USF+電磁波技術在石油化工廢水處理中的應用

曹建明，王忠民，韓力偉

(中持水務股份有限公司，北京 100010)

1 微波水處理技術

微波是頻率在300兆赫到300千兆赫之間的電磁波，它在空間以光速30萬km/s直線傳播。當被它輻照的物料是極性分子時，后者在極高速變化的微波作用下，分子的極性取向將隨之發生快速變化，從而加劇分子運動及其內部變化，此時微波能量轉化為熱能、化學能等其它能量，使物料產生新的物理化學等變化，從而達到應用微波能加工的目的[1]。其特點主要有以下幾點：

(1) 它以極快的速度對被輻照物料直接發生作用，瞬間進行能量轉換，從而大大提升了加熱、干燥、殺菌、合成等反應速度。

(2) 穿透力強。對可加工的物料具有較強的穿透性。工業用微波可穿透數公分乃至數十公分，故可對一定厚度的物料進行整體性加工，且均勻性好。

(3) 節能高效。微波能對物料的作用是在輻照時發生，能量直接進行轉換，無需經過“中介”傳遞，效力高。其加工過程較傳統加工快得多，大大減少了能耗。

(4) 選擇性強。微波能對物料的作用程度主要取決于物料吸收微波的特性。微波對不同物料作用各有不同，呈現出很強的選擇性。人們可以據此對物料進行選擇性加工。

微波化學污水處理技術的基礎是“極性分子理論”。外加微波場可使水中的極性分子因趨向作用而發生頻率極高的振蕩運動，消耗能量而發熱。在微波場中物質的吸波與否和吸波強弱，與該物質的電性質有關[2]。根據此"極性分子理論"，微波不僅可以加快化學反應，在一定條件下也能抑制反應的進行。微波對化學反應的作用除了對反應加熱引起反應速率改變以外，還具有電磁場對反應分子間行為的直接作用而引起的所謂“非熱效應”。·OH是一種非常活躍的物質，具有很高的活性，而在水分子的周圍存在著很多的灰體，這些物質如同一座無形的屏障，束縛了·OH的自由活動，從而導致水體自凈功能大大下降，水體污染加劇。微波能夠沖破這座無形的屏障，重新釋放出·OH，從而能夠加速水體的凈化[3]。

2 微波與USF的耦合技術

然而，許多有機化合物都不直接明顯地吸收微波，但可以利用某種強烈吸收微波的“敏化劑”把微波能傳給這些物質而誘發化學反應。利用這些“敏化劑”就可以在微波輻射下實現某些催化反應，這就是所謂微波誘導催化反應。高強度連續微波輻射聚焦到某種“敏化劑”的表面，由于"敏化劑"表面點位與微波能的強烈相互作用，微波能將被轉變成熱能，從而使某些表面點位選擇性的被很快加熱至很高溫度(例如很容易超過1400℃)[4]。盡管反應其中的水沒有明顯升溫，但當水中的有機污染物與受激發的表面點位接觸時卻可以發生反應。“敏化劑”的作用不僅僅在于把熱能聚焦，而且還可以借它與反應物和產物相互作用的選擇性而影響反應的進程。微波化學污水處理技術就是利用微波對化學反應的這些作用，對水中的污染物通過物理及化學作用進行降解、轉化，從而實現污水凈化的目的。

要取得良好的微波處理效果，水中應包含污染物種分子、添加劑、懸浮物、有機物種等幾種物質。而強化絮凝沉淀是近年來國內外城市污水深度處理研究的熱點，在污水處理的研究中歷時已久，由于投加絮凝劑運行費用較高，所以一直阻礙其在實踐中的發展。近年來，廉價、高效絮凝劑的迅速涌現，使化學強化一級處理工藝的基建費用、運行費用都低于二級處理，且其總磷的去除率很高，在國外城市污水處理中已經開始應用。由于它適應我國國情，在國內也得到了普遍的重視，并且已經取得了一定的研究成果。強化絮凝沉淀包括兩個過程：混合過程和絮凝反應過程。混合是反應第一關，也是非常重要的一關。在這個過程中應使混凝劑水解產物迅速地擴散到水中的每一個細部，使所有膠體顆粒幾乎在同一瞬間脫穩并凝聚，這樣才能得到好的絮凝效果。而在此過程中，絮凝劑選擇的正確與否關系到該工藝環節處理效果的好壞。

