巨寶慶

（蘭州新區(qū)綜合保稅區(qū)管理委員會，甘肅 蘭州 730000）

微波能污水、污泥處理技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用

巨寶慶

（蘭州新區(qū)綜合保稅區(qū)管理委員會，甘肅 蘭州 730000）

微波能污水處理技術(shù)是一種簡單有效的污水處理技術(shù)，通過利用微波選擇性地加熱流體中的物質(zhì)，受微波場的影響流體中固相微粒子會快速從水中分離出來，并產(chǎn)生沉降，進(jìn)而達(dá)到污水處理的目的。以實際工程為例，首先對微波能處理水污染的原理進(jìn)行簡單介紹，然后對微波能污水、污泥處理技術(shù)在生活污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，最后分析了微波能處理污水的效果。

微波能；污水污泥處理；生活污水處理

1 概述

某污水處理廠生活污水裝置建于1996年，處理污水規(guī)模為400 t/h，此裝置使用生物化學(xué)和物理化學(xué)的方法，通過利用沉砂池、曝氣池、生物濾池、二沉池等處理設(shè)施將水中的有害污染物除去，污水經(jīng)過處理后可以達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足公司節(jié)能減排的要求，污水處理廠用微波能污水處理技術(shù)對二沉池出水進(jìn)行處理，污水經(jīng)過處理后水質(zhì)滿足了規(guī)定要求，并且節(jié)省了水資源。

2 微波能處理水污染的原理

2.1 微波簡介

微波波長是0.001～1m，頻率為300～300000MHz，屬于超高頻電磁波，其波動特性主要包括反射、透射、干涉、衍射、偏振及能量傳遞等，通常從物體接收微波的能力按照物質(zhì)來分，可劃分為微波導(dǎo)體、微波吸收體、微波絕緣體。其中，微波導(dǎo)體主要是非極性分子構(gòu)成的物質(zhì)，不可以吸收微波但可以傳導(dǎo)微波；微波絕緣體主要是金屬物質(zhì)，既不可以吸收微波也不可以傳導(dǎo)微波；微波吸收體主要是極性分子構(gòu)成的物質(zhì)，可以吸收和傳導(dǎo)微波，如水就是一個典型的微波吸收體物質(zhì)，水的組成成分是水分子，水分子通過兩個氫原子和一個氧原子以104°45’鍵角的H—O鍵構(gòu)成，水分子的非直線形結(jié)構(gòu)使得水分子正負(fù)極分開，進(jìn)而構(gòu)成了微觀上的偶極矩，是一種極性很強(qiáng)的分子結(jié)構(gòu)。

同時，水分子的直徑和分子間距幾乎相差不大，直徑范圍是1.9×10-10～2.3×10-10m，水分子極化的時間和微波運(yùn)行周期相同，這將會使水分子的偶極矩在微波場的作用下很容易由最初的熱運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)殡S微波電磁場作用的高頻交變的排列取向運(yùn)動。例如，2 450 MHz的微波場中水分子做高頻交變?nèi)∠蜻\(yùn)動的頻率為24.5億次/秒，由于水分子間相互劇烈磨擦、碰撞使得物質(zhì)之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)變和能量傳遞，此時微波能量會急速轉(zhuǎn)變成水分子的內(nèi)能，在外表現(xiàn)出的就是水對微波的高吸收效應(yīng)。

2.2 微波處理污水作用機(jī)理

（1）微波能處理污水時，由于污水主要成分是強(qiáng)極性的水分子，屬于良好的微波吸收體。高頻交變的微波電磁場作用于整個體系中的極性水分子，使其偶極矩以很高的運(yùn)動頻率迅速轉(zhuǎn)動、碰撞，使整個體系內(nèi)部形成了高速的能量轉(zhuǎn)變和能量傳遞，體系中的各類分子，如強(qiáng)極性污染物分子、弱極性污染物分子、非極性污染物分子等，不斷吸收微波能進(jìn)而產(chǎn)生能級躍遷，使那些不穩(wěn)定狀態(tài)的高能級不斷降低該反應(yīng)的活化能，使污水處理體系在的各類化學(xué)反應(yīng)速率加快。在利用微波能處理污水過程中，整個污水處理體系中的各類水分子均在高頻交變微波電磁場力的作用下主動或被動迅速進(jìn)行高頻交變的取向運(yùn)動，加大了反應(yīng)體系的混亂度。同時，由于各物質(zhì)分子在反應(yīng)過程中隨著碰撞、摩擦的發(fā)生均直接（或間接）進(jìn)行了能量轉(zhuǎn)換，將微波能不斷轉(zhuǎn)換為物質(zhì)本身的內(nèi)能，進(jìn)而加大了整個反應(yīng)體系的熵值，促使那些無法自發(fā)反應(yīng)的反應(yīng)開始進(jìn)行。

