USF+电磁波技术在石油化工废水处理中的应用

曹建明，王忠民，韩力伟

(中持水务股份有限公司，北京 100010)

1 微波水处理技术

微波是频率在300兆赫到300千兆赫之间的电磁波，它在空间以光速30万km/s直线传播。当被它辐照的物料是极性分子时，后者在极高速变化的微波作用下，分子的极性取向将随之发生快速变化，从而加剧分子运动及其内部变化，此时微波能量转化为热能、化学能等其它能量，使物料产生新的物理化学等变化，从而达到应用微波能加工的目的[1]。其特点主要有以下几点：

(1) 它以极快的速度对被辐照物料直接发生作用，瞬间进行能量转换，从而大大提升了加热、干燥、杀菌、合成等反应速度。

(2) 穿透力强。对可加工的物料具有较强的穿透性。工业用微波可穿透数公分乃至数十公分，故可对一定厚度的物料进行整体性加工，且均匀性好。

(3) 节能高效。微波能对物料的作用是在辐照时发生，能量直接进行转换，无需经过“中介”传递，效力高。其加工过程较传统加工快得多，大大减少了能耗。

(4) 选择性强。微波能对物料的作用程度主要取决于物料吸收微波的特性。微波对不同物料作用各有不同，呈现出很强的选择性。人们可以据此对物料进行选择性加工。

微波化学污水处理技术的基础是“极性分子理论”。外加微波场可使水中的极性分子因趋向作用而发生频率极高的振荡运动，消耗能量而发热。在微波场中物质的吸波与否和吸波强弱，与该物质的电性质有关[2]。根据此"极性分子理论"，微波不仅可以加快化学反应，在一定条件下也能抑制反应的进行。微波对化学反应的作用除了对反应加热引起反应速率改变以外，还具有电磁场对反应分子间行为的直接作用而引起的所谓“非热效应”。·OH是一种非常活跃的物质，具有很高的活性，而在水分子的周围存在着很多的灰体，这些物质如同一座无形的屏障，束缚了·OH的自由活动，从而导致水体自净功能大大下降，水体污染加剧。微波能够冲破这座无形的屏障，重新释放出·OH，从而能够加速水体的净化[3]。

2 微波与USF的耦合技术

然而，许多有机化合物都不直接明显地吸收微波，但可以利用某种强烈吸收微波的“敏化剂”把微波能传给这些物质而诱发化学反应。利用这些“敏化剂”就可以在微波辐射下实现某些催化反应，这就是所谓微波诱导催化反应。高强度连续微波辐射聚焦到某种“敏化剂”的表面，由于"敏化剂"表面点位与微波能的强烈相互作用，微波能将被转变成热能，从而使某些表面点位选择性的被很快加热至很高温度(例如很容易超过1400℃)[4]。尽管反应其中的水没有明显升温，但当水中的有机污染物与受激发的表面点位接触时却可以发生反应。“敏化剂”的作用不仅仅在于把热能聚焦，而且还可以借它与反应物和产物相互作用的选择性而影响反应的进程。微波化学污水处理技术就是利用微波对化学反应的这些作用，对水中的污染物通过物理及化学作用进行降解、转化，从而实现污水净化的目的。

要取得良好的微波处理效果，水中应包含污染物种分子、添加剂、悬浮物、有机物种等几种物质。而强化絮凝沉淀是近年来国内外城市污水深度处理研究的热点，在污水处理的研究中历时已久，由于投加絮凝剂运行费用较高，所以一直阻碍其在实践中的发展。近年来，廉价、高效絮凝剂的迅速涌现，使化学强化一级处理工艺的基建费用、运行费用都低于二级处理，且其总磷的去除率很高，在国外城市污水处理中已经开始应用。由于它适应我国国情，在国内也得到了普遍的重视，并且已经取得了一定的研究成果。强化絮凝沉淀包括两个过程：混合过程和絮凝反应过程。混合是反应第一关，也是非常重要的一关。在这个过程中应使混凝剂水解产物迅速地扩散到水中的每一个细部，使所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并凝聚，这样才能得到好的絮凝效果。而在此过程中，絮凝剂选择的正确与否关系到该工艺环节处理效果的好坏。

