微波能污水、污泥處理技術在生活污水處理中的應用

巨寶慶

（蘭州新區綜合保稅區管理委員會，甘肅 蘭州 730000）

微波能污水、污泥處理技術在生活污水處理中的應用

巨寶慶

（蘭州新區綜合保稅區管理委員會，甘肅 蘭州 730000）

微波能污水處理技術是一種簡單有效的污水處理技術，通過利用微波選擇性地加熱流體中的物質，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，并產生沉降，進而達到污水處理的目的。以實際工程為例，首先對微波能處理水污染的原理進行簡單介紹，然后對微波能污水、污泥處理技術在生活污水處理中的應用進行了探討，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，處理污水規模為400 t/h，此裝置使用生物化學和物理化學的方法，通過利用沉砂池、曝氣池、生物濾池、二沉池等處理設施將水中的有害污染物除去，污水經過處理后可以達到一級排放標準。為了滿足公司節能減排的要求，污水處理廠用微波能污水處理技術對二沉池出水進行處理，污水經過處理后水質滿足了規定要求，并且節省了水資源。

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來分，可劃分為微波導體、微波吸收體、微波絕緣體。其中，微波導體主要是非極性分子構成的物質，不可以吸收微波但可以傳導微波；微波絕緣體主要是金屬物質，既不可以吸收微波也不可以傳導微波；微波吸收體主要是極性分子構成的物質，可以吸收和傳導微波，如水就是一個典型的微波吸收體物質，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鍵構成，水分子的非直線形結構使得水分子正負極分開，進而構成了微觀上的偶極矩，是一種極性很強的分子結構。

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動轉變為隨微波電磁場作用的高頻交變的排列取向運動。例如，2 450 MHz的微波場中水分子做高頻交變取向運動的頻率為24.5億次/秒，由于水分子間相互劇烈磨擦、碰撞使得物質之間進行能量轉變和能量傳遞，此時微波能量會急速轉變成水分子的內能，在外表現出的就是水對微波的高吸收效應。

2.2 微波處理污水作用機理

（1）微波能處理污水時，由于污水主要成分是強極性的水分子，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動頻率迅速轉動、碰撞，使整個體系內部形成了高速的能量轉變和能量傳遞，體系中的各類分子，如強極性污染物分子、弱極性污染物分子、非極性污染物分子等，不斷吸收微波能進而產生能級躍遷，使那些不穩定狀態的高能級不斷降低該反應的活化能，使污水處理體系在的各類化學反應速率加快。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行高頻交變的取向運動，加大了反應體系的混亂度。同時，由于各物質分子在反應過程中隨著碰撞、摩擦的發生均直接（或間接）進行了能量轉換，將微波能不斷轉換為物質本身的內能，進而加大了整個反應體系的熵值，促使那些無法自發反應的反應開始進行。

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

（3）微波可以殺死污水細菌。高頻交變微波電磁場中帶電菌體在反應體系內將會形成高速運動離子流，加速各種摩擦、碰撞反應，促使菌體空間結構變化，蛋白質變性進而失去活性；同時還會使細菌、病原體的排列聚合狀態、運動規律發生變化，且微波電磁場的離子流會改變細菌細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，進而使細胞正常新陳代謝功能損壞，造成細菌生長抑制、終止甚至死亡。

3 微波能在污水處理中的應用

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節池，經過經污水提升泵將污水提高流入混凝反應池1#并加放敏化劑，充分攪拌反應后流入相鄰的混凝反應池2#后流進混凝反應池3#，加放聚合鐵，待反應完全后分成五部分依次進入5臺微波反應器處理，待處理完成后經三路出水流入3座沉淀過濾一體機內，待完成沉淀過濾后流入清水池，經過化驗室化驗達標后借助回用水泵施壓提升到各用水點位置，依次作為循環水補水或綠化用水[2]。經過沉降過濾一體機排出的污泥將流入污泥池，通過污泥泵運輸至污泥處理的濃縮罐，借助離心機脫水后泥渣運往渣場進行填埋處理。

圖1 生活污水深度處理裝置工藝流程圖

3.2 微波發生器開啟數量

微波發生器運行效果和生活污水深度處理裝置的進水量多少有著重要的關系，而微波發生器的平穩運行效果直接關系到回用水的質量。因此為保障微波發生器可以正常平穩地運行，需充分結合來水量多少實時調控微波發生器的開啟數量。為充分把握每天來水量的變化情況，對一周內每隔2 h進行水量記錄統計，對一周不同時段的平均來水量數據進行圖形繪制，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控微波發生器的開啟數量，可以有效保障污水處理效果，同時降低對設備的損壞，延長設備使用壽命。微波發生器功率為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）。有關部門按照微波發生器80t/h的處理量對來水量范圍和微波發生器開啟數量進行了相關規定：當來水量小于80 t/h時，不開啟微波發生器；當來水量為80～160 t/h時，開啟1臺微波發生器；當來水量為160～240 t/h時，開啟2臺微波發生器；當來水量為240～320 t/h時，開啟3臺微波發生器；當來水量大于320 t/h時，開啟4臺微波發生器。通過對該項規定的嚴格執行，使得微波發生器跳停次數大大減少，提升了微波發生器的平穩運行率。

圖2 一周內不同時段平均來水量變化曲線

3.3 藥劑投放

微波發生器的污水處理效果與藥劑投放量的多少有密切關系。通過試驗發現，為實現最佳的污水處理效果，混凝池1#和3#內部的最佳pH值應把控在10.5～11.5和7.0～7.5。由此發現，混凝池pH值調控范圍很小，故污水處理時操作人員需嚴格按照在線pH值儀器顯示的pH值，實時調節兩種藥劑的投放量，盡可能微調，保障混凝池內污水pH值滿足設計要求。

3.4 沉降過濾一體機排泥處理

污水深度處理裝置出水SS含量和沉降過濾一體機排泥頻次有著密切關系。通過試驗，整理沉降過濾一體機出水SS含量和排泥間隔時間的關系見表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，導致污泥沉降效果越低，出水SS含量越大，引起出水SS超標。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，使得池體內污泥沉降的積累量大量增多，對沉降過濾一體機的污泥處理造成影響。由試驗結果發現，出水SS含量最低的最佳排泥頻次是4h/次。

表1 沉降過濾一體機排泥出水SS含量和時間間隔的關系

4 微波處理污水效果

收集2015年3—12月期間經過生活污水深度處理裝置的進出口水的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出水COD和SS比較，由圖可以發現，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 深度處理裝置進出口COD含量比較

圖4 深度處理裝置進出口SS含量比較

5 結語

綜上所述，使用微波技術在處理生活污水方面有良好的處理效果，經過處理后污水COD去除率達到了58.7%，SS平均去除率達到了63.3%。在處理污水過程中，開啟微波發生器會對設備的穩定性以及處理效果造成影響，因此要根據水量及時對微波發生器的開啟臺數進行調整。

[1]王劍紅，嚴蓮荷，周申范，等.微波技術在環境保護領域中的應用[J].工業水處理，2003，23(4)：18-22.

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

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

X703

B

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，從事蘭州新區綜合保稅區管理委員會工作。