微波技術(shù)應(yīng)用于固體廢棄物處理系統(tǒng)

引言

　　微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1米（不含1米）到1毫米之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。近幾年來，微波的高效發(fā)熱特性的進一步開發(fā)，使得它的應(yīng)用從傳統(tǒng)的通訊領(lǐng)域轉(zhuǎn)向催化化學(xué)、材料加工、污染控制等領(lǐng)域。其中，在污染控制領(lǐng)域，特別是在工業(yè)污泥、醫(yī)療垃圾、廢舊輪胎、電子垃圾以及建筑垃圾等固體廢棄物的處理方面取得了較大的進展。

　　1　微波加熱的原理

　　1.1　微波加熱的機理

　　在微波加熱的過程中，微波能轉(zhuǎn)化為熱能的機理有2種，即偶極子轉(zhuǎn)動機理和離子傳導(dǎo)機理。

　　偶極子轉(zhuǎn)動機理是由微波輻射引起物體內(nèi)部的分子相互摩擦而產(chǎn)生熱能。自然界的介質(zhì)都是由一端帶正電荷、另一端帶負電荷的分子（或偶極子）組成。在自然狀態(tài)下，介質(zhì)內(nèi)的偶極子作雜亂無章的運動和排列，當(dāng)介質(zhì)處于電場中時，其內(nèi)部重新進行排列，變成了有一定取向、有規(guī)則排列的極化分子。當(dāng)電場方向以一定頻率交替變化時，介質(zhì)中的偶極子的極化取向也以同樣頻率轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變過程中，因分子間相互摩擦、碰撞而產(chǎn)生熱能。電場變化頻率越快，偶極子轉(zhuǎn)動的頻率也就越快，產(chǎn)生的熱效應(yīng)越強，而微波波段電磁場頻率高達108數(shù)量級，所以在微波輻射下，偶極子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的熱量相當(dāng)可觀，從而使體系在很短的時間內(nèi)達到很高的溫度。偶極子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的加熱效率取決于介質(zhì)的馳豫時間、溫度和黏度。

　　離子傳導(dǎo)機理是指可離解離子在電場中產(chǎn)生導(dǎo)電移動，由于介質(zhì)對離子的阻礙而產(chǎn)生熱效應(yīng)。離子傳導(dǎo)產(chǎn)生的加熱效率取決于離子的大小、濃度、電荷量和導(dǎo)電性。

　　1.2　微波加熱的特點

　　傳統(tǒng)加熱是利用傳導(dǎo)和對流方式進行的，首先加熱容器，容器將熱量傳導(dǎo)到物體表面，然后熱量由表面?zhèn)鬟f到物體內(nèi)部，從而獲得熱平衡條件，因此加熱需要較長時間。而加熱環(huán)境一般不可能嚴格地絕熱封閉，長時間加熱，就可能向環(huán)境散發(fā)大量熱量。而微波加熱通常在全封閉狀態(tài)下進行，微波功率以光速滲入物體內(nèi)部，及時轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽苊饬碎L時間加熱過程中的熱散失，并且可對物體內(nèi)外部進行“整體”加熱，因此，與傳統(tǒng)的加熱方式相比，微波加熱具有效率高、速度快、能耗低等特點。

　　2　微波技術(shù)在固體廢棄物處理中的應(yīng)用

　　2.1　工業(yè)污泥的處理

　　工業(yè)污泥是油和含固體碎屑的水的乳化物，全球每年產(chǎn)生的含油污泥多達幾十億噸，常規(guī)的處理工藝是：加熱破乳—離心分離—填埋。由于加熱破乳時常常使用破乳添加劑，因此產(chǎn)生的殘留物很難處理，脫油后需要填埋處理的殘渣量大，填埋費用高。美國開發(fā)了鋼廠含油淤泥的微波脫油技術(shù)，該技術(shù)是將含油和金屬的污泥與添加劑混合，然后在一個流動系統(tǒng)中接受微波輻照10min,最后通過離心分離，分離出固體物質(zhì)（主要是Fe、FeOx）、油和水。分離出的固體可重新用作煉鋼原料，油可作燃料出售。研究表明，該微波破乳脫油系統(tǒng)的處理速度比常規(guī)的脫油系統(tǒng)快30倍，處理系統(tǒng)的體積可節(jié)省90%,大幅度降低了需要填埋處理的固體廢渣，降低了填埋費用，采用微波脫油處理該鋼廠污泥，處理費用比常規(guī)處理方法降低10倍。

　　此外，以污水處理廠產(chǎn)生的污泥為原料，采用微波輻照可制備污泥活性炭。也有將污水處理廠初沉池和二沉池的混合污泥烘干，用磷酸溶液活化后，再采用400W的微波輻照260s,成功制得污泥活性炭，該活性炭的碘值為517.4mg/g。用制得的污泥活性炭處理TNT廢水，處理效率略高于粉狀商品活性炭。