微波辐照水处理技术

我国在微波技术应用方面有近40a的历史，微波辐照技术是以电磁波传输理论为基础的新兴应用技术。1986年R.J.Giguere等〔1〕发现，引入微波辐射（MWI）可显著提高有机合成反应速率，大幅度缩短反应时间。此后微波技术逐步应用到水处理工艺中。随着水处理新工艺不断开发，微波以其反应高效快速、省时、无二次污染和能使处理工程分散化和小型化等优点而备受关注。目前，微波技术的研究和应用在生活污水、工业和农业生产废水等领域已经取得了显著的成效〔2〕。

1微波的作用原理及工艺特性

微波的加热量较低，不能激发分子进入高能级，但可以通过在分子中储存的微波能量，即通过改变分子排列的焓或熵效应来降低活化自由能。关于微波作用，可分为热效应〔3,4〕和非热效应〔5,6〕，前者使反应物分子运动加剧而选择性地升高温度，在微波电磁场作用下极性分子产生高速旋转碰撞传递能量，从而消耗了分子间的键能，打断了部分分子间的共价键，改变体系的热力学函数，降低了反应的活化能；后者则来自微波场对离子和极性分子的洛仑兹力作用，即在温度和其他指标不变的情况下，微波加热体系内部的物理特性和化学特性发生了变化，在微波场中剧烈的极性分子震荡使化学键的强度大大降低以至断裂，加大了分子的活性，提高了体系的平均动能。

根据阿伦尼乌斯理论，温度升高，速率常数也按同样的倍数增加，因为微波作用是以提高反应速率常数为主，由此可知，反应中微波的热效应起主要作用。微波加热是利用介质的介电损耗而发热，在极短的时间内使介质分子达到短暂或永久性的极化状态。电介质分子极化大约可分成原子极化、电子极化、偶极子转向极化和离子传导极化。前两者极化的弛豫时间数量级在10-13~10-12s和10-16~10-15s之间，而微波的磁场频率数量级为10-12~10-9Hz。所以，微波场不会引起原子极化和电子极化，偶极子转向极化和离子传导极化的时间与微波的频率刚好相近，所以微波介电加热主要靠这两种极化方式来实现〔7〕。

微波加热具有传统加热方法不可比拟的优势，主要是由于电磁能量是以波的形式辐射到介质内部，可达到内外同时加热、快速升温且体系受热均匀、无温度梯度存在的效果，因此热利用率较高。微波应用于水处理中，其所产生的物理效应、化学效应和生物效应可以提高流体的温度和压力，强烈促进水中物质的理化反应，如催化作用、穿透作用、反射作用、吸收作用、固体物之间的凝聚作用等。其作用特性主要包括氧化快速且高效省时、去除率大、矿化度高、不带入新的污染物、简化操作程序以及能使处理工程小型化和分散化等优点。