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1、微波水處理技術(shù)第二次世界大戰(zhàn)后,微波技術(shù)進(jìn)一步迅速發(fā)展,不僅系統(tǒng)研究了微波技術(shù)的傳輸理論,而且向著多方面的應(yīng)用發(fā)展,并且一直在不斷地完善。我國開始研究和利用微波技術(shù)是在20世紀(jì)70年代初期,首先是在連續(xù)微波磁控管的研制方面取得重大進(jìn)展,特別是大功率磁控管的研制成功,為微波技術(shù)的應(yīng)用提供了先決條件。20世紀(jì)80年代,我國開始生產(chǎn)微波爐,到目前為止,已經(jīng)發(fā)展有家用微波爐、工業(yè)微波爐等系列產(chǎn)品,產(chǎn)品質(zhì)量接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,微波技術(shù)的研究向著更高頻段毫米波段和亞毫米波段發(fā)展。 微波是一種高頻電磁波，波長范圍在1mm-1m之間，頻率0.3GHz-300GHz。具有許多類似光的

2、特性，比如在空氣中以光速沿直線傳播，地球同步軌道高度大約36000公里，微波1/8秒即可到達(dá)，幾乎沒有時(shí)間延遲。 微波武器主要由高功率發(fā)射機(jī)，大型高增益天線和瞄準(zhǔn)，跟蹤，控制等系統(tǒng)組成。微波能量密度達(dá)到0.01微瓦/平方厘米，-1微瓦/平方厘米時(shí)，可使相應(yīng)波段雷達(dá)癱瘓，達(dá)到10瓦/平方厘米-100瓦/平方厘米時(shí)，可燒毀任何此波段的電子元器件。并且還可以無視防御和裝甲直接殺死內(nèi)部的工作人員。 微波武器可用于攻擊衛(wèi)星、彈道導(dǎo)彈，巡航導(dǎo)彈、飛機(jī)、艦艇、坦克、通信系統(tǒng)以及雷達(dá)、計(jì)算機(jī)設(shè)備，尤其是指揮通信樞鈕、作戰(zhàn)聯(lián)絡(luò)網(wǎng)等重要的信息戰(zhàn)的節(jié)點(diǎn)和部位。使目標(biāo)遭受物理性破壞，并喪失作戰(zhàn)效能，其破壞的程度達(dá)到不

3、能修復(fù)的程度。穿透性穿透性選擇性加熱選擇性加熱物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對微波的吸收能力就強(qiáng)，相反，介質(zhì)損物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對微波的吸收能力就強(qiáng)，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。物質(zhì)耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對微波具有強(qiáng)吸收能力。不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，

4、介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對微波具有強(qiáng)吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對較小，其對微波的吸收能力比水小得多。因此，對于食品來說，含水量的多而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對較小，其對微波的吸收能力比水小得多。因此，對于食品來說，含水量的多少對微波加熱效果影響很大。少對微波加熱效果影響很大。熱慣性小熱慣性小微波對介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，升溫速度快。另一方面，微波的輸出功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，微波對介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，升溫速度快。另一方面，微波的輸出功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，不存在不存在“ “余熱余熱” ”現(xiàn)象，極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化

5、生產(chǎn)的需要。現(xiàn)象，極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。似光性和似聲性似光性和似聲性非電離性非電離性微波的量子能量還不夠大，不足與改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子之間的鍵（部分物質(zhì)除外：如微波可對廢棄橡微波的量子能量還不夠大，不足與改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子之間的鍵（部分物質(zhì)除外：如微波可對廢棄橡膠進(jìn)行再生，就是通過微波改變廢棄橡膠的分子鍵）。再有物理學(xué)之道，分子原子核在外加電磁場的周期力作用下所膠進(jìn)行再生，就是通過微波改變廢棄橡膠的分子鍵）。再有物理學(xué)之道，分子原子核在外加電磁場的周期力作用下所呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段

6、。另一方呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用這一特性，還可以制作許多微波器件面，利用這一特性，還可以制作許多微波器件信息性信息性 直接輻照法是指把廢水直接放在微波場中照射。使用微波輻射技術(shù)，建立了鄰苯二甲酸二辛醋生產(chǎn)廢水處理工藝。在微波輻射功率為5OOW，輻射處理5 min的工藝條件下，廢水的COD由648mg/L降至70.1 mg/L, COD去除率為89.2%，廢水的pH對處理效果幾乎沒有影響。 林莉等分別以中等濃度氨氮的焦化生化處理外排水和含高濃度氨氮的焦化蒸氨廢水為處理對象，采用微波技術(shù)進(jìn)行脫氮處理研究。結(jié)果表明

7、:對于初始濃度為331 mg/L的生化外排水，當(dāng)pH值11時(shí)，微波處理3min后氨氮濃度降為6mg/L;對于初始濃度為1350mg/L的高濃度蒸氨廢水，當(dāng)pH值為11時(shí)，微波處理5 min后氨氮濃度降至54mg/L。該研究為中高濃度氨氮廢水處理提供了新思路。 Satoshi Horikoshi等采用微波技術(shù)降解經(jīng)Ti02懸浮液光降解后的羅丹明一B染料。由于微波輻照大大加快了反應(yīng)過程中形成輕基游離基，提高了Ti02的表面活性，從而促進(jìn)了對羅丹明一B染料的降解效率。 處理污水中的有機(jī)污染物常用的一種方法是活性炭吸附法，但吸附后的活性炭表面有機(jī)物卻難以處理。研究表明:利用微波加熱解吸可消解污水中的有

