基于分子共振技术在废水处理中的机理分析及工艺改进

杨皓景

（成都嘉祥外国语学校,四川成都，610023）

基于分子共振技术在废水处理中的机理分析及工艺改进

杨皓景

（成都嘉祥外国语学校,四川成都，610023）

随着工业化的不断发展，废水的排放已严重污染了生态环境，废水的净化处理是当前研究的热点之一。针对分子共振技术研究现状，探讨了电磁波技术在废水处理中的机理分析，以及电磁波技术在废水处理中的技术特点和研究进展，提出了一种二次微波技术处理生活污水的工艺改进。

分子；共振；废水；电磁波技术

0 引言

共振是将很小的周期振动产生很大的振动现象，为整个系统提供和储备更多的能量。目前，共振已从宏观的机械物体，发展到现代的微观分子共振技术，分子共振是当今社会研究的热点之一。分子共振是通过电磁波技术使得分子在物质内部不断运动，但不改变其分子本身的结构，被科学界应用于工业生产、食品行业及环境保护中[1]，具有不直接接触材料，高效快速的加热功能。其中吴振宇[2]等人分析了污泥脱水技术的现状，电磁波污水处理技术已得到了广泛的研究。霍莹[3]等人利用了微波技术分析了废水的试验研究，取得了比较明显的效果。但是目前微波技术仅限于实验室研究成果较多，而在实际的污水处理中微波处理的效果还需进一步完善，以达到废水处理的排放标准，提高废水的处理效果，是具有更广阔的应用前景。

1 分子共振

1.1分子共振原理

由共振现象可知，自然界中的物体能够在某些特定频率下，比一般频率以更大的振幅做振动。对于分子本身，同样具有共振现象，即分子也具有特定的固有频率，若对某种分子传递一种接近其固有频率的电磁波，分子的固有振动和外界传递的振动便会相叠加，分子在这种特定频率下发生剧烈的振动，振动幅度达到最大。

1.2分子共振技术的应用

分子共振技术在核磁共振中能够有效探测生物体内的结构和功能[4]，现有分子共振技术主要分为两种，一种是水分子共振技术，另一种是非水分子共振技术。该技术主要应用在磁共振影响技术中，其中水分子的成像是通过间接性方法表示水分子的中子，这与生物内部的分子探针成像方法不同，生物体内的成像方法具有双重作用，主要采用核磁共振的过程改变水分子，并由分子探针改变生物内部相关联的分子形成过程。非水分子主要是化学位移的成像，通过核磁共振在生物体内的有关化合物作为探针，将化学位移成像的方法测定体内分布。

分子共振技术还应用在金属镀件上，通过电磁波促使分子发生共振现象，在金属原子的内部发生振动，使得金属产生热量。在常见的铝合金分子共振化学镀中，引入波长与镀液几乎相近的电磁波，使得化学镀镀液分子发生共振，引起镀液温度升高，从而达到施镀温度，随着电磁波作用的不断增加，氧化还原反应将会发生在镀件表面上，得到金属离子。因此，形成镀层的新型、节能、高效化学镀工艺。

分子共振技术目前主要应用于微波技术中，使得水分子频率与微波炉的频率相当，其中水分子的频率为2.5×109HH zz，微波炉的频率为2450MHz，从而使得振幅最大，通过分子在变化的磁场下运动产生热量，使得温度快速上升，达到加热的目的。

2 废水处理的机理分析

2.1废水

废水在物理和化学指标相对于可利用的水发生改变而无法直接被利用，需要经过净化、制纯处理等措施才能再次被利用的水。人类生产生活中无时无刻在产生着废水，如生活废水、工业废水、农业废水等。以前，由于废水处理技术的限制，大多废水被直接排入江河湖海和土壤，造成了巨大的污染。随着现代科技的发展，废水净化和制纯技术的出现，越来越多的废水得意进入专门的污水处理工厂进行处理，以使其再次利用，避免污染环境。

2.2电磁波分子能量的变化

电磁波分子的能量变化是通过电磁波对极性分子的热效应，若双原子分子都是刚性转子，分子动能为

从上式中可知，分子的质量和运动速度不同，则分子的动力也不相同。从分子的电性角度来看，在没有外电场时，大量分子的偶极矩的总是为零，不会产生热量。当有外电场时，分子的偶极矩不为零，其分子运动加剧。理论上认为分子的动能最大时,其热效应最好。电磁波的不同频率对不同分子的影响也不相同，从而使得电磁波引起不同分子达到反应的最佳能量状态的频率不应相同。因此，分子要达到共振频率，则需要一个合适的电磁波频率。

2.3水分子共振能量

水分子的相互夹角为104.5º，两个O-H键组成极性分子。可将每个水分子看作一个谐振，假如谐振的质量为m ，间距为a ，第n 号振子的位移为Sn。若只考虑两个振子间的相互耦合，其相邻振子的作用力[5]为

因此，可以将水分子作为共振波来处理研究，水分子中氢和氧之间的电子形成一个共价键，由于氧一侧的电子分布更近，则更需要电子，从而形成了氧一侧带“-”电，氢一侧带“+”电。在正常情况下，水分子处于混乱无序状态。当在水分子上加上电场时，水分子将会定向排列，若在变化的电场作业下时，水分子将会通过偶极矩作用下转动，产生大量能量。如果电磁波的频率达到水分子的频率，即可实现共振，国外学者已经得出正常水在25℃的谐振频率[6]，促使了电磁波技术的发展。

