微波污水处理技术

一.微波污水处理原理

微波对流体中物质进行选择性加热，对吸波物质有低温催化作用；能够加速流体中固、液分离；具有低温杀菌、均匀加热、迅速升温、快速穿透等功能。达到去污除浊杀菌的效果，不产生二次污染。

将污水送入2450兆赫的微波场中，根据“极性分子理论”，极性分子在微波场作用下，发生高频振荡，消耗能量而发热。在单位体积内的物质，被吸收的（转化为热能损耗）微波功率Pa，与电场（磁场）强度E、物质的损耗角正切tgδ和频率f成正比。物质吸收的微波能全部转化为热能，Pa即为单位时间内，单位物质体积中产生的能量。tgδ即为物质的介电常数。微波除了能加速反应之外，还具有分子间直接作用而引起的“非热效应”。反应的程度除了与反应类型有关外，还与微波的强度、频率、调制方式及环境条件有关。对有些不能直接与微波反映的有机化合物，可通过添加剂把微波能传给这些物质而诱发化学反应。在添加剂的作用下温度迅速升高（例如很容易超1400℃）。水中的污染物是在添加剂与微波的共同作用下，发生剧烈的催化、物理化学反应，转化成不可溶物质或气体从水中分离，水中的大分子、难降解有机污染物在微波及添加剂的共同作用下，被分解为小分子，与添加剂结合成速沉絮体物去除，金属离子可直接与添加剂合成速沉絮体物沉淀，氨氮转化为氨气逸出，水中磷转化为不可溶解磷酸盐沉淀去除。对水中的污染物通过物理及化学作用进行降解、转化，从而达到污水净化。

反应过程：

   P: 水分子、污染物分子

   M: 添加剂

   SS: 悬浮物

   R: 有机物

微波能的化学作用：能够极化水分子及有机化合物分子，使有机化合物与添加剂之间形成过渡态产物，降低氧化和分解有害有机化合物所需要的活化能，使反应加速进行。

微波能的物理作用：能够加热和极化水及污染物分子，提高氧化和分解有害有机化合物所需要的反应条件，达到反应所需要的活化能。

能够加热和极化水及污染物分子，使絮凝剂与污染物之间形成的共聚物的沉淀反应更完全、更快速。

微波在处理水中污染物的同时，也能杀灭水中的细菌、藻类等微生物。其作用原理是由于微波辐射的热效应，即微波辐射场照射生物体，引起生物体组织器官的加热作用而产生的生理影响和抑制、伤害作用。组成细胞的极性分子在外加微波场的作用下迅速升温发热，从而导致生物体细胞组织温度升高。当微波功率密度较大，生物体产热过多，超过了体温调节能力，生物体的温度平衡功能失调，发生生理功能紊乱，进而死亡。

二.工艺流程及适用范围

1.微波工艺流程

微波污水处理工艺与传统的污水处理工艺相比，其优点是工艺流程大大简化，且减少大量的管网工程，对进水的pH，浓度、温度等无特殊要求。工艺流程图见图2-1。

工艺流程

格栅：清除污水中较大颗粒.砂石、木块、塑料等大块杂物；

调节池：调节水量和水质，降低对后续处理构筑物的冲击负荷；

混合器：将污水与投加的1＃、2＃添加剂进行充分混合与振荡；

微波反应器：污染物与添加剂进行物理化学反应以及微波低温催化的物化反应；

沉降过滤设备：实现固液分离，达到排放或回用目的，污泥则脱水外运或用作其他用途。

水中污染物是在添加剂与微波的共同作用下，发生剧烈的催化、物理化学反应，转化成不可溶物质或气体从水中分离，水中的大分子、难降解的有机污染物在微波及添加剂的共同作用下，被分解为小分子，与添加剂结合生成速沉絮体物去除；金属离子可直接与添加剂结合生成速沉絮体物沉淀；氨氮转化为氨气逸出；水中磷转化为不可溶解磷酸盐沉淀去除。

2微波技术特点

工艺流程短，絮凝沉淀速度快，占地面积小。用微波污水处理技术日处理2500吨水的工程，总占地面积不到300m2，其中微波能水处理机组设备仅占地64 m2，约为普通活性污泥法处理工艺的1/6—1/10（传统方法总占地面积大于2000m2）。

    工程投资强度低，建设工期短。由于设备本身的独特性，不必铺设庞大的管网和水池，土建简单；设备结构紧凑，且为组块拼装式，施工安装快捷方便，大大缩短工期，日处理量为2500m³­­­的单套机组的工程安装半个月左右即可完成。设备运行时，每小时耗电仅为40度，折合0.4度/吨水，计算综合运营成本约为0.5～1.2元/吨水。

