微波能污水、污泥处理技术在生活污水处理中的应用

巨宝庆

（兰州新区综合保税区管理委员会，甘肃 兰州 730000）

微波能污水、污泥处理技术在生活污水处理中的应用

巨宝庆

（兰州新区综合保税区管理委员会，甘肃 兰州 730000）

微波能污水处理技术是一种简单有效的污水处理技术，通过利用微波选择性地加热流体中的物质，受微波场的影响流体中固相微粒子会快速从水中分离出来，并产生沉降，进而达到污水处理的目的。以实际工程为例，首先对微波能处理水污染的原理进行简单介绍，然后对微波能污水、污泥处理技术在生活污水处理中的应用进行了探讨，最后分析了微波能处理污水的效果。

微波能；污水污泥处理；生活污水处理

1 概述

某污水处理厂生活污水装置建于1996年，处理污水规模为400 t/h，此装置使用生物化学和物理化学的方法，通过利用沉砂池、曝气池、生物滤池、二沉池等处理设施将水中的有害污染物除去，污水经过处理后可以达到一级排放标准。为了满足公司节能减排的要求，污水处理厂用微波能污水处理技术对二沉池出水进行处理，污水经过处理后水质满足了规定要求，并且节省了水资源。

2 微波能处理水污染的原理

2.1 微波简介

微波波长是0.001～1m，频率为300～300000MHz，属于超高频电磁波，其波动特性主要包括反射、透射、干涉、衍射、偏振及能量传递等，通常从物体接收微波的能力按照物质来分，可划分为微波导体、微波吸收体、微波绝缘体。其中，微波导体主要是非极性分子构成的物质，不可以吸收微波但可以传导微波；微波绝缘体主要是金属物质，既不可以吸收微波也不可以传导微波；微波吸收体主要是极性分子构成的物质，可以吸收和传导微波，如水就是一个典型的微波吸收体物质，水的组成成分是水分子，水分子通过两个氢原子和一个氧原子以104°45’键角的H—O键构成，水分子的非直线形结构使得水分子正负极分开，进而构成了微观上的偶极矩，是一种极性很强的分子结构。

同时，水分子的直径和分子间距几乎相差不大，直径范围是1.9×10-10～2.3×10-10m，水分子极化的时间和微波运行周期相同，这将会使水分子的偶极矩在微波场的作用下很容易由最初的热运动转变为随微波电磁场作用的高频交变的排列取向运动。例如，2 450 MHz的微波场中水分子做高频交变取向运动的频率为24.5亿次/秒，由于水分子间相互剧烈磨擦、碰撞使得物质之间进行能量转变和能量传递，此时微波能量会急速转变成水分子的内能，在外表现出的就是水对微波的高吸收效应。

2.2 微波处理污水作用机理

（1）微波能处理污水时，由于污水主要成分是强极性的水分子，属于良好的微波吸收体。高频交变的微波电磁场作用于整个体系中的极性水分子，使其偶极矩以很高的运动频率迅速转动、碰撞，使整个体系内部形成了高速的能量转变和能量传递，体系中的各类分子，如强极性污染物分子、弱极性污染物分子、非极性污染物分子等，不断吸收微波能进而产生能级跃迁，使那些不稳定状态的高能级不断降低该反应的活化能，使污水处理体系在的各类化学反应速率加快。在利用微波能处理污水过程中，整个污水处理体系中的各类水分子均在高频交变微波电磁场力的作用下主动或被动迅速进行高频交变的取向运动，加大了反应体系的混乱度。同时，由于各物质分子在反应过程中随着碰撞、摩擦的发生均直接（或间接）进行了能量转换，将微波能不断转换为物质本身的内能，进而加大了整个反应体系的熵值，促使那些无法自发反应的反应开始进行。

（2）微波可以促进诱导催化反应。微波吸收体属于“敏化剂”，微波作用下可以促使“敏化剂”的局部位点转化为活化中心，成为催化剂或催化剂载体，促进微波诱导催化反应[1]。

（3）微波可以杀死污水细菌。高频交变微波电磁场中带电菌体在反应体系内将会形成高速运动离子流，加速各种摩擦、碰撞反应，促使菌体空间结构变化，蛋白质变性进而失去活性；同时还会使细菌、病原体的排列聚合状态、运动规律发生变化，且微波电磁场的离子流会改变细菌细胞膜周围电荷的排布，使膜屏障作用损坏，减弱Na-K泵的作用，形成膜功能障碍，进而使细胞正常新陈代谢功能损坏，造成细菌生长抑制、终止甚至死亡。