2.4废水物分解过程

采用电磁波技术将废水中的废弃物生成沉淀，使其废水得到净化的目的，是目前废弃物处理的新型领域[8]。废水的分解过程如下：

在电磁波作用下，有机物和水分子生成阳离子。

废水在电磁波作用下与水分子发生离子交换。

水分子在电磁波作用下生成氢氧根离子。

处理剂在电磁波作用下活性变强。

处理剂和废弃物合生成沉积物，GG为沉淀物。

氢氧根离子和有机物在电磁波作用下生成有机物。

生成的有机物和处理剂生成沉淀。

3 微波技术处理生活污水工艺改进

图1 微波处理生活污水工艺

废水中含有大量的有机污染物，其中生活污水属于日常影响最为重要的部分。生活污水中含有大量的淀粉、脂肪及尿素等物质，生活污水中的洗涤剂不容易被生物分解，磷极易引起水体富营养化。生活污水中含有多种病原体，每毫升中有几百万细菌，PH值在6-9之间。采用微波处理生活污水是通过微波与添加剂的作用下，使其发生物理化学反应，生成不可溶解的沉淀，将气体从水中分离出来。生活污水中难解的是有机污染物，通过微波和添加剂的作用下，分解成大块絮团沉淀和小分子，磷转化为磷酸盐沉淀，氨氮转化为氮气。但是在目前现有的微波技术处理生活污水中存在一次性微波处理效果不明显，仅限于实验室的有限量的生活污水的处理，排放的标准未达到要求，尤其是废水所含成分不同时，所需微波处理的时间不同，电磁波辐射的不均匀，使得废水达不到净化目的。为了进一步的提高微波技术处理的生活污水的能力，对微波反应器的废水进行二次处理，具体的微波处理工艺如图1所示。

4 结论

利用分子共振原理，分析分子在电磁波作用下的能量变化过程，充分利用电磁波技术高效、快速的处理废水。对于目前利用微波技术处理生活污水效果不明显的情况，提出了二次利用微波技术进一步处理生活污水的改进工艺。推广应用微波处理废水技术，有利于水资源的持续利用，从而取代废水难处理、处理不达标及处理再污染等问题，为当今的生态环境及社会经济可持续发展做出贡献。

[1]王剑虹，严莲荷，周申范等．微波技术在环境保护领域中的应用[J].工业水处理，2003，23（4）：18-22

[2]吴振宇，刘宾，夏晓华等. 污泥脱水技术研究现状[J].应用技术，2011，23（8）

[3]霍莹, 张莹, 张艳芳, 陈军, 李亮, 阮晓磊. 利用微波技术处理化工废水的试验研究[J].化工科技市场，2010，33（1）

[4]雷皓. 磁共振分子影像技术[J].波谱学杂志，2003，20(2)

[5]廖小丽.毫米波生物效应的水分子谐振机理[J].电子科技大学学报，2002，31(1)

[6] Katin A Ya. Duration of Action of the Water. Charged by mm-Wave Radiation, on the Human Organism. Millimeter Waves in Biology and Medicine, Moscow, 1996, (8): 63-64

[7]杨微，刘友春. 微波化学技术在污水处理中的应用[J].应用工艺研究，2013(6)

图2 裂纹深度对爬波波高的影响

可以看出，随着裂纹深度的增加，爬波回波高度也逐渐增加。但由于爬波一般在表面以下9mm范围内进行传播，因此，当缺陷深度超过9mm时，波高基本不变。这也是支柱瓷绝缘子检测时，采用波高方式对裂纹深度进行判断的原因。

4 小结

本论文研究了超声波纵波、横波、小角度纵波和爬波检测支柱瓷绝缘子的方法。主要研究了爬波探头入射角度，分析了爬波探头指向性和声能，设计了合理的爬波探头角度进行检测。

（1）对爬波探头的折射角进行分析，测定出绘制不同角度爬波探头晶片入射距离波幅曲线数据。

（2）通过用可变角度探头的模拟结果，验证了爬波角度的改变对实际爬波超声波检测的实际探伤效果。

（3）分析了爬波探头在理论角度±3度之内的声场的声束指向性，并根据实验获取了最优化的数值。

参考文献

[1]熊茂华基于ARM9嵌入式的多功能无损检测仪[J]-仪表技术与传感器 2008（1）:16-18

[2]何存富.刘溯.刘增华.张易农.吴斌小波降噪在钢绞线缺陷检测中的应用[J]-机械工程学报 2008（7）:118-122

[3]吴斌.颉小东.刘增华.何存富厚壁管道周向导波检测技术实验研究[J]-实验力学 2011（5）:625-631

Mechanism analysis and process improvement of wastewater treatment based on molecular resonance technology

Yang Haojing
( Chengdu jiaxiang Foreign Languages Shool,Chengdu Sichuan,610023)

With the continuous development of industrialization, wastewater discharge has seriously polluted the ecological environment. Aiming at the research status of molecular resonance technology, analyzes the mechanism of electromagnetic wave technology in wastewater treatment, technical characteristics and research progress of electromagnetic wave technology in wastewater treatment, a two sewage treatment process of microwave technology improvement.

Molecular; resonance; wastewater; electromagnetic wave technology