微波技术在环境污染治理中的研究进展

1、微波技术在环境污染治理中的研究进展第 26 卷第 4 期 2010年 8 月 湖南有色金属 HUNANN0NFERROUSMETALS43 ? 环保?微波技术在环境污染治理中的研究进展 冯海强(湖南有色金属研究院 ,湖南长沙 410015)摘要 :微波作为一种新型的能源 ,与传统加热相比 ,具有选择性加热 ,加热速度快 ,热 效率高和便 于控制等特点 .文章着重介绍了微波技术在去除废水 ,废气 ,土壤和固体废弃物中 污染物的应用和 研究进展情况 ,微波技术在实际应用方面有很广泛的前景 . 关键词:微波;环境治理 ;研究;进展中图分类号 :x5 文献标识码 :A 文章编号 :1003 5540(

2、2010)04004303 微波技术是在 20 世纪才发展起来的一门新技 术 .它首先应用在电视 ,广播 ,通信技术中 ,自上 60 年代人们才开始利用其热效应进行工业生产过程 .近几年来微波以其快速 ,均匀,节能 ,环保等诸多优 点已逐渐成为一种新型的能源 ,而且微波加热与传 统加热不同 ,传统加热是由外部热源通过热辐射由 表及里的传导加热 ,与之相比 ,微波加热具有选择性 加热 ,加热速度快 ,热效率高和便于控制等特点 ,越 来越多地被应用于化学工业 ,制药工业 ,环境保护等 各个领域 ,进行加热 ,干燥 ,催化,萃取,"三废"处理和环境监测等 .本文着重介绍微波技术在

3、去除废 水,废气,土壤和固体废弃物中污染物的应用和研究 进展情况 .1 微波技术对水中污染物的去除Chih JuGJou和H.S.tai在活性炭,微波共 同作用下处理了溶液中的苯 ,甲苯,二甲苯及苯酚 . 先将污染物吸附到颗粒活性炭上 ,然后用微波辐射 吸附了污染物的活性炭 .结果表明微波辐射 90s 后，苯,甲苯被完全降解成CO2和H20,240s后苯酚 被完全降解成CO2和H2O.实验发现在微波辐射 下,活性炭粒子问产生弧光并且很快变得火红 ,此时 的温度可达1200E以上，在这样高的温度下有机污 染物很快分解成 CO2 和 H20.在国内，邹宗柏等E2首先用活性炭吸附废水中作者简介 :冯

4、海强（1981 一）,男,助理工程师 ,主要从事环境影响评价 工作.的磺基水杨酸 ,然后将滤出的活性炭微波辐照使其 再生,实验表明活性炭在微波炉的低火下辐照 40S 即可将表面的有机污染物彻底氧化 .王金成等 l3,4J 分别以活性炭和经过镍改性的活性炭为催化剂,微波诱导催化氧化处理废水中的活性艳蓝KNR 染料,结果表明 ,镍改性的催化效果明显优于未改性活 性炭的催化效果 ,活性炭使用前后的比表面积几乎 没有变化 ,两者的脱色动力学均符合一级反应动 力学.破乳除油是微波在污水处理的研究与应用较成 功的方面 .微波加热可加速油水分离过程 ,主要是 由于加快了水中油滴的上升速度和凝聚速度 .Fan

5、g 等 51 研究了植物油一水一硅藻土乳浊液的微波加热 分离 ,并与常规加热及不加热重力沉降进行了比较 . 结果表明 ,微波加热明显加快了油水分离 ,且在相同 条件下 ,微波加热比常规加热有更好的油的回收率 , 不加热单靠重力沉降时 ,在 60min 内,油水不进行 分离,60min以后油水才开始分离. 2微波技术对气态污染物的去除 由于微波在空气中具有较好的穿透深度 ,并且 在穿透过程中能量损耗较少 ,具有较好的工业化应 用前景 ,所以微波在废气治理领域中得到了广泛的 应用.对于污染气体的微波处理 ,可以借助于炭或活 性炭的强烈吸收微波能力形成高温 ,从而将吸附于 活性炭表面的污染气体分解.

6、ChangYulCha等l_6J 进行了微波消除NOx实验研究.先让NOx气体通 湖南有色金属第 26 卷过炭床吸附 ,饱和后进行微波辐照 ,此时吸附的NO与C反应生成W 2和CO2.NO的去除率可达 98%.微波辐射除去 NO 的同时也使碳床获得 再生 ,而且再生后对 NO 的吸附能力和吸附速率有 明显的提高张达欣等人I7J通过两种操作方式研 究了 NO和SO2的微波一炭还原，在微波作用下， NO或SO2均被炭还原.实验中发现,NO和SO2的 反应效率和反应温度随微波功率增加而增加 .此 外,催化剂 CuC1 的添加有利于反应效率的提高 .般废气中除了 SO2和NOx外，还有大量的N2,H2

7、0,CO2和02.Wojtowicz等人【j认为微波这 种高频电磁波具有高能性 ,能激发和电离 N,H0, CO2和02,形成各种活性基团和自由电子,从而与 SO,和 NO 反应.D.Martin - l.利用 2.45GHz微 波直接处理燃煤废气中的SO和NO,在微波加热 作用下形成的活性基与SO2和NO结合生成SO3 和NO2,在水中形成H2SO4和HNO3,达到处理目 的.马文等11利用微波辐射进行了 FeS催化H2s 分解为H2和s的实验研究.实验表明，硫化氢的分 解转化率与硫化氢的浓度，催化剂FeS的用量及微 波辐照时问有关 ,在最佳条件下硫化氢分解转化率 可达87.95%.Jou等