3 微波能在污水处理中的应用

3.1 污水处理工艺流程

污水处理工艺流程如图1所示。本厂处理的污水均由二沉池出水而来，通过污水管线自动流入生活污水调节池，经过经污水提升泵将污水提高流入混凝反应池1#并加放敏化剂，充分搅拌反应后流入相邻的混凝反应池2#后流进混凝反应池3#，加放聚合铁，待反应完全后分成五部分依次进入5台微波反应器处理，待处理完成后经三路出水流入3座沉淀过滤一体机内，待完成沉淀过滤后流入清水池，经过化验室化验达标后借助回用水泵施压提升到各用水点位置，依次作为循环水补水或绿化用水[2]。经过沉降过滤一体机排出的污泥将流入污泥池，通过污泥泵运输至污泥处理的浓缩罐，借助离心机脱水后泥渣运往渣场进行填埋处理。

图1 生活污水深度处理装置工艺流程图

3.2 微波发生器开启数量

微波发生器运行效果和生活污水深度处理装置的进水量多少有着重要的关系，而微波发生器的平稳运行效果直接关系到回用水的质量。因此为保障微波发生器可以正常平稳地运行，需充分结合来水量多少实时调控微波发生器的开启数量。为充分把握每天来水量的变化情况，对一周内每隔2 h进行水量记录统计，对一周不同时段的平均来水量数据进行图形绘制，得出变化趋势如图2所示。由图2可知，每天不同时段的平均来水量有一定的波动，其中白天最高来水量可达357 t/h，在凌晨2点后下降至最低，为100 t/h以下。因此通过来水量的大小实时调控微波发生器的开启数量，可以有效保障污水处理效果，同时降低对设备的损坏，延长设备使用寿命。微波发生器功率为1 000 W，在将含水率为80%的污泥处理到30%时，能耗为929 W·h/t,成本为每处理1t污泥650元（0.7元/千瓦时）。有关部门按照微波发生器80t/h的处理量对来水量范围和微波发生器开启数量进行了相关规定：当来水量小于80 t/h时，不开启微波发生器；当来水量为80～160 t/h时，开启1台微波发生器；当来水量为160～240 t/h时，开启2台微波发生器；当来水量为240～320 t/h时，开启3台微波发生器；当来水量大于320 t/h时，开启4台微波发生器。通过对该项规定的严格执行，使得微波发生器跳停次数大大减少，提升了微波发生器的平稳运行率。

图2 一周内不同时段平均来水量变化曲线

3.3 药剂投放

微波发生器的污水处理效果与药剂投放量的多少有密切关系。通过试验发现，为实现最佳的污水处理效果，混凝池1#和3#内部的最佳pH值应把控在10.5～11.5和7.0～7.5。由此发现，混凝池pH值调控范围很小，故污水处理时操作人员需严格按照在线pH值仪器显示的pH值，实时调节两种药剂的投放量，尽可能微调，保障混凝池内污水pH值满足设计要求。

3.4 沉降过滤一体机排泥处理

污水深度处理装置出水SS含量和沉降过滤一体机排泥频次有着密切关系。通过试验，整理沉降过滤一体机出水SS含量和排泥间隔时间的关系见表1。由表1可知，不是排泥频次越高，出水SS含量越小。由于污泥沉降需要一定周期，排泥频次越高，导致污泥沉降效果越低，出水SS含量越大，引起出水SS超标。此外，伴随排泥间隔时间的增大，出水SS含量也在不断增加，这是因排泥频次减小，使得池体内污泥沉降的积累量大量增多，对沉降过滤一体机的污泥处理造成影响。由试验结果发现，出水SS含量最低的最佳排泥频次是4h/次。

表1 沉降过滤一体机排泥出水SS含量和时间间隔的关系

4 微波处理污水效果

收集2015年3—12月期间经过生活污水深度处理装置的进出口水的COD和SS的平均含量值，计算分析污染物去除率。计算得到：通过深度处理装置处理的污水中COD去除率范围是58.7%～69.2%，SS去除率范围是63.3%～70.4%，处理后的污水COD和SS的平均含量分别为18.5 mg/L和10.2 mg/L，水质符合回用需求。图3和图4是2015年3～12月生活污水深度处理的进出水COD和SS比较，由图可以发现，生活污水深度处理装置处理后的污水中污染物可以有效除去。

图3 深度处理装置进出口COD含量比较

图4 深度处理装置进出口SS含量比较

5 结语

综上所述，使用微波技术在处理生活污水方面有良好的处理效果，经过处理后污水COD去除率达到了58.7%，SS平均去除率达到了63.3%。在处理污水过程中，开启微波发生器会对设备的稳定性以及处理效果造成影响，因此要根据水量及时对微波发生器的开启台数进行调整。

[1]王剑红，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]李党生，丁杭军.微波技术在分析检验与污染治理中的应用[J].安全与环境工程，2003，10(3)：42-45.

[3]李宏训.微波能污水处理技术简介[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

巨宝庆（1972-），男，甘肃兰州人，高级工程师，从事兰州新区综合保税区管理委员会工作。