（2）微波可以促進(jìn)誘導(dǎo)催化反應(yīng)。微波吸收體屬于“敏化劑”，微波作用下可以促使“敏化劑”的局部位點轉(zhuǎn)化為活化中心，成為催化劑或催化劑載體，促進(jìn)微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)[1]。

（3）微波可以殺死污水細(xì)菌。高頻交變微波電磁場中帶電菌體在反應(yīng)體系內(nèi)將會形成高速運(yùn)動離子流，加速各種摩擦、碰撞反應(yīng)，促使菌體空間結(jié)構(gòu)變化，蛋白質(zhì)變性進(jìn)而失去活性；同時還會使細(xì)菌、病原體的排列聚合狀態(tài)、運(yùn)動規(guī)律發(fā)生變化，且微波電磁場的離子流會改變細(xì)菌細(xì)胞膜周圍電荷的排布，使膜屏障作用損壞，減弱Na-K泵的作用，形成膜功能障礙，進(jìn)而使細(xì)胞正常新陳代謝功能損壞，造成細(xì)菌生長抑制、終止甚至死亡。

3 微波能在污水處理中的應(yīng)用

3.1 污水處理工藝流程

污水處理工藝流程如圖1所示。本廠處理的污水均由二沉池出水而來，通過污水管線自動流入生活污水調(diào)節(jié)池，經(jīng)過經(jīng)污水提升泵將污水提高流入混凝反應(yīng)池1#并加放敏化劑，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)后流入相鄰的混凝反應(yīng)池2#后流進(jìn)混凝反應(yīng)池3#，加放聚合鐵，待反應(yīng)完全后分成五部分依次進(jìn)入5臺微波反應(yīng)器處理，待處理完成后經(jīng)三路出水流入3座沉淀過濾一體機(jī)內(nèi)，待完成沉淀過濾后流入清水池，經(jīng)過化驗室化驗達(dá)標(biāo)后借助回用水泵施壓提升到各用水點位置，依次作為循環(huán)水補(bǔ)水或綠化用水[2]。經(jīng)過沉降過濾一體機(jī)排出的污泥將流入污泥池，通過污泥泵運(yùn)輸至污泥處理的濃縮罐，借助離心機(jī)脫水后泥渣運(yùn)往渣場進(jìn)行填埋處理。

圖1 生活污水深度處理裝置工藝流程圖

3.2 微波發(fā)生器開啟數(shù)量

微波發(fā)生器運(yùn)行效果和生活污水深度處理裝置的進(jìn)水量多少有著重要的關(guān)系，而微波發(fā)生器的平穩(wěn)運(yùn)行效果直接關(guān)系到回用水的質(zhì)量。因此為保障微波發(fā)生器可以正常平穩(wěn)地運(yùn)行，需充分結(jié)合來水量多少實時調(diào)控微波發(fā)生器的開啟數(shù)量。為充分把握每天來水量的變化情況，對一周內(nèi)每隔2 h進(jìn)行水量記錄統(tǒng)計，對一周不同時段的平均來水量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形繪制，得出變化趨勢如圖2所示。由圖2可知，每天不同時段的平均來水量有一定的波動，其中白天最高來水量可達(dá)357 t/h，在凌晨2點后下降至最低，為100 t/h以下。因此通過來水量的大小實時調(diào)控微波發(fā)生器的開啟數(shù)量，可以有效保障污水處理效果，同時降低對設(shè)備的損壞，延長設(shè)備使用壽命。微波發(fā)生器功率為1 000 W，在將含水率為80%的污泥處理到30%時，能耗為929 W·h/t,成本為每處理1t污泥650元（0.7元/千瓦時）。有關(guān)部門按照微波發(fā)生器80t/h的處理量對來水量范圍和微波發(fā)生器開啟數(shù)量進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定：當(dāng)來水量小于80 t/h時，不開啟微波發(fā)生器；當(dāng)來水量為80～160 t/h時，開啟1臺微波發(fā)生器；當(dāng)來水量為160～240 t/h時，開啟2臺微波發(fā)生器；當(dāng)來水量為240～320 t/h時，開啟3臺微波發(fā)生器；當(dāng)來水量大于320 t/h時，開啟4臺微波發(fā)生器。通過對該項規(guī)定的嚴(yán)格執(zhí)行，使得微波發(fā)生器跳停次數(shù)大大減少，提升了微波發(fā)生器的平穩(wěn)運(yùn)行率。