8、人l_1J用颗粒活性炭吸附苯，甲 苯和二甲苯 ,吸附后的活性炭用微波辐照 ,检测表明 所有的有机物均被氧化为CO2和H2O,活性炭表面 的温度高达12001800C,活性炭床层有电弧出 现3 微波对土壤中污染物的去除 常压下用微波辐射含有有机污染物的土壤 ,可 使有机污染物降解.RudolphA等人l13,Hj研究了土 壤中多氯联苯等有机物的微波降解 ,发现在一些催 化剂（如CI12O,A1,Zn,NaOH,盐酸等）存在下微波 辐射含有污染物的土壤 ,大部分污染物可被降解掉 . 降解的原因是在催化剂存在的条件下 ,土壤被加热 到很高的温度（1000C以上）,从而使有机污染物被 氧化分解成二氧化

9、碳 ,水及无机盐类 .在减压 ,低温条件下微波辐射可以除去土壤中 易挥发的有机污染物.George等研究了低温减 压条件下用微波净化含有甲苯 ,二甲苯的土壤 ,他们 发现,在低温（100 r以下）减压条件下，微波辐射很 容易使土壤中的甲苯 ,二甲苯挥发掉 （进入吸收塔）, 并且不会分解 .并用此法清理了土壤中的五氯苯酚 （沸点310oC）.土壤中加入炭屑（平均直径为10 mm）可加快其升温速度（这是因为炭屑有很强的微 波吸收能力 ,所以微波照射时其温度迅速上升 ,从而 导致土壤的温度升高 ）,提高对污染物的去除率 .实 验表明，对含五氯苯酚300g/g的土壤，微波辐照 45min 后,五氯苯酚

10、的去除率为 20%,当加入 40% 的碳屑后 ,去除率可提高到 60%.4 微波技术在固体废弃物处理方面的 应用微波在处理废弃物时有如下优点【 163:污染物明 显减容 ;适于污染物原位处理 ;处理过程迅速 ,适应 性好,并可采用远程控制 ;设备便于携带 ,机动性好 ; 安全性高 ,减少了人暴露于处理废物的时间 ;使用清 洁能源等 .微波技术的这些特点决定了它在固体废 弃物处理中有着极为广泛的应用前景 . 傅大放等【 ",j 研究了微波加热对污水厂污泥 的处理效果 ,结果表明 ,污泥经微波辐照处理后 ,氮, 磷,有机质的含量有所降低 ,但仍是很好的有机肥原 料,污泥的卫生学指标 （以

11、大肠杆菌菌群数为评价指 标）能达到控制标准的要求 . 微波辐照技术可应用于医疗垃圾的灭菌消毒处 理.WernerCurt等1193研究发现，在一定的条件下, 用微波对浸湿粉碎的医疗垃圾进行灭菌消毒处理 , 细菌和毒素能被彻底消灭 ,而且废物体积减少了 60%90%,更适合于掩埋处理.与传统的焚烧法 相比,微波法不会产生有害的烟气和飞灰 ,降低了火 灾和爆炸的危险 ,而且时间短见效快 .微波焚烧在处理废印刷电路板（PCB），回收贵 金属的研究及专利亦有报道 .其方法通常先将废印 刷电路板粉碎 ,用微波将其加热至低沸点有机物挥 发或燃烧 ,使低熔点金属锡 ,铅熔化而分离出来 ,再 继续加热至一定高

12、温 ,使污染物熔化成玻璃化物质 , 高熔点的金属银 ,金等就分离出来并可回收利用 ,玻 璃化物质可用作建筑材料 .该方法既对有用成分进 行分离回收利用 ,又避免了传统处理方法造成的二 次污染.微波技术在废旧轮胎的回收利用方面的应用也 有许多研究 .采用微波加热 ,在有极性化合物存在 的条件下 （如硫化橡胶含有这种官能团 ）,适当的能 量即可打开C c键I.,.目前已有利用微波处理 废旧轮胎的工厂 ,利用该法能够回收 36%的炭,33% 的产品为高质量活性炭和其它炭化产品 （石油烃 等）,残余的 H2,CH4 混合气可用于系统的热源 .该 第 4 期冯海强 :微波技术在环境污染治理中的研究进展

13、45 处理过程采用封闭处理（惰性N2）,避免生成二恶 英,油烟和灰22.此外微波技术还可以用于建筑垃 圾,包装废物 ,放射性有毒废物等的处理 .5 结论微波技术具有快速 ,均匀,节能,环保等优点 ,同 时与传统加热相比 ,还具有选择性加热 ,加热速度 快,热效率高和便于控制等特点 ,致使微波技术快速 地应用于环保领域 .微波技术逐渐走出实验室阶 段,投入实际的应用当中 ,在废水 ,废气,土壤和固体 废弃物中污染物去除中有很大的前景 .参考文献 : I1jHuaShahTai,ChihJuG.Jou.AppIicationofgranuIaractivated carbonpackedbedre

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