微波化学技术对脱氮除磷特效的研究分析

Posted 2023-01-14 脱氮除磷

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水体富营养化是世界性问题，富营养化的水体导致藻类爆发、使水体缺氧，严重危害水中的生物链，短时间内就可致水生植物和水生动物消亡腐败，恶化后的水资源将丧失使用价值。大量的事实和研究已经证明，污水中的氮和磷是导致受纳水体富营养化的主要原因之一。因此，如何经济有效地将磷和氨氮从污水中去除，让净化后的污水回归自然，是维系人与环境和谐相处的一个沉重和严肃的事情。常规的污水处理技术主要去除有机物和悬浮固体，对氮和磷的去处效率较低。许多发达国家对排放污水中的氮和磷含量都做了限定，并要求污水处理厂达到除氮除磷的要求。传统的污水脱氮除磷的技术可分为物理法、化学法和生物法等。由于不同菌的最佳生长环境不同，脱氮与除磷之间存在着矛盾。实际应用中经常出现脱氮效果好时除磷效果较差，而除磷效果好时脱氮效果不佳。因此，常规生物脱氮除磷工艺流程存在着影响该工艺有效运行的相互影响和制约的因素，主要表现为：

①厌氧与缺氧段污泥量的分配比影响磷释放或硝态氮反硝化的效果，厌氧段污泥量比例大则磷释放效果好，但反硝化效果差；反之，则反硝化效果好，而磷释放效果差；

②原污水经厌氧段进入缺氧段，磷释放与硝态氮反硝化争夺碳源，当原水中碳源不足时，磷释放或反硝化不完全；

③硝化菌世代繁殖时间长，要求较长的污泥龄，但磷从系统中被去除主要是通过剩余污泥的排放，因此要提高除磷效率则要求短污泥龄。

对于某些含高浓度氨氮的工业废水，由于碳源不足，总氮的去除率较低，所以根据常规脱氮除磷方法，在工艺技术上存在诸多问题。相对而言，微波化学污水脱磷除氮技术投资少、运行操作简单、无二次污染而被广泛应用。

微波化学污水处理工艺去除氨氮的技术原理微波对流体中物质进行选择性加热，它通过微波场对吸波物质的选择性加热、低温催化、快速穿透等功能，达到去污除浊杀菌的效果。微波化学污水处理技术的基础是“极性分子理论”。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。除此之外，微波还可以改变反应的途径。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”。微波对反应的作用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。此外，由于化学反应是一个非平衡系统，旧的物质在不断消耗，新的物质在不断生成，各相界面可能发生随机的变化；与此同时系统的宏观电磁特性也在发生变化，而且在微波辐射下这种变化还与所用的微波紧密相关。

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。高强度连续波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1400℃）。尽管反应其中的水没有明显升温，但已产生高温高压的作用，当水中的有机污染物与受激发的表面点位接触时却可发生反应。“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，使水中的胶原体絮凝沉淀，微波在处理水中污染物的时候，特别是对水中的细菌、藻类等微生物有极强的杀灭作用。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，体温上升，于是生物体发生生理功能紊乱并发生病理变化，进而死亡。水中的磷和氨氮在微波的强化下与敏化剂相结合，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，或固体氮沉入泥池中；水中磷转化为不可溶解磷酸盐沉淀去除。由此达到真正的脱氮除磷。()