8、機(jī)物?；钚蕴课椒ㄊ侵赶葘⑽廴疚镂降交钚蕴勘砻?，然后將活性炭濾出，置于微波場中輻射，使污染物降解，同時(shí)使活性炭再生并有利于有機(jī)物的消解和回收利用。微波技術(shù)深度處理焦化廢水昆鋼煤焦化有限公司安寧分公司硝化-反硝化污水處理系統(tǒng) （A-A-0 工藝系統(tǒng)） 于 2001 年 10月建成投產(chǎn)， 系統(tǒng)處理后的出水揮發(fā)酚、 氰化物、氨氮等污染物指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)， 但出水色度較高， COD 平均濃度指標(biāo)接近國標(biāo)臨界值， 未能達(dá)到生產(chǎn)回用的水質(zhì)要求。 每年經(jīng) A-A-0 工藝處理外排的焦化廢水約為 2106m3， 對環(huán)境水體造成一定污染。 為此， 昆鋼開發(fā)了微波技術(shù)處理焦化生化出水工藝系統(tǒng)， 處理后的焦化廢

9、水全部在昆鋼內(nèi)回用， 實(shí)現(xiàn)了焦化生產(chǎn)廢水 “零排放” 物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的前提是分子必須發(fā)生有效碰撞和反應(yīng)物分子具備足夠大的能量。由于相互碰撞的分子價(jià)電子云之間存在強(qiáng)烈的靜電排斥力，只有能量足夠大的分子在碰撞時(shí)才能以能量足夠大的動(dòng)能克服價(jià)電子云之間的排斥力。在微波對其吸波物質(zhì)穿透振蕩時(shí)，有效地減少相互碰撞的分子價(jià)電子云的靜電排斥力，從而克服價(jià)電子云之間的排斥力，使原有化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成獲得強(qiáng)大的外能量作用。微波可使分子平均能量升高，在所有分子普遍獲得能量的基礎(chǔ)上，更多的分子成為活性分子，這就增加了活性分子的百分?jǐn)?shù)，使單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)顯著增加。介質(zhì)通過微波場，可以提高分子碰撞的概率

10、，增加分子的碰撞能量和碰撞時(shí)間，改變分子能量的類型和碰撞的方位，從而加快化學(xué)反應(yīng)速度。 偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)理:當(dāng)物質(zhì)被置于微波場中，物質(zhì)中的微觀粒子可產(chǎn)生四種類型的極化，即電子極化、原子極化、界面極化和偶極轉(zhuǎn)向極化，其中對于物質(zhì)的加熱偶極轉(zhuǎn)向極化起主導(dǎo)作用。 微波輻照液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，由于液體分子內(nèi)電荷分散于兩端，正負(fù)電荷的分布不均使液體分子產(chǎn)生瞬間偶極，瞬間偶極影響著液體分子的極性，液體分子的極性又影響著化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)溫度的上升程度及速率。當(dāng)微波輻照反應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，溶劑分子吸收微波提供的能量，無規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇，液體溫度隨即升高，系統(tǒng)中物質(zhì)和混合速度和反應(yīng)速度也因此而加快。微波作用的非熱效應(yīng)機(jī)理 微

11、波的熱效應(yīng)己被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在水處理方面也有頗多實(shí)例。但也有研究表明，微波作用有時(shí)比起傳統(tǒng)的加熱方式并沒有產(chǎn)生更好的效果在一些化學(xué)反應(yīng)中增加了副反應(yīng)的發(fā)生，而針對某些反應(yīng)微波起到了明顯的加強(qiáng)作用。因此，諸多現(xiàn)象說明微波輻照作用不僅具有眾所周知的“熱效應(yīng)”，也存在著鮮為人知的“非熱效應(yīng)”，即微波作用的選擇性、不均一的能量效應(yīng) 本文對間歇式微波一enton法預(yù)處理抗生素廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，選擇了COD和可生化性作為本次實(shí)驗(yàn)的主要水質(zhì)指標(biāo)，分析了單因素下微波功率、初始pH、反應(yīng)時(shí)間、七水合硫酸亞鐵投加量、雙氧水投加量和微波輻照時(shí)間對COD去除率和可生化性的影響。結(jié)果表明，對于COD為2200

12、0mg/L的高濃度抗生素廢水，采用微波一fenton技術(shù)可以使廢水COD去除率達(dá)到27.33%，可生化性從0.12提高至0.419，廢水的可生化性明顯升高。 采用動(dòng)態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，反應(yīng)器中加入一定量活性炭，并保持其中的水量為100 mL，進(jìn)水流量為12 mL/min，同時(shí)向水中曝氣，曝氣量為1 L/min。原水在反應(yīng)器中的水力停留時(shí)間約為8 min，通過溢流的方式出水。待微波處理10 min后于取樣口開始取樣，進(jìn)行NH3一N和COD濃度的連續(xù)測定。對于 NH3-N 的去除，不加活性炭時(shí)去除率可達(dá) 81 2% ，隨著活性炭用量的增加處理效果呈下降趨勢，其原因主要有兩點(diǎn): 一是活性炭浮在廢水表面，阻礙了氨氣的逸出; 二是由于活性炭會(huì)暫時(shí)性吸附水中的 NH3-N，導(dǎo)致 NH3-N 難以去除 試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著微波功率的增加，NH3 去除率顯著上升，此結(jié)果與己有的研究結(jié)果一致。同時(shí)，COD的去除率也逐漸上升。這是因?yàn)殡S著微波功率