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大、可生化性差等特點，屬難處理的工業(yè)廢水。

生化法工藝

物化法工藝

傳統(tǒng)工藝在用生化法處理印染廢水時，常采用氧化溝、A/O等工藝。該工藝要求廢水的B/C值大于0.3，且水溫要求

小于35℃，處理過程中必須有硝化與反硝化處理設(shè)施，使得整個處理工藝復(fù)雜，反應(yīng)時間長達(dá)12～16小時，運行費用高，處理效果基本能達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)工藝對絲光、退漿（PVA）廢水處理時，需要進(jìn)行分流預(yù)處理或者堿回收，運行成本大于3.0元/噸水。 

傳統(tǒng)工藝在用物化法處理印染廢水時，受工藝所限，往往需要投加大量的脫色劑和凈水劑，對硫化染料廢水還應(yīng)投加FeSO4除硫。處理水難達(dá)標(biāo)排放，且產(chǎn)泥量大。

微波工藝

微波污水處理工藝流程簡單，不需要傳統(tǒng)方法的厭氧水解、脫硫等工藝，廣譜性強，占地面積小，投資強度低，對印染廢水的處理效果優(yōu)于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，脫色能力強，脫鹽處理后即可回用。

對比分析

以2400m3/d 印染廢水處理作對比，見下表

（4）.制革廢水

鹽濕生皮制革

廢水特點：鹽濕生皮制革產(chǎn)生的廢水中含有大量的硫化物、鉻及易產(chǎn)生泡沫的洗滌劑等，油脂含量高，色度高。

傳統(tǒng)工藝

傳統(tǒng)工藝需要將鞣革含Cr廢水進(jìn)行分流預(yù)處理，調(diào)節(jié)pH值在8.5，沉淀除鉻后再與洗皮水混合后進(jìn)入生化處理系統(tǒng)。傳統(tǒng)生化處理系統(tǒng)（普通活性污泥法、氧化溝法、SBR法、A/O法）等容易產(chǎn)生惡臭的H2S氣體，污泥產(chǎn)量大，容易造成二次污染，出水水質(zhì)COD在150mg/L左右，其余污染物基本可達(dá)標(biāo)排放，但排水呈微棕色。

 蘭皮制革

蘭皮制革產(chǎn)生的污水治理時要求必須將鞣革水分流除鉻預(yù)處理后，在進(jìn)行綜合處理，不允許混流。由于蘭皮制革污水的可生化性較差、化學(xué)藥品、助劑及LAS（陰離子洗滌劑）濃度高，為提高生物凈水靈敏度（生物代謝的BOD5碳源），通常要投加糖、面粉或尿素等以改善BOD5：N：P大于200：5：1的生物代謝養(yǎng)料結(jié)構(gòu)，故而運行操作復(fù)雜，而且增加了處理成本，處理時間長，約為18～20小時。蘭皮制革污水經(jīng)分流、氣?。ǔ?、除LAS）缺氧水解、接觸氧化及沉淀過濾后，處理水基本達(dá)標(biāo)，COD可控制在100mg/L。

微波污水處理工藝對制革廢水處理時，不需要分流預(yù)處理，處理水沒有惡臭的H2S氣體產(chǎn)生，適應(yīng)性強，占地面積小，投資強度低，處理水的水質(zhì)效果優(yōu)于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，脫色能力強，對處理水進(jìn)行脫鹽處理后即可回用。

 對比分析

以1000m3/d 制革廢水處理作對比，見下表

（5）.江河湖泊污水凈化

在我國工業(yè)的高速發(fā)展過程中，由于大量未經(jīng)治理或未達(dá)標(biāo)治理的工農(nóng)業(yè)與生活污水進(jìn)入河道湖泊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它的納污能力，使得河流湖泊受到嚴(yán)重的污染，氮、磷的超標(biāo)排放造成了河流湖泊的富營養(yǎng)化，使得水質(zhì)惡化變黑，動植物大量死亡。同時，許多污染物由于自身的特性以及在河流中發(fā)生的物理及化學(xué)反應(yīng)而沉淀在河流湖泊底部成為河（湖）底污泥。隨著未達(dá)標(biāo)水的持續(xù)排入，加上底泥不斷的與河水進(jìn)行污染物的交換，雖然某些河流湖泊經(jīng)過治理，但仍然存在著嚴(yán)重的污染，治標(biāo)不治本，達(dá)不到地表水環(huán)境的基本要求（V類水要求）。

