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微波废水处理技术具有加热速度快、能耗小、出水效果好等优点。对微波助脱处理氨氮废水和微波促进还原处理含铬废水的研究表明,微波技术能弥补现有处理方法存在的缺陷,实现对这两种处理难度较大的废水的高效处理,并回收利用其中的有用物质。
介绍了微波的性质,微波加热的原理和特点,综述了国内外微波废水处理技术、氨氮废水和含铬废水处理方法的研究及进展。根据微波加热的特性提出了微波助脱和微波“助脱剂”的概念。
采用微波助脱处理初始浓度为1350mg/L的氨氮废水,研究了生石灰用量、微波辐照时间、微波功率、NH3-N初始浓度、微波“助脱剂”对NH3-N去除率和H2O去除率的影响,通过正交实验比较了各因素的影响程度,得出最优化实验条件为:取原废水的NH3-N浓度为初始NH3-N浓度,微波功率为420W,加热时间为3min,生石灰和“助脱剂”用量分别为8g/L和60g/L。经过处理,NH3-N去除率可达到87.5%,H2O去除率为8%。与水浴加热实验进行了对比,结果表明,在相同的温度下,微波加热的NH3-N去除率要明显大于常规加热法,对废水中的NH3-N具有较强的助脱作用。出水中细菌总数测定结果为88CFU/ml,杀菌率为98%,水质较好。微波的助脱机理包括微波的热效应和非热效应,其中热效应可提高加热效率,非热效应能促进分子扩散。建立了“助脱剂”传热模型,并推导了传热方程。
用自制吸附剂XFJ对经微波助脱处理的氨氮废水进行深度处理,比较了XFJ,活性炭和粉煤灰三者的吸附效果,其中以XFJ在相同的时间内,对NH3-N的吸附容量最大,当XFJ的用量为30g/L时,吸附3h,出水NH3-N浓度为10.2mg/L,可实现达标排放。
采用微波加热,以有机物MK为还原剂处理含铬废水,研究了Cr(Ⅵ)的转化率随加热温度、反应时间、Cr(Ⅵ)质量浓度、pH值和微波功率的变化,通过最陡坡法实验考察了各影响因素的交互关系,得到的最优化实验条件为:加热温度为87.5℃,反应时间为2.5min,Cr(Ⅵ)初试浓度(26g/L)和pH值(-1.5)与原废水相同,微波功率为640W。与常规加热还原法相比,微波加热还原的反应速率更快,能耗更低,反应进行得更完全,出水Cr(Ⅵ)浓度可降至0.48mg/L,能实现达标排放。出水中细菌总数测定结果为64CFU/ml,杀菌率为97.5%,水质较好。热力学研究表明还原反应可以进行的很彻底,动力学实验研究了温度、微波功率对反应过程的影响。实验数据满足一级动力学方程;根据阿伦尼乌斯公式计算出反应的活化能为5.6KJ/mol,速率常数k等于6.54 e-5600/RT。微波还原可降低反应活化能,提高反应动力学常数。
微波还原后的含铬废水经过一系列处理可制得红矾钠9.4g,产品质量符合标准。从含铬废水中回收得到的盐酸浓度随微波加热温度而变化,当微波加热温度为85℃左右时,盐酸的质量浓度为52%,可在生产中循环利用。