微波輻照處理高濃度氨氮廢水的研究進展

　?。航陙?，我國水體氨氮污染問題日益突出，氨氮已超過COD成為影響我國地表水水環(huán)境質(zhì)量的首要指標。2011年全國排放廢水中氨氮排放量為260.4萬t，相當(dāng)于受納水體環(huán)境容量的4倍左右。隨著《“十二五”主要污染物總量控制規(guī)劃》的出臺，氨氮污染物作為繼COD之后的第二項約束性控制指標，是我國“十二五”期間污染物控制的重點。我國鋼鐵、煉油、化肥、石油化工、化學(xué)冶金等行業(yè)的氨氮排放量占全國工業(yè)氨氮排放總量的85.9%，氨氮去除率不到68%。為了徹底治理污染，除改善現(xiàn)有工藝條件、降低成本外，必須尋找經(jīng)濟有效的氨氮廢水處理技術(shù)，在污染治理的同時節(jié)能降耗、避免二次污染。而微波技術(shù)作為一種新興的加熱技術(shù)日益受到關(guān)注，并已成功應(yīng)用于廢水、廢氣、固體廢棄物處理等污染控制領(lǐng)域。筆者比較了氨氮的主要處理方法，總結(jié)了微波技術(shù)在高濃度氨氮廢水處理中的研究應(yīng)用，討論了進一步的研究方向。

　　1 氨氮的主要處理方法

　　根據(jù)濃度的不同，工業(yè)氨氮廢水可劃分為3 類：(1)高濃度氨氮廢水：NH3-N>500 mg/L；(2)中等濃度氨氮廢水：NH3-N為50~500 mg/L；(3)低濃 度氨氮廢水：NH3-N<50 mg/L。其中高氨氮濃度廢水一般來源于焦炭、鐵合金、煤的氣化、濕法冶金、煉油、畜牧業(yè)、化肥、人造纖維和白熾燈等生產(chǎn)過程。

　　目前，常用的脫氮方法包括氨吹脫法(空氣吹脫與蒸汽汽提)、生化法、折點氯化法、離子交換法和化學(xué)沉淀法。這些方法普遍具有工藝簡單、脫氮效果穩(wěn)定可靠等特點，但也存在一定的局限性。

　　傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的脫氮方法，但存在流程長、占地面積大、處理成本高等問題。隨著人們對生物脫氮過程認識的深入，新的生物脫氮理論不斷涌現(xiàn)，包括同時硝化/反硝化、亞硝酸型(短程)硝化/反硝化、厭氧氨氧化等，但目前這些理論應(yīng)用于高濃度氨氮廢水處理的研究還很少。氨吹脫法常用于高濃度氨氮廢水的預(yù)處理，但能耗大、運行成本高、出水氨氮仍偏高。折點氯化法理論上可以完全去除廢水中的氨氮，但由于加氯量大、處理成本高、產(chǎn)物存在危害性等問題，不適合處理大量的高濃度氨氮廢水。離子交換法由于吸附劑用量大、再生難，一般協(xié)同其他工藝處理高氨氮廢水。化學(xué)沉淀法用藥量大、成本高，需要進一步開發(fā)廉價沉淀劑。

　　近年來隨著國家對氨氮排放要求越來越嚴格，高濃度氨氮廢水處理日益受到研究者重視。在原有處理方法基礎(chǔ)上的改進工藝不斷涌現(xiàn)。趙賢廣等針對工業(yè)上高濃度氨氮廢水吹脫法處理存在的缺點，通過改進和優(yōu)化氨氮吹脫塔的結(jié)構(gòu)和填料，開發(fā)了一種新型循環(huán)再生復(fù)合酸氨吸收溶液，實現(xiàn)廢水中氨的資源化。中國科學(xué)院過程工程所、天津大學(xué)等單位合作開發(fā)出高濃度氨氮廢水資源化處理的全過程工藝和工業(yè)化應(yīng)用裝置。該技術(shù)通過精餾脫氨工藝量化設(shè)計，實現(xiàn)了工業(yè)高濃度氨氮廢水的資源化處理。此外，還有電化學(xué)法、催化濕式氧化法、反滲透法以及物化法與生化法聯(lián)用等技術(shù)，但由于處理成本高，多數(shù)用于高氨氮廢水的深度處理。

　　2 微波加熱的原理

　　微波是指頻率約在300 MHz~300 GHz，即波長為1 mm~1 m的超高頻電磁波。微波能被一些材料如水、碳、橡膠、食品、木材、濕紙等吸收，產(chǎn)生非常有效的即時深層加熱作用(內(nèi)加熱)。微波加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱技術(shù)的不同之處在于使物體內(nèi)部分子相互摩擦發(fā)熱，但不引起分子結(jié)構(gòu)改變，是直接加熱物質(zhì)內(nèi)部的方法。這種內(nèi)加熱的原理是樣品接受微波輻照時，在電磁場的作用下主要發(fā)生離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動。一般情況下，兩種發(fā)熱方式(離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動)同時存在。微波的內(nèi)加熱作用可在不同的深度同時加熱，使加熱更快速、更均勻、無溫度梯度、無滯后效應(yīng)等，從而大大縮短了加熱時間。劇烈的極性分子震蕩可使化學(xué)鍵斷裂，從而導(dǎo)致污染物的降解。對于氨氮廢水而言，微波對NH3分子與H2O分子的選擇性加熱使它們之間產(chǎn)生壓力差，進一步促進NH3分子與H2O分子脫離。

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