微波辐照处理高浓度氨氮废水的研究进展

3.2 微波诱导催化

很多有机化合物都不直接明显地吸收微波，但可利用某种强烈吸收微波的“敏化剂”把微波能传给这些物质进而诱发化学反应〔21〕。这些“敏化剂”大都是一些吸收微波能力很强的物质，如铁磁性金属及其化合物、活性炭等。微波诱导催化技术(MIOP)的原理就是微波首先作用于含某种“敏化剂”的固体催化剂或其载体，由于其表面点位与微波能的强烈相互作用，微波能被转变为热能，从而使某些表面点位选择性地被很快加热至很高的温度(1 400 ℃)，形成“热点”。即使反应物不被微波直接加热，但当它们与“热点”接触时就可能被诱导发生化学催化反应。

为了进一步缩短微波辐照时间、降低能耗，在微波处理高浓度氨氮废水的研究中，微波诱导催化技术受到更多的关注。

林莉等〔22〕采用MnO2作为催化剂，分别以武钢焦化公司污水处理厂氨氮质量浓度为331 mg/L的生化外排水和焦化公司氨氮质量浓度为1 350 mg/L的蒸氨废水原水为处理对象开展微波处理研究。研究结果表明，MnO2存在下微波可在很短时间内将废水加热到较高温度，达到快速脱氮的效果。成本方面，微波处理费用约为12元/t，较现有的蒸氨工艺处理费用30元/t要经济得多。李熠等〔23〕比较了有无催化剂及不同催化剂存在下，微波辐照法对钽铌生产过程排放的氨氮废水(氨氮质量浓度为1 350 mg/L) 的处理效果。结果表明，在无敏化剂条件下，微波处理的氨氮去除率明显大于相同温度下采用常规加热方法得到的去除率，加入敏化剂后大大提高了微波处理的氨氮去除率。同时，研究还发现不同的敏化剂对氨氮去除率的提高幅度不同，活性炭作敏化剂时的氨氮去除率要优于MnO2作敏化剂。

3.3 微波协同技术

微波协同活性炭吸附技术是目前应用比较成熟的废水处理技术，主要用于难降解有机污染物的去除〔24〕。姚燕等〔25〕采用微波辐照和改性活性炭(碱液浸渍法改性)协同处理高浓度氨氮废水。实验发现，即使废水初始pH为5.7(没有调节)，氨氮去除率也可达到95.4%，初始pH对氨氮去除率几乎没影响，即在改性活性炭和微波共同作用下，无需加入化学试剂调节pH也可高效率地去除氨氮。这进一步验证了微波辐照技术处理高浓度氨氮废水的可行性，并为工业化应用降低运行成本提供了新的思路。垃圾渗滤液是一种高浓度难降解有机废水，如何同时去除COD、氨氮和色度是研究者研究的重点。龙腾锐等〔26〕应用微波催化氧化协同技术处理垃圾渗滤液，主要考察不同催化剂的处理效果。实验结果表明，负载型Fe-O/CeO2催化剂结合氧化剂对COD、氨氮和色度均有较好的去除效果。而催化剂的改性可从效果、效益及安全角度开展进一步研究。曹俐等〔27〕研究了微波强化氧化工艺处理垃圾渗滤液的可行性。研究发现，微波强化氧化工艺弥补了微波对COD去除率低及氧化剂对氨氮去除率低的缺陷，节省了氧化剂用量。上述研究为垃圾渗滤液的处理提供了新的思路。

3.4 微波对吸附剂的改性、合成和再生

天然沸石对氨氮有较好的吸附和离子交换性能，且价格低廉。为进一步改善沸石的吸附性能，周芳等〔28〕采用微波辐射方法对天然沸石进行改性，从而使沸石对氨氮的交换容量和选择性进一步增强。所得改性沸石对废水中氨氮有良好的去除效果，去除率达80% 以上，有的甚至达到90%以上。聂锦旭等〔29〕采用水处理常见的聚合铝有效成分Al3+聚合体为柱化剂，利用微波加热方法制备铝柱撑膨润土，并研究其对垃圾渗滤液氨氮的处理效果和影响因素。研究结果表明，经微波强化后柱撑膨润土的层间距、比表面积、离子交换量都比原土和传统柱撑膨润土有所增加，有利于对氨氮的吸附。

正如前文所述，活性炭在微波技术处理氨氮废水中应用广泛，但活性炭的经济性主要取决于再生方式〔30〕。微波辐照再生是在热再生法基础上发展起来的活性炭再生技术。微波加热可使活性炭进一步活化，提高吸附容量。采用这种方法再生活性炭，时间短、耗能低、设备构造简单，是一种比较理想的活性炭再生方法〔31〕。

4 展望

作为高浓度氨氮废水处理的一种新方法，微波技术受到广泛重视。然而目前绝大多数研究还停留在实验室阶段，较少进行放大性中试研究，要实现工业化应用有些问题还有待进一步研究：

(1)微波作用机理仍需深入研究。从目前的研究结果来看，研究者重视的多是处理效果，而对微波作用机理研究较少，以致相关研究结论缺乏科学指导意义。微波的非热效应存在与否是目前研究者争论的焦点，如何有效验证非热效应，以及如何得到更均匀的微波场都需要进一步探究。

(2)高效廉价催化剂的制备。目前选用的催化剂大多是活性炭和过渡金属氧化物，存在催化效率低和损耗等问题，亟待寻求高效廉价的催化剂，以降低处理成本，提高处理效率。很多采用微波技术去除难降解有机污染物的研究成果值得参考借鉴。

(3)微波处理设备的研制。目前研究采用的微波发生装置大部分是将家用微波炉加以改装，反应腔体多采用现有的玻璃仪器，缺少高效、稳定、安全的专用微波设备〔32〕。应在充分分析微波技术优势的基础上，借鉴相关领域设计经验，合理创新设计微波设备的反应腔体，提高设备反应过程的自动控制水平，研发能够连续运行、可组合的微波设备。

(4)完善氨回收装置。微波脱氮的机理是通过微波的热效应将废水中的氨氮迅速以氨的形态蒸发去除，如果能回收利用，可以实现变废为宝。因此，在研发微波处理设备的同时，也要配套设计专门的氨气回收装置，降低微波处理的运行成本，更好地实现工业化应用。

相信随着理论研究的深入，微波技术的发展，微波技术在高浓度氨氮废水治理方面将具有广阔的应用潜力和发展前景。