微波法处理生活污水的实验研究

【摘要】： 微波技术是近年来大力发展的新型技术。目前,微波理论和工程应用处于研究的较低的阶段。本文首先是对微波基本的物理特性和频率特性,做出了深入浅出的论述,并综合论述近年来微波法在环境方面的应用。微波法在化学萃取、提纯、催化等方面有广泛的应用;微波在混凝沉淀、消毒等方面也有广泛的应用。本文综合论述了微波法、化学法、生物法在污水处理中的应用,比较这些方法的各自特色,得出了微波法处理生活污水有以下优势: (1)缩短工艺流程,加快反应进程; (2)处理后的水能直接回用,污泥直接资源化; (3)减少对宝贵的土地资源的占用; (4)降低建设投资成本和运行费用。 本文研究了微波法处理生活污水,Al_2(SO_4)_3加入量、pH值、微波场强、在微波场中的停留时间对污水处理效果的影响。通过“先行实验”、“单因素实验”、“验证性实验”得出实验数据,应用SAS软件对正交实验进行统计分析,找出了最有影响的因素:Al_2(SO_4)_3的加入量(P=0.02＜0.05)对整个去除率有至关重要的影响;最佳的微波处理条件是(pH=6);在单因素实验中,可以得出结论,pH值越小有利于微波处理生活污水,但是考虑到实际的工程应用,对生活污水(pH值在7-8之间)调节pH值,会增加微波处理生活污水的工序,费时费力,不利于高效处理生活污水的宗旨;其次,在pH值在7-8时,微波处理效率只下降了20%左右,通过别的途径(多加入Al_2(SO_4)_3)改善其絮凝效果,可以弥补处理效果的下降,因此在本实验的验证性实验中,对pH值只是监视,而不是有意去调节;再次,通过上述实验,可以得出结论的是:微波法处理生活污水的效率是:在高的场强和短时间加热的条件下,有利于微波处理生活污水,最后,通过验证性实验,本文再次验证先行实验的是正确的,并提出了新的研究方向。通过直观分析,统计分析,准确的证实了,微波法处理生活污水在理论上是可行了,在工程上是可操作了。 最后,本文在“先行性实验”、“单因素实验”、“验证性实验”的实验基础上,以及有关的微波理论的基础上,对微波法处理生活污水的机理进行研究,研究结果如下:水分子是一种强极性物质。由于水分子的极化驰豫时间正好与微波周期相近,且其分子间距与直径相当,故其偶极矩在微波场内能很轻松地从原来的热运动状态转为跟随微波电磁场的高速交变而排列取向一致,在这一过程中,微波能量转化为水分子的热能。因此水对微波具有良好的吸收效应,其它的极性强弱不同的分子对微波也具有相应的吸收效应,这就是微波对污水可以进行处理的基础;污水中除水外,还含有大量的极性的、非极性的分子所组成的污染物,如硝酸盐、某些有机物、悬浮物、细菌及处理过程中加入的添加剂等等,这些物质的分子有无极性或极性的强弱,决定于物质的吸收微波与否,和吸收微波的强弱,水分子在微波场内得到能量,而成为激发态,当它作用于水中的其它分子上时: (1)如该种分子具有一定的极性,则可加强这种极性分子在微波场中的转动运动,使其达到或接近24.50亿次/秒(如使用2450MHz微波)的速度作高速极性转动而得到能量,使其分子处于极不稳定的高能级状态,从而可能产生键的振动、撕裂以至最终被降解而从水中分离出来; (2)如果该种分子本身不具极性(如:许多有机化合物都不是极性分子,不直接明显地吸收微波),则也可在高速转动的水分子间被动地高速运动,使该种物质的分子与其它分子之间也产生激烈的相互摩擦、碰撞,同样也可得到能量而使这一部分分子的活性部分得以充分裸露,这样一来可以大大地增加分子之间发生化学反应的几率,或诱发化学反应,或使化学反应更加顺畅;二可以使处理过程中添加的催化剂的功能发挥得更好,使其使用寿命更长;甚至可使原本不具备催化功能的物质具备催化功能,从而更加大大加快化学反应的速度;三可以对水中的固态物质则可产生所谓的“表面效应”,即可使固态物质的表面活化,更加容易与周围物质结合,这样就可大大促进水中的固态微粒的聚合、沉降而与水分离。 【关键词】：微波能 生活污水 絮凝沉淀
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-11
• Contens11-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 目前我国的生活污水污染状况13-14
• 1.2 生活污水处理现状14-16
• 1.2.1 物化法14
• 1.2.2 生物法14-16
• 1.3 微波法处理废水的发展和应用16
• 1.4 微波法处理污水的原理16-19
• 1.4.1 微波的化学效应17-18
• 1.4.2 微波的生物效应18-19
• 1.5 微波在水处理中的应用19-27
• 1.5.1 处理一些难降解的污水20-21
• 1.5.2 去除污水中的重金属离子及有毒有害的有机物21-22
• 1.5.3 消毒灭菌22-23
• 1.5.4 污泥处理23-24
• 1.5.5 处理生活污水24-26
• 1.5.6 微波法处理生活污水与其他工艺的对比26-27
• 第二章 试验研究方法27-30
• 2.1 试验仪器27
• 2.2 实验药品27-28
• 2.3 试验检测的项目28
• 2.4 项目分析方法28-30
• 2.4.1 CODcr的测定28
• 2.4.2 总磷的测定28-29
• 2.4.3 总氮的测定方法29-30
• 第三章 微波法处理生活污水试验30-34
• 3.1 试验设计30-31
• 3.2 试验方法31
• 3.2.1 原污水31
• 3.2.2 采样方法31
• 3.3 试验方案31-34
• 3.3.1 先行试验32
• 3.3.2 单因素试验32-33
• 3.3.3 验证性试验33-34
• 第四章 实验结果及分析34-48
• 4.1 直观分析35-38
• 4.2 方差分析38-43
• 4.3 仅考虑硫酸铝的混凝效果43
• 4.4 单因素实验43-45
• 4.5 验证性实验45-48
• 4.5.1 直观分析45-46
• 4.5.2 方差分析46-48
• 第五章 机理分析48-52
• 5.1 水分子在微波场中的作用48-49
• 5.2 有利于去除污水中污染物的作用49-50
• 5.2.1 短时高效性49
• 5.2.2 酸性条件有利于微波能去除污水中的污染物49-50
• 5.2.3 增强了无机絮凝剂的絮凝效果50
• 5.3 不利于去除污水中污染物的作用50-51
• 5.4 微波杀菌的机理51-52
• 结论与展望52-54
• 参考文献54-57
• 攻读学位期间发表的学术论文57-59
• 致谢59

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