摘 要 微波水處理技術、超聲波水處理技術及復合電磁場水處理技術是近年發展起來的新型水處理技術，它們在一定程度上克服了常規水處理技術的不足，在未來的水處理領域有廣闊的應用前景。本文簡要介紹了這三種水處理技術的基
本原理和應用情況。
關鍵詞 微波水處理技術 超聲波水處理技術 復合電磁場水處理技術
? ?內部水處理的任務是采用物理、化學、生物或多種處理方法聯用的技術，將水體中的污染物轉化成對環境無害的物質，并進行回收利用。常規的水處理技術往往存在工藝流程長、廢水處理設施龐大、廢水處理工程總投資巨大以及處理后的水質不穩定，對難降解的可溶性有機物、磷、氮等營養性物質處理不徹底等缺陷。這些缺陷常常在一定程度上限制了常規水處理技術的實際應用，而近年發展起來的微波水處理技術、超聲波水處理技術及復合電磁場水處理技術等新型水處理技術，則在一定程度上克服了上述缺點，成為更簡單、有效、經濟并頗具發展前景的水處理新技術。
1. 微波水處理技術
微波是指頻率為300 MHz～300 GHz的電磁波。微波水處理技術是把微波場對單相流和多相流物化反應的強烈催化作用、穿透作用、選擇性供能及其殺滅微生物的功能用于水處理的一項新型技術。微波水處理技術與常規水處理技術的比較見表1。由表1可見，微波廢水處理技術可使廢水處理工程小型化、分散化，省掉城市建設中現行廢水處理工程長距離埋設的龐大排污管網，廢水經微波處理后可100% 回收，實現水的可持續利用。微波加熱破乳可進行油水分離。加入化學試劑對油水乳濁液進行破乳會帶來二次污染，而利用微波加熱破乳進行油水分離則不會有此問題。Fang等研究了植物油-水-硅藻土乳濁液的微波加熱分離，并與常規加熱及不加熱重力沉降法進行了比較。結果表明，微波加熱明顯加快了油水分離，且在相同條件下微波加熱比常規加熱有更高的油回收率。微波加熱可加速油水分離過程，一方面是由于其加快了水中油滴的上升速度（或油中水滴的下降速度），另一方面，微波加熱可加速凝聚過程，使油滴凝聚速率加快。微波加熱油水分離研究現已進行了較大規模的現場試驗。王金成[1]等利用微波誘導催化反應，以蒽醌型染料活性艷藍KN-R 為對象，研究在活性炭存在下微波輻射處理染料廢水的可行性。結果表明，在活性炭存在下，微波輻射能使活性艷藍KN-R 溶液迅速脫色，微波輻射4min 脫色率達97.1%。鄒縱柏等提出了利用微波輻射去除廢水中磺基水楊酸污染物的方法。先用活性炭吸附污染物，然后將濾出的活性炭用微波輻照再生，該方法對廢水中磺基水楊酸的去除率可達97.4%。微波還可有效地殺滅藍藻，藍藻在微波場中只需30～40s即由微細粒匯聚成大顆粒，并變黃沉降，與水分離，與此同時水中的富營養物也就得以降解。用微波處理廢水的多功能流體處理專用工業微波爐現已有商品出售，可廣泛適用于處理各種性質的工業廢水及市政污水。其處理流程為：（1）廢水經排污管進入污水池，實現一級處理；（2）添加試劑，與污水發生物化反應；（3）處理水流經微波場約20s，出微波場2min開始沉清分離；（4）處理水進入固液分離池后，實現二級處理；（5）液體回收再利用。
表1.微波水處理技術與現行常規水處理技術的比較
相關指標 ? ?微波水處理技術 ? ?現行常規水處理技術
? ?城市生活污水 ? ?有機污染工業廢水 ? ?城市生活污水 ? ?有機污染工業廢水
廢水處理廠占地面積（畝/萬t） ? ?<1 ? ?2 ? ?100 ? ?……
單位廢水處理能耗（KWh/t廢水） ? ?0.3 ? ?1～3 ? ?0.4 ? ?采用加壓加溫氧化法導致能耗高
單位廢水處理的運行費用（元/t廢水） ? ?0.3 ? ?0.8～1.2 ? ?0.6～0.8 ? ?……
單位廢水處理成本（元/t廢水） ? ?<0.8 ? ?2～3 ? ?1.4～1.6 ? ?4～6
實現廢水處理物化反應過程的條件 ? ?常壓下并且不受環境溫度的控制 ? ?常壓下并且不受環境溫度的控制 ? ?受環境溫度的直接控制，冬季低溫反應進程十分緩慢 ? ?須在數個乃至數十個大氣壓并加溫的條件下才能實現氧化反應
處理過程中污染物與水的分離速度 ? ?廢水進微波場流經約20S，出微波場后3min即開始澄清分離 ? ?廢水在微波場中循環場外約10～40h反應完成 ? ?廢水由流入反應池至流出，反映進程約12h ? ?……
處理過程中殺滅微生物的功能 ? ?微生物已殺滅 ? ?微生物已殺滅 ? ?無滅殺微生物功能 ? ?加壓加溫氧化使微生物殺滅