表2-1：生活污水处理设备价格与运行费用的比较

调试周期短。由于工艺流程短，没有多个单元的繁杂的调试和联机调试阶段，一般调试过程只需几天即可进入连续运行。

杀菌灭藻能力强。微波对菌、藻类有高频穿透作用，杀伤能力极强，在短时间内杀灭微生物，有很强的杀菌灭藻功能，其中蓝藻在微波场中只需非常短的时间，就可汇聚成大颗粒变黄沉降与水分离。

适应性强，处理效率高。微波污水处理技术可广泛应用于市政污水、工业废水、小区中水回用等行业的水处理。出水可达标排放或再利用。

由于该工艺的特殊性，在操作过程中可以实现随时开机停机，并且不影响出水效果，调试简单快捷。

实现工程小型分散化、设备化。直接堵住污染源头，省掉城市建设中埋设庞大的地下长距离排污管网。

表2-2. 微波污水处理技术与几种常用工艺对比表

3.适用范围

（1）.生活污水：市政（生活小区）、大型酒店宾馆、 休闲旅游度假村生活污水处理及中水回用；

（2）.工业废水：如医院污水、印染污水、电镀污水、造纸废水、电厂循环水、石化污水、洗水厂污水、酒精制糖污水、淀粉厂污水、填埋场垃圾渗滤液、生禽养殖屠宰场废水、选矿提炼厂污水等；

（3）.江河湖泊污水净化

（4）.海水淡化 根据客户的需求我们可以做到达标排放而且可以做到中水回用。

三.微波处理污水分析

生活污水主要源于日常生活，废水中含有大量的有机污染物，其中包括化粪池溢流出水，厨房洗涤水以及其它洗涤用水等，生活污水的特性主要是：（1）氮、磷、硫含量高，在生活污水中含有大量纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质和尿素等；（2）含有大量合成洗涤剂和磷，洗涤剂不容易被生物降解，磷可以引起水体富营养化；（3）含有多种微生物，如每毫升生活污水中就含有几百万个细菌，并含有多种病原体。生活污水的化学好氧量（COD）含量不高，一般在250～500mg/l之间，PH值在6～9之间。采用微波水处理工艺时，水中污染物是在添加剂与微波的共同作用下，发生剧烈的催化、物理化学反应，转化成不可溶物质或气体从水中分离，水中的大分子、难降解的有机污染物在微波及添加剂的共同作用下，被分解为小分子，与絮凝剂结合成大块絮团沉淀；氨氮转化为氨气逸出；水中磷转化为不可溶解磷酸盐沉淀。

          图3-1. 微波污水处理技术流程框图

表3-1 对于城市生活废水微波处理法和现行常规法的比较

2工业废水

（1）.高浓度有机废水（酒精、酵母、淀粉）

   高浓度有机废水主要控制的污染物为COD、BOD、SS等，其污染物浓度高，COD值通常大于2000mg/L，有的甚至达到每升上万毫克。传统工艺在处理此类废水时，常采用UASB厌氧发酵＋氧化法来处理，工艺处理时间长，约72～96小时，而且在脱硫时对DO的控制非常严格，否则会有恶臭的H2S气体产生，同时反应温度高，需要维持在中温35℃，能耗高；在回收沼气能源时不稳定，排放水的COD值大于150mg/L。

微波污水处理，对高浓度有机废水处理，不需要加热控温装置和脱硫预处理设施，微波工艺处理时间仅为30min，远远低于传统方法的72～96小时。

.对比分析

以日处理2000吨高浓度有机废水为例：

（2).电镀废水

电镀废水特点：一般电镀废水中含有CN－1、Cr6＋、Cu2＋、Ni＋等重金属及有毒类污染物，传统工艺需要分类收集，进行预处理后再进行混合混凝化学处理，废水处理结果与前期分类收集密切相关。

传统方法在处理电镀废水时，工艺流程复杂，占地面积大、废水反应时间长、投资运行成本高、运行管理复杂（废水的分类）等难题。

微波处理工艺

微波处理电镀废水，只需要将废水中的含铬废水和地面收集水经还原剂单独处理即可，整个工艺流程简单，占地面积小、投资强度低、运行管理简单。

.微波处理电镀废水与传统工艺的比较：

传统工艺对电镀厂的废水，要采用分类、收集、综合处理的方法，将电镀废水分为含铬废水、含氰废水、综合废水，收集后进行集中处理，才能达到预期的效果。由于电镀企业对镀件进行除油、除锈、除腊时，排放的废水中含有大量的表面活性剂、光亮剂、油类、重金属以及高含量的氰化物等诸多因素的影响，CODCr的排放值远高于国家一级排放标准。废水中大量的重金属、氰化物等有毒物质，采用传统的生化法进行处理时面临极大的困难。我公司采用微波污水处理工艺对前处理废水进行了中试，并顺利完成了对该前处理废水的治理工程。结果表明，微波处理污水的工艺不仅降低了该工程投资，而且还使其污水处理能力和处理效果大大提高。其水质监测结果见表3-3。

