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基于微波技术的环境污染治理 彭芬 胡胜 （凯天环保科技有限公司，410100） 摘要：随着不断的发展，目前已经广泛应用于环境保护领域。本文简要介绍了微波技术，并综述了微波技术在环境保护领域的应用原理和现状，如土壤修复、固体废弃物处理、污水治理和废气治理等。最后，本文对微波技术在环境污染治理领域应用的发展方向作了展望。 关键词：微波技术；环境污染；治理 1 微波技术概论 微波是指频率为300MHz~300GHz的波段，目前常用的是915MHz和2450MHz波段。微波的基本性质有三个：穿透、反射和吸收[1]。大多数有机化合物、极性无机盐及含水物质能很好吸收微波后高速旋转而产生热效应，同时改变体系的热力学函数，降低反应的活化能和分子的化学键强度，加速反应的进行，这为以微波介入化学反应提供了可能性，同时使得其在环境污染领域的治理中得到广泛应用[2]。 微波技术在工业生产中的应用技术研究始于1983年。1999年，世界上第一台多功能工业微波炉诞生，并在水处理领域取得了良好的应用效果。目前，微波技术在环境保护领域已成功地用于土壤净化、固体废弃物、废气、废水的处理及环境监测等多个方面。如土壤中多氯联苯、有机农药、邻苯二甲酸酯等有机物的消除[3, 4]；处理废电路板回收贵金属、富油淤泥中废油的回收[5]；处理烟气中的SO2和NOx[6, 7]；污水厂污泥的微波处理[8]等。 1.1 微波的热效应 微波能穿透到介质内部，与介质发生一定的相互作用，使介质分子产生强烈震动和摩擦，从而不断被吸收并转化为热能，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温。不同的物质对微波的吸收能力、穿透深度和升温速率不同，详见以下三个方程式[9] 1）物质吸收微波能的大小可由下式计算： （1-1） 上式中，π为圆周率；f 为微波频率；E为电场强度；为无外电场时物质的介电常数；为相对介电常数；为物质的介质损耗角正切，表示物质在特定频率和温度下将电磁能转化为热能的能力。 由此可见，物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点[2]。 2）微波在不同材料中的半功率渗透深度可由下式计算： （1-2） 3）物质在微波加热下升温速率： （1-3） 式中K为常数；ρ为物质的密度；为物质的质量定容热容。 由上式可见，物质经过微波辐射温度能上升的幅度绝大程度取决于该种物质吸收微波的能力。 1.2 影响微波加热的因素 由公式1-1、1-2、1-3可知，影响微波加热的主要因素有[10]： 1）频率：微波加热时，频率越高，加热速度越快，但频率越高，波长越短，其穿透能力越小； 2）物料的介电性质：不同的物料有着不同的相对介电系数和损耗角正切。相对介电系数和损耗角正切越大，吸收的微波能越多，加热速度越快，但是穿透能力越小； 3）电场强度：功率大，电场强度大，加热速度快 4）物料的密度：物料的密度大，其升温速度慢 5）物料的比容热：不同物料具有不同的比热容，从而会有不同的升温速度。比热容小的物质温度升高的速度快。 因此，选取最优吸波物质时，应综合上面因素予以考虑。 1.3微波供能的优势 微波用于污染物降解有以下优势[11, 12]： 1）供能具有选择性，有效避免能源浪费； 2）降低吸波物质的活化能，有效提高物化反应速度，减少反应时间； 3）可使吸波物质温升极为迅速，无滞后效应，不存在余热现象，有利于自动控制和实现连续化生产； 4）对物质具有一定的穿透作用，被加热物质表现为均匀受热； 5）设备体积小且热源与被加热材料不直接接触，不存在因热源与受热材料接触而带入的二次污染； 6）可穿透微生物孢体，具有杀菌消毒功效。 2 微波技术在环境治理领域的应用 由于微波具有、无二次污染等特点，最近十几年间，微波技术在环境污染治理领域。到目前为止，微波技术已经成功应用于土壤修复、固体废弃物处理、污水处理和废气治理等各个方面。 2.1 微波技术在土壤净化中的应用 通过微波加热去除土壤中的可挥发有机物[1]。当土壤中含水时，因水吸收微波能力很强，利用微波辐射时，水会吸收微波能升温蒸发，从而将易挥发的有机污染物蒸馏带出土壤。George等[13]在减压、低温条件下，采用微波加热净化甲苯和对二甲苯的土壤，结果表明微波辐射可以除去土壤中易挥发的有机污染物污染物的挥发速率与土壤的含水量和土壤的性质均有关系。为了增强土壤对微波的吸收能力，提高升温速率，可在土壤中加入炭屑。对微波强吸收能力，微波照射，同时将热能传导给周围的土