Unsymmetrical Super Floculation Powder(USF)絮凝剂是一种强效通用型絮凝剂，USF正是利用微波处理中的"极性分子理论"而设计生产的分子不对称型絮凝剂，对微波具有较强的吸收能力，不仅起絮凝作用，同时也充当了微波处理中的"敏化剂"的作用。且USF不含有害化学物质(多为植物提取物)，不产生二次污染。反应时间短，对COD、BOD、重金属、SS等有较高的去除率。USF絮凝剂是干粉投加，PH适用范围较宽，可适应酸性、碱性、中性等多种不同性污水，不需要分级处理，可将污水混合处理。USF机分为搅拌区和沉淀区，废水与药粉一起搅拌混合充分反应，然后进入后面的沉淀区进行固液分离，达到去除污染物之目的。采用投加USF药剂与微波物化相结合的方式对污水进行处理,其特点是微波对流体中的不同物质进行选择性分子加热；微波对流体中的吸波物质的物化反应具有强烈的催化作用，流体中的固相微粒在微波场中能迅速汇聚沉降与水分离，由于微波加热是吸波物质分子直接加热，所以废水置于微波场中，不但温升迅速，而且微波能量非常集中，并且在较低温度下就能杀灭细菌和藻类等微生物。由于微波对流体的穿透作用，置于微波场中的流体表现为加热非常均匀；由于流体中吸收微波能的物质分子可直接将微波能转化成热能，因此不会给被处理流体带入任何新的污染物，而且节省综合耗能。

3 USF+微波处理石化废水

石油化学工业是以石油为原料，以裂解、精炼、分馏、重整和合成等工艺为主的一系列有机物加工过程，其生产中产生的废水成分复杂、水质水量波动大、污染物浓度高且难降解，污染物多为生物难降解有毒有害的有机物。不同的化工废水，其水质差异很大。以化学需氧量为例，较低的也在250～3500mg/L之间，高的常达每升数万毫克，甚至几十万毫克；另外，有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等，可生化性差，废水色度高。特别是一些毒性大，抑制生物降解和高浓度废水，传统的生物法或物化法很难对其进行有效处理。随着水资源的日益紧张和人们环境保护意识的加强，石油化工废水的处理技术逐渐成为研究的热点。USF+电磁波耦合水处理技术是水处理领域中的一次重大进步，是一代具有突破性、创新性、广谱性的水处理技术，对石油化工废水针对性强，去除效果好，该技术可实现污水处理工程的实用、高效、节能、环保、低运行费用。经过国内数个工程检验，USF+电磁波耦合技术对石油化工废水有较好的处理效果。

其工艺具体流程包括：

(1)经pH调节后，石化废水进入USF超强效凝集剂反应腔后5～7min，污水中的污染物悬浮物即形成颗粒状胶羽，泥水快速分离并沉淀，水中的大部分COD、BOD、氨氮、磷等已被降解脱除，沉入脱水系统的泥土被脱水固化。

(2)经过处理过的水进入电磁波腔、通过电磁波能作用对水中剩余的污染物产生热化与膨化、电离与催化而进行分级处理，再一次将含有COD、BOD、N、P等进行深度的氧化分解和脱除，确保产出水质达标，并有效杀灭水中的细菌病毒和病原体。

(3)经过电磁波处理后的水最后进入磁悬系统予以处理，通过磁悬对水中残余污染物进行氧化、还原、中和、凝聚、气浮分离。把水中残余的污染物和异味彻底去除，使产出的水清澈透明。

USF+微波耦合技术主要特点包括：该组合技术突破传统的水处理技术，将微波能、化学能、机械能三能结合，替代了传统的复杂工艺，属国内外水处理技术的最新突破，处国际先进国内领先水平；卓越的去除COD、BOD、SS和N、P的能力；有效地杀灭水中的病原体，清除细菌病毒彻底；处理后的水可提高水中生物活性氧、增强生物的生存环境条件；占地面积小，可节省70%～90%的土地，运行费用低，短期内可收回投资；产出水质好；确保实现中水回用；可处理石化废水和各类高难度工业废水，成本低、效益高。

[1] 冷东梅.石油化工废水处理技术应用研究进展[J].化学工程与装备， 2009(12):129-134.

[2] 梁桂玲.化工废水污染状况及主要处理对策探析[J].资源环境与节能减灾,2009(10):122-123.

[3] 赵雅芝，刘希涛，全 燮,等.颗粒活性炭吸附微波辐照工艺处理高浓度五氯酚废水的研究[OL].[2017-12-29].http://www.chinacitywater.org/xsdt/xslw/czgps/download/1168421672593.pdf.

[4] 古昌红,傅 敏,余纯丽,等.在微波辐射下用ACF处理吲哚溶液的实验研究[J].重庆环境科学,2003,25(3):29-31.