表3-3：电镀废水处理监测结果          单位：毫克/升（PH、色度除外）

    微波污水处理技术对电镀厂前处理水的处理工程经过长时间运行，充分体现了以下几点：

a、微波污水处理工艺对CODcr、NH3-N、动植物油、磷酸盐、LAS及Cr6＋，CN－，Cu2＋，Zn2＋，Pb，Ni，总铬等污染因子均有有效的去除率，特别是对CODcr的效果尤其明显；

b、对污水种类有较好的适应性，耐水质变化冲击能力大，能有效去除多种污染物；

c、微波工艺属物理化学法处理工艺，外界环境条件的变化不影响其处理效果；

d、微波工艺处理流程简单，完全实现了设备化，实现了全自动化控制，操作方便简单。

e、废水处理过程中废水反应停留时间只需要45分钟，远远小于传统工艺20小时以上的停留时间。

f、该工程采用原设计传统工艺占地面积约1500 m2，而采用微波处理工艺占地面积仅有150m2，仅仅是传统工艺的1/10。

g、能耗小，该工程设计总功耗为30Kw，实际运行负荷仅为24 Kw。

h、运行费用低，吨水处理费用为2元（包含所有添加剂，电费、人工费、固定资产折旧），而传统工艺的处理费用要在6元以上。

i、工程投资强度小，投资强度仅为传统工艺的1/5或1/4。

j、保证出水稳定达标，经检测各项出水指标都达到省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）所规定的标准。

 （3).线路板（PCB）废水

   废水特点：PCB板（多层板）在生产制作过程中产生各种废水、废液。主要有去墨显影类、蚀刻类、重金属酸碱类等，传统工艺需要进行分类收集单独处理，方可达标。传统工艺需要对线路板废水中的去墨显影类、蚀刻类（含大量络合铜）、重金属酸碱废水等进行分类、收集，处理工艺复杂，投资运行成本高，吨水运行成本可高达4.5元。

对比分析

2000m3/d PCB废水处理作对比，见下表

（3）.印染废水

废水特点：印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大、可生化性差等特点，属难处理的工业废水。

生化法工艺

物化法工艺

传统工艺在用生化法处理印染废水时，常采用氧化沟、A/O等工艺。该工艺要求废水的B/C值大于0.3，且水温要求

小于35℃，处理过程中必须有硝化与反硝化处理设施，使得整个处理工艺复杂，反应时间长达12～16小时，运行费用高，处理效果基本能达到国家一级排放标准。传统工艺对丝光、退浆（PVA）废水处理时，需要进行分流预处理或者碱回收，运行成本大于3.0元/吨水。 

传统工艺在用物化法处理印染废水时，受工艺所限，往往需要投加大量的脱色剂和净水剂，对硫化染料废水还应投加FeSO4除硫。处理水难达标排放，且产泥量大。

微波工艺

微波污水处理工艺流程简单，不需要传统方法的厌氧水解、脱硫等工艺，广谱性强，占地面积小，投资强度低，对印染废水的处理效果优于国家一级排放标准，脱色能力强，脱盐处理后即可回用。

对比分析

以2400m3/d 印染废水处理作对比，见下表

（4）.制革废水

盐湿生皮制革

废水特点：盐湿生皮制革产生的废水中含有大量的硫化物、铬及易产生泡沫的洗涤剂等，油脂含量高，色度高。

传统工艺

传统工艺需要将鞣革含Cr废水进行分流预处理，调节pH值在8.5，沉淀除铬后再与洗皮水混合后进入生化处理系统。传统生化处理系统（普通活性污泥法、氧化沟法、SBR法、A/O法）等容易产生恶臭的H2S气体，污泥产量大，容易造成二次污染，出水水质COD在150mg/L左右，其余污染物基本可达标排放，但排水呈微棕色。

 兰皮制革

兰皮制革产生的污水治理时要求必须将鞣革水分流除铬预处理后，在进行综合处理，不允许混流。由于兰皮制革污水的可生化性较差、化学药品、助剂及LAS（阴离子洗涤剂）浓度高，为提高生物净水灵敏度（生物代谢的BOD5碳源），通常要投加糖、面粉或尿素等以改善BOD5：N：P大于200：5：1的生物代谢养料结构，故而运行操作复杂，而且增加了处理成本，处理时间长，约为18～20小时。兰皮制革污水经分流、气浮（除泡、除LAS）缺氧水解、接触氧化及沉淀过滤后，处理水基本达标，COD可控制在100mg/L。