產物再利用 ? ?固相無菌可做復合肥，清水無菌可100%返回，實現水的可持續利用 ? ?固相可二次利用，清水可100%返回利用 ? ?固相需做深坑填埋處理，熱刺水需做深度處理才能利用 ? ?加壓加溫氧化法產生的清水可返還使用
對現行常規水處理技術產生的二次水深度處理能力 ? ?二次水經微波凈化后可100%返回再利用 ? ?二次水經微波凈化后可100%返回再利用 ? ?對二次水的深度處理無能為力 ? ?……
規模效益 ? ?使廢水處理過程小型分散化，可省掉城市建設中的現行污水常規處理技術必須集中處理而地下長距離埋設的龐大排污管網工程，降低了處理成本
? ?使廢水處理過程小型分散化，可省掉城市建設中的現行污水常規處理技術必須集中處理而地下長距離埋設的龐大排污管網工程，降低了處理成本 ? ?因廢水物化處理反應過程緩慢而必須集中處理，日處理水量須在10萬噸以上方能降低單位處理成本，地下長距離埋設龐大的排污管網工程必給城市安全帶來隱患 ? ?……

? ? 微波水處理技術應用于新建污水處理廠，無論從技術上還是經濟上考慮都是可行的。使用微波法處理廢水，在降低了投資總額的前提下，處理后廢水出水水質大大提高，可作為沖洗或綠化用水直接使用，其經濟性是傳統活性污泥法無法比擬的。而且微波的可控性強，易于調整運行狀態，對廢水水質水量的變化適應性強。到目前為止，微波能污水處理技術已成功應用于滇池水等生活污水與日用化工廠廢水、造紙廢水、焦化廠廢水、電廠廢水、繅絲廠廢水及制糖酒精廢液等多種廢水的處理，均取得了較好的處理效果。
2. 超聲波水處理技術
? ? 超聲波降解水中有機污染物的技術操作條件溫和，降解速度快，適用范圍廣，可以單獨或與其他水處理技術聯合使用，是一種很有發展潛力和應用前景的水處理技術。
2.1 超聲波處理廢水的基本原理
? ? 超聲波通常是指頻率為2×104～2×105 Hz的聲波。超聲波降解水中有機污染物是一個物理-化學過程，
其主要源于聲空化效應及由此引發的物理和化學變化[2]。液體的聲空化過程是集中聲場能量并迅速釋放的過程，即液體在超聲輻射下產生空化氣泡，這些空化氣泡吸收聲場能量并在極短的時間內崩潰釋能。在空化氣泡崩潰的極短時間內，在其周圍極小的空間范圍內會產生1 900～5 200K 的高溫和超過50MPa 的高壓，并伴有強烈的沖擊波和微射流等現象。在這些極端條件下，進入空化氣泡的水分子可發生熱分解反應，產生氧化能力很強的·OH 自由基，另外溶解在溶液中的空氣也會發生自由基裂解反應，產生N· 和O· 自由基。這些自由基會進一步引發有機分子的斷鏈和氧化還原反應；而進入氣泡內的有機污染物蒸汽也可發生類似燃燒的熱分解反應，從而得以降解。此外，在空化氣泡表面層的水分子則可形成超臨界水。超臨界水具有低介電常數、高擴散性及高傳輸能力等特性，是一種理想的反應介質，有利于有機污染物降解速率的增加?？梢姡暡ń到馑w中的有機污染物是通過·OH自由基氧化、氣泡內燃燒分解、超臨界水氧化三種途徑進行的。
? ?近年來超聲降解水中污染物的研究主要集中于易揮發的鏈狀有機物。研究表明，這些非極性、易揮發的有機物降解速度快，可能是因為這些有機物可直接在空化氣泡內燃燒或熱分解。對水中極性強、難揮性有機物的超聲波降解研究表明，超聲輻射不僅能使這些物質脫氯、脫硝基，而且可使苯環發生斷裂，但降解的速度較慢。超聲波降解的影響因素包括超聲波頻率、超聲功率強度、溶液溫度、溶液性質、空化氣體及超聲波反應器的結構等。只要降解條件合適，反應時間足夠長，超聲波降解的最終產物都應為熱力學穩定的單質或礦化物。
2.2 超聲波水處理技術與其他水處理技術聯用
? ?超聲波水處理技術不僅可單獨用于水體中有機污染物的降解，也可與其他水處理技術聯用而提高處理效率。
2.2.1 超聲/ 光催化聯用技術
? ? 利用光催化技術處理有機污染物是一種很有效的方法。采用超聲波的催化效應可使光催化劑TiO2
均勻分散，有利于提高其催化活性。研究表明，在0.2%的TiO2 存在下，采用紫外光照射可有效地分解
五氯化苯酚，若再加上超聲輻射，則可使五氯化苯酚的分解率提高20%。
2.2.2 超聲/ 臭氧氧化聯用技術