Unsymmetrical Super Floculation Powder(USF)絮凝劑是一種強效通用型絮凝劑，USF正是利用微波處理中的"極性分子理論"而設計生產的分子不對稱型絮凝劑，對微波具有較強的吸收能力，不僅起絮凝作用，同時也充當了微波處理中的"敏化劑"的作用。且USF不含有害化學物質(多為植物提取物)，不產生二次污染。反應時間短，對COD、BOD、重金屬、SS等有較高的去除率。USF絮凝劑是干粉投加，PH適用范圍較寬，可適應酸性、堿性、中性等多種不同性污水，不需要分級處理，可將污水混合處理。USF機分為攪拌區和沉淀區，廢水與藥粉一起攪拌混合充分反應，然后進入后面的沉淀區進行固液分離，達到去除污染物之目的。采用投加USF藥劑與微波物化相結合的方式對污水進行處理,其特點是微波對流體中的不同物質進行選擇性分子加熱；微波對流體中的吸波物質的物化反應具有強烈的催化作用，流體中的固相微粒在微波場中能迅速匯聚沉降與水分離，由于微波加熱是吸波物質分子直接加熱，所以廢水置于微波場中，不但溫升迅速，而且微波能量非常集中，并且在較低溫度下就能殺滅細菌和藻類等微生物。由于微波對流體的穿透作用，置于微波場中的流體表現為加熱非常均勻；由于流體中吸收微波能的物質分子可直接將微波能轉化成熱能，因此不會給被處理流體帶入任何新的污染物，而且節省綜合耗能。

3 USF+微波處理石化廢水

石油化學工業是以石油為原料，以裂解、精煉、分餾、重整和合成等工藝為主的一系列有機物加工過程，其生產中產生的廢水成分復雜、水質水量波動大、污染物濃度高且難降解，污染物多為生物難降解有毒有害的有機物。不同的化工廢水，其水質差異很大。以化學需氧量為例，較低的也在250～3500mg/L之間，高的常達每升數萬毫克，甚至幾十萬毫克；另外，有毒有害物質多，精細化工廢水中有許多有機污染物對微生物是有毒有害的，如鹵素化合物、硝基化合物、具有殺菌作用的分散劑或表面活性劑等，可生化性差，廢水色度高。特別是一些毒性大，抑制生物降解和高濃度廢水，傳統的生物法或物化法很難對其進行有效處理。隨著水資源的日益緊張和人們環境保護意識的加強，石油化工廢水的處理技術逐漸成為研究的熱點。USF+電磁波耦合水處理技術是水處理領域中的一次重大進步，是一代具有突破性、創新性、廣譜性的水處理技術，對石油化工廢水針對性強，去除效果好，該技術可實現污水處理工程的實用、高效、節能、環保、低運行費用。經過國內數個工程檢驗，USF+電磁波耦合技術對石油化工廢水有較好的處理效果。

其工藝具體流程包括：

(1)經pH調節后，石化廢水進入USF超強效凝集劑反應腔后5～7min，污水中的污染物懸浮物即形成顆粒狀膠羽，泥水快速分離并沉淀，水中的大部分COD、BOD、氨氮、磷等已被降解脫除，沉入脫水系統的泥土被脫水固化。

(2)經過處理過的水進入電磁波腔、通過電磁波能作用對水中剩余的污染物產生熱化與膨化、電離與催化而進行分級處理，再一次將含有COD、BOD、N、P等進行深度的氧化分解和脫除，確保產出水質達標，并有效殺滅水中的細菌病毒和病原體。

(3)經過電磁波處理后的水最后進入磁懸系統予以處理，通過磁懸對水中殘余污染物進行氧化、還原、中和、凝聚、氣浮分離。把水中殘余的污染物和異味徹底去除，使產出的水清澈透明。

USF+微波耦合技術主要特點包括：該組合技術突破傳統的水處理技術，將微波能、化學能、機械能三能結合，替代了傳統的復雜工藝，屬國內外水處理技術的最新突破，處國際先進國內領先水平；卓越的去除COD、BOD、SS和N、P的能力；有效地殺滅水中的病原體，清除細菌病毒徹底；處理后的水可提高水中生物活性氧、增強生物的生存環境條件；占地面積小，可節省70%～90%的土地，運行費用低，短期內可收回投資；產出水質好；確保實現中水回用；可處理石化廢水和各類高難度工業廢水，成本低、效益高。

[1] 冷東梅.石油化工廢水處理技術應用研究進展[J].化學工程與裝備， 2009(12):129-134.

[2] 梁桂玲.化工廢水污染狀況及主要處理對策探析[J].資源環境與節能減災,2009(10):122-123.

[3] 趙雅芝，劉希濤，全 燮,等.顆粒活性炭吸附微波輻照工藝處理高濃度五氯酚廢水的研究[OL].[2017-12-29].http://www.chinacitywater.org/xsdt/xslw/czgps/download/1168421672593.pdf.

[4] 古昌紅,傅 敏,余純麗,等.在微波輻射下用ACF處理吲哚溶液的實驗研究[J].重慶環境科學,2003,25(3):29-31.