微波污水处理工艺对制革废水处理时，不需要分流预处理，处理水没有恶臭的H2S气体产生，适应性强，占地面积小，投资强度低，处理水的水质效果优于国家一级排放标准，脱色能力强，对处理水进行脱盐处理后即可回用。

 对比分析

以1000m3/d 制革废水处理作对比，见下表

（5）.江河湖泊污水净化

在我国工业的高速发展过程中，由于大量未经治理或未达标治理的工农业与生活污水进入河道湖泊，远远超过了它的纳污能力，使得河流湖泊受到严重的污染，氮、磷的超标排放造成了河流湖泊的富营养化，使得水质恶化变黑，动植物大量死亡。同时，许多污染物由于自身的特性以及在河流中发生的物理及化学反应而沉淀在河流湖泊底部成为河（湖）底污泥。随着未达标水的持续排入，加上底泥不断的与河水进行污染物的交换，虽然某些河流湖泊经过治理，但仍然存在着严重的污染，治标不治本，达不到地表水环境的基本要求（V类水要求）。

目前，国内外对河流湖泊水治理成功的案例往往采用河道湖泊污水治理、建筑大坝引水冲污、底泥清污等一种或几种方法相结合来治理。如下：

河道污水治理、排入污水处理：泰晤士河流域的治理采用生态处理措施与污水处理厂相结合的方式（1985年在泰晤士河流域的沃尔登兴建第一个芦苇床系统，尔后又陆续建造了23个芦苇床系统，1988年全流域运行的污水处理厂有476座，其中最大的贝克顿污水处理厂日处理能力100万吨）；

引水冲污、污泥疏浚：日本的隅田川河俄罗斯的莫斯科河均采用引水冲污、污泥疏浚的治理措施（隅田川清除河底污泥400万立方米，莫斯科河挖出800万立方米）；

建筑大坝、引水冲污：德国的鲁尔河、日本的中川等采用建筑大坝，引水冲污的方式治理，消除了河流的黑臭现象。

根据微波能水处理机组设备的处理效果及安装特点，我公司提出了江河、湖泊水的微波净化工艺：采用建筑大坝（针对河流）、河湖水治理、底泥清污的综合治理方式。

在坝体之上根据水的流量和容量设计计算微波能水处理机组设备的套数，上游拦截后的水直接进入微波能水处理机组设备进行处理，经过30min左右后，处理后的水流入下游，使得河水清澈，在治理后重新恢复河道的水域功能，能消除黑臭现象，同时经微波能水处理设备处理后的水是经过微波的强杀菌和灭藻处理，因此不会产生河水的二次污染。经沉降过滤处理后所排放的污泥还可以输送至农田作为肥料用。

通过采用成套的微波污水处理设备对部分地区河道水处理情况见下表：

经微波处理后的水氮和磷的排放远低于国家的排放标准，彻底解决了水体富营养化的问题。

（6）.海水淡化

我国是世界上13个缺水国之一，而且水资源的时空分布严重不均衡，中国的水资源占有量仅居世界第108位。2010年后，中国将进入严重的缺水期；2030年，中国将达到缺水高峰期。在许多经济发达的国家和地区，也都面临着缺水的问题。在90年代，人们已把目光投向了大海——利用海水淡化技术增加淡水的资源量。                                                            

我公司的脉冲微波能海水淡化工艺流程见图4-1。海水经脉冲微波能技术处理后产生的淡水，可适用于冲厕、冲洗道路、消防、园林绿化和建筑施工等多方面用水，而且吨水价格低于现有的用水价格

四、结论

经大量工程实践证明：微波化学污水处理技术对水中污染物有显著的去除效果。出水中的色度、硫化物、悬浮物、CODcr、BOD5、挥发酚和总磷等去除率在80％以上；出水中的氨氮和阴离子洗涤剂的去除率在45％和70％左右。沉降污泥中含有大量的磷（富集倍数为300倍左右），出泥量少，占出水量的3～5％。处理后检测项目符合《污水综合排放标准》（GB8978－1996）中的一级标准要求。另经有关权威专业部门检测，其微波漏能远远低于国家标准，证明其对人体绝对安全可靠。微波污水处理技术在国内外无先例，处于世界先进水平。

微波污水处理技术在治理江河湖泊，净化水体，改善水资源生态环境方面独具特点，可快速去污、高效杀菌，可靠除藻，达到去浊变清的目的，对水体不产生二次污染。将污水逐渐置换澄清，生成絮体物，快速沉降，覆盖于底部污泥层上，防止水质的进一步恶化。为保护人类赖以生存的自然生态环境，彻底解决水资源问题，保护我们的绿色家园，让微波污水处理技术把不可能变为可能。