? ? 超聲和臭氧聯合凈化飲用水可以提高處理效率，超聲空化能使細菌團分裂，使臭氧氣泡保持較小的狀態，從而提供較大的氧化面積，大大提高殺菌能力。趙朝成等[3]研究了超聲/臭氧氧化聯用技術處理硝基苯廢水，實驗結果表明，隨著超聲功率的增大，臭氧氧化反應的能力也增強；隨著臭氧量的加大和反應時間的延長，硝基苯的去除率也得以提高。
2.2.3 超聲/ 電化學聯用技術
? ? 利用超聲的空化效應，可在電化學反應中使電極不形成覆蓋層，避免電極活性下降；超聲空化效應還有利于協同電催化過程產生·OH，而使污水中的污染物的分解加速；超聲還可使有機物在水溶液中充分分散，從而大幅度提高反應器的處理能力。Mizera等在電解氧化處理含酚廢水時發現，無超聲存在時，只有50% 的分解率，若使用25kHz、104W/m2 的超聲波處理時，酚的分解率會提高到80%。劉靜等利用超聲/電化學聯用技術對印染廢水的處理表明，在超聲波和電場的協同作用下，廢水的脫色率大大高于單獨使用超聲波時的脫色率。
2.2.4 超聲/ 絮凝聯用技術
? ? 沈壯志等[4]利用超聲與聚合硫酸鐵/H2O2的協同作用，聯合對造紙廠黑液廢水進行了初步處理研究。結果表明，聯合處理比單獨用聚合硫酸鐵/H2O2處理，CODCr的去除率提高11.4%～13.3%；與同等條件處理結果相比，利用超聲可節約聚合硫酸鐵14%，可節約H2O250%～80%，此聯用技術可作為造紙黑液生物處理前期的預處理技術。此外，超聲/O3/UV聯用、超聲/化學氧化聯用、超聲/生物處理法聯用[5，6] 等技術的研究表明，它們對化學污染物的降解效率均大于單獨采用超聲波技術的降解效率。超聲技術及其與其他水處理技術的聯合可應用于廢水處理，特別是用于城市污水適度回用、中水回用和高濃度、難降解有機物污染廢水處理等。該技術處理工藝流程短，污染量少，結構緊湊，占地小，無需增加消毒裝置，在運行中啟動，操作管理方便，受水質、水量負荷的沖擊輕，經濟上較合理。
2.3 超聲波水處理技術今后的發展方向
? ? 目前，國內外學者利用超聲波技術降解水中的污染物已多達幾十種，但所研究的對象多為單組分模擬體系，而實際污水中常含有多種污染物，因此超聲波技術在實際污水處理中的適用性如何還有待進一步的研究。此外，目前有關利用超聲波技術降解水中污染物的研究大多屬于實驗室階段，且由于聲化學反應過程的降解機理、反應動力學及反應器的設計放大等方面的研究開展得很不充分，目前還難以實現工程化。因此，加強對多組分污染物模擬體系的研究，并對聲化學反應過程的降解機理、反應器的設計放大進行深入研究，通過優化參數和改進反應器結構來進一步提高降解效率、降低成本，是今后超聲波技術應用于水處理的發展方向。
3 復合電磁場水處理技術
? ? 復合電磁場系統可用于醫院污水的消毒滅菌。它主要由3個基本單元構成：穩恒磁場、高壓靜電場和低壓直流電場。王佩等[7]利用復合電磁場對水質較為惡劣的醫院污水進行處理，處理后水的大腸菌群為0 cfu/L，各理化指標除COD稍高外，均達到生活雜用水水質標準的要求。復合電磁場系統消毒滅菌的可能機制是：污水在整個裝置中沿著與電場及磁場相垂直的方向做切割磁力線與電力線的循環往復運動，水中微生物細胞內帶電粒子的運動受到洛倫磁力和感應電流的綜合影響，同時細胞膜可充當一個“電場集中器”，使得細胞內電場為外加電場的兩個數量級。在電磁場反復作用下，細胞的離子通道、生物酶的立體結構受到扭曲和破壞，生物大分子鍵斷裂或產生不可逆的構型變化，最終可使微生物致死。此外，在低壓直流電場的陽極會產生大量新生態的[O]及H2O2。由于細菌菌體通常帶負電，故會向陽極移動，在陽極附近被局部高濃度的[O]及H2O2 滅活。
? ? 污水中產濁度的膠體物質，經復合電磁場處理后其膠核與周圍“離子氛”的電特性改變，膠體微粒產生脫穩并凝聚，同時拉動水中其它污染物共同沉淀，因而復合電磁場能使濁水變清并去除有害物質，從而達到凈化水質的目的。復合電磁場處理污水不需投加任何藥劑，可避免帶來二次污染；消毒效果好且不會產生具有“三致”作用的氯化副產物。污水若經適當的預處理后再經復合電磁場系統進行深度凈化，處理后的水可回收利用。
參考文獻
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6 李志建，李可成，周明．超聲波—厭氧生化法處理堿法草漿黑液的研究．環境科學與技術，2000，19（2）：42～44
7 王佩，林大榕．復合電磁場處理污水試驗及效果評價．中國公共衛生，2003，19（4）：437～43