目前，國內(nèi)外對河流湖泊水治理成功的案例往往采用河道湖泊污水治理、建筑大壩引水沖污、底泥清污等一種或幾種方法相結(jié)合來治理。如下：

河道污水治理、排入污水處理：泰晤士河流域的治理采用生態(tài)處理措施與污水處理廠相結(jié)合的方式（1985年在泰晤士河流域的沃爾登興建第一個蘆葦床系統(tǒng)，爾后又陸續(xù)建造了23個蘆葦床系統(tǒng)，1988年全流域運行的污水處理廠有476座，其中最大的貝克頓污水處理廠日處理能力100萬噸）；

引水沖污、污泥疏浚：日本的隅田川河俄羅斯的莫斯科河均采用引水沖污、污泥疏浚的治理措施（隅田川清除河底污泥400萬立方米，莫斯科河挖出800萬立方米）；

建筑大壩、引水沖污：德國的魯爾河、日本的中川等采用建筑大壩，引水沖污的方式治理，消除了河流的黑臭現(xiàn)象。

根據(jù)微波能水處理機(jī)組設(shè)備的處理效果及安裝特點，我公司提出了江河、湖泊水的微波凈化工藝：采用建筑大壩（針對河流）、河湖水治理、底泥清污的綜合治理方式。

在壩體之上根據(jù)水的流量和容量設(shè)計計算微波能水處理機(jī)組設(shè)備的套數(shù)，上游攔截后的水直接進(jìn)入微波能水處理機(jī)組設(shè)備進(jìn)行處理，經(jīng)過30min左右后，處理后的水流入下游，使得河水清澈，在治理后重新恢復(fù)河道的水域功能，能消除黑臭現(xiàn)象，同時經(jīng)微波能水處理設(shè)備處理后的水是經(jīng)過微波的強殺菌和滅藻處理，因此不會產(chǎn)生河水的二次污染。經(jīng)沉降過濾處理后所排放的污泥還可以輸送至農(nóng)田作為肥料用。

通過采用成套的微波污水處理設(shè)備對部分地區(qū)河道水處理情況見下表：

經(jīng)微波處理后的水氮和磷的排放遠(yuǎn)低于國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，徹底解決了水體富營養(yǎng)化的問題。

（6）.海水淡化

我國是世界上13個缺水國之一，而且水資源的時空分布嚴(yán)重不均衡，中國的水資源占有量僅居世界第108位。2010年后，中國將進(jìn)入嚴(yán)重的缺水期；2030年，中國將達(dá)到缺水高峰期。在許多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)，也都面臨著缺水的問題。在90年代，人們已把目光投向了大?！煤Ｋ夹g(shù)增加淡水的資源量。                                                            

我公司的脈沖微波能海水淡化工藝流程見圖4-1。海水經(jīng)脈沖微波能技術(shù)處理后產(chǎn)生的淡水，可適用于沖廁、沖洗道路、消防、園林綠化和建筑施工等多方面用水，而且噸水價格低于現(xiàn)有的用水價格

四、結(jié)論

經(jīng)大量工程實踐證明：微波化學(xué)污水處理技術(shù)對水中污染物有顯著的去除效果。出水中的色度、硫化物、懸浮物、CODcr、BOD5、揮發(fā)酚和總磷等去除率在80％以上；出水中的氨氮和陰離子洗滌劑的去除率在45％和70％左右。沉降污泥中含有大量的磷（富集倍數(shù)為300倍左右），出泥量少，占出水量的3～5％。處理后檢測項目符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）中的一級標(biāo)準(zhǔn)要求。另經(jīng)有關(guān)權(quán)威專業(yè)部門檢測，其微波漏能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，證明其對人體絕對安全可靠。微波污水處理技術(shù)在國內(nèi)外無先例，處于世界先進(jìn)水平。

微波污水處理技術(shù)在治理江河湖泊，凈化水體，改善水資源生態(tài)環(huán)境方面獨具特點，可快速去污、高效殺菌，可靠除藻，達(dá)到去濁變清的目的，對水體不產(chǎn)生二次污染。將污水逐漸置換澄清，生成絮體物，快速沉降，覆蓋于底部污泥層上，防止水質(zhì)的進(jìn)一步惡化。為保護(hù)人類賴以生存的自然生態(tài)環(huán)境，徹底解決水資源問題，保護(hù)我們的綠色家園，讓微波污水處理技術(shù)把不可能變?yōu)榭赡堋?/span>