圖2 一周內(nèi)不同時段平均來水量變化曲線

3.3 藥劑投放

微波發(fā)生器的污水處理效果與藥劑投放量的多少有密切關(guān)系。通過試驗發(fā)現(xiàn)，為實現(xiàn)最佳的污水處理效果，混凝池1#和3#內(nèi)部的最佳pH值應(yīng)把控在10.5～11.5和7.0～7.5。由此發(fā)現(xiàn)，混凝池pH值調(diào)控范圍很小，故污水處理時操作人員需嚴(yán)格按照在線pH值儀器顯示的pH值，實時調(diào)節(jié)兩種藥劑的投放量，盡可能微調(diào)，保障混凝池內(nèi)污水pH值滿足設(shè)計要求。

3.4 沉降過濾一體機(jī)排泥處理

污水深度處理裝置出水SS含量和沉降過濾一體機(jī)排泥頻次有著密切關(guān)系。通過試驗，整理沉降過濾一體機(jī)出水SS含量和排泥間隔時間的關(guān)系見表1。由表1可知，不是排泥頻次越高，出水SS含量越小。由于污泥沉降需要一定周期，排泥頻次越高，導(dǎo)致污泥沉降效果越低，出水SS含量越大，引起出水SS超標(biāo)。此外，伴隨排泥間隔時間的增大，出水SS含量也在不斷增加，這是因排泥頻次減小，使得池體內(nèi)污泥沉降的積累量大量增多，對沉降過濾一體機(jī)的污泥處理造成影響。由試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，出水SS含量最低的最佳排泥頻次是4h/次。

表1 沉降過濾一體機(jī)排泥出水SS含量和時間間隔的關(guān)系

4 微波處理污水效果

收集2015年3—12月期間經(jīng)過生活污水深度處理裝置的進(jìn)出口水的COD和SS的平均含量值，計算分析污染物去除率。計算得到：通過深度處理裝置處理的污水中COD去除率范圍是58.7%～69.2%，SS去除率范圍是63.3%～70.4%，處理后的污水COD和SS的平均含量分別為18.5 mg/L和10.2 mg/L，水質(zhì)符合回用需求。圖3和圖4是2015年3～12月生活污水深度處理的進(jìn)出水COD和SS比較，由圖可以發(fā)現(xiàn)，生活污水深度處理裝置處理后的污水中污染物可以有效除去。

圖3 深度處理裝置進(jìn)出口COD含量比較

圖4 深度處理裝置進(jìn)出口SS含量比較

5 結(jié)語

綜上所述，使用微波技術(shù)在處理生活污水方面有良好的處理效果，經(jīng)過處理后污水COD去除率達(dá)到了58.7%，SS平均去除率達(dá)到了63.3%。在處理污水過程中，開啟微波發(fā)生器會對設(shè)備的穩(wěn)定性以及處理效果造成影響，因此要根據(jù)水量及時對微波發(fā)生器的開啟臺數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

[1]王劍紅，嚴(yán)蓮荷，周申范，等.微波技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2003，23(4)：18-22.

[2]李黨生，丁杭軍.微波技術(shù)在分析檢驗與污染治理中的應(yīng)用[J].安全與環(huán)境工程，2003，10(3)：42-45.

[3]李宏訓(xùn).微波能污水處理技術(shù)簡介[J].北京水利，2004(2)：58-59.

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1009-7716（2017）04-0113-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.033

2016-12-07

巨寶慶（1972-），男，甘肅蘭州人，高級工程師，從事蘭州新區(qū)綜合保稅區(qū)管理委員會工作。