固体废物污染治理中微波技术的应用

固体废物污染治理中微波技术的应用

王红娟、王加衬

山东鲁抗医药股份有限公司 272000

摘要：如今，随着工业化的快速发展，固体废弃物的基数越来越大，增长率逐年加快，对人们的生活环境和健康产生了严重的影响。因此，固体污染物的处理成为环境保护的重要部分。与传统加热技术相比，微波技术可以通过选择加热速度、加热材料和局部高温来减少有害物质的产生。在固体废物处理中，微波技术可以提高废物、重金属残留、土壤中有机污染物等废物的处理效果。在此基础上，为了提高微波技术的应用水平，对固体废物污染治理中微波技术的应用进行了研究，大大促进了环保事业的发展。

关键词：微波技术，固体污染物，防污治理

引言 微波技术始于1930年代，最开始应用于通讯领域，除了通讯外它还主要用于食品加工、塑料、橡胶加工、陶瓷固化等领域。然而微波技术在废弃物处理中的应用几乎没有讨论，直到近几年来，许多研究表明微波处理废弃物比传统处理方法更有利，例如，污染物的体积减少、高温、选择性加热、快速处理过程等优点的，其在废物的处理中的应用具有非常广阔的前景。

1微波技术概述

1.1微波技术原理

微波作为一种介于红外和无线电之间的电磁波，以大约300，000km/sec的光速进行，如图1可以作为一种非常特殊的资源，在各个方面都比激光低得多，在相同温度下的效率比常规方法高出十倍的效率。

图1 微波示意图

基于微波技术的微波可以作为一种新型的日常能源，具有无污染的特点，并且微波独特的原理在现实中具有很高的效果，在不同的领域得到了广泛的应用。近年来，微波热效率的不断提高，使微波的应用从传统的通信领域向催化化学、材料处理和污染防治领域转变。在处理环境污染，特别是工业、医疗、轮胎、电子和建筑废物方面取得了重大进展。

在原理分析中，对微波技术的原理没有明确的界定，一是微波加热的高效性，二是非热效应。从微波致热的角度看，微波可以使被加热的物质产生深度加热效应，即具有一定穿透力的一种内部加热，传统的加热方式主要是“外加热”，热传导在很大程度上取决于材料本身，但在这种情况下，加热范围并不均匀^[1]。然而，微波加热不依赖于热传导，它可以形成一个普遍的加热，同时，基于微波技术，磁场发生了变化，介电分子发生了很大的变化，分子振动非常快。

由于微波的非热效应，不同的材料可以通过微波的选择性和非均匀能量效应以不同的方式加热。一般来说，由于分子极性对微波吸收容量的影响不同，混合极性和一些非极性分子材料的均匀性会发生变化，这减少了不同分子之间的作用力，并导致更大的分离。此外，极性分子和非极性分子之间的相互作用在高速磁场中被旋转进一步破坏，也就是说，微波能通过在辐射表面形成正负电荷，在表面产生一系列剪切张力，改善材料之间的分离，从而对离子迁移产生一定的影响。同时，微波场与催化剂的耦合使能量分布和“微波效应”不平衡。

1.2微波技术特点

1、穿透性

微波比用于辐射加热的其他电磁波长（如红外和远红外），更有穿透性。当微波能量与介质的相互作用达到2450MHz时，平均分子每秒波动245亿次，如果介质损耗因子与平均温度负相关，则介质损耗因子与平均温度负相关，材料内外受热均匀^[2]。

2、热惯性小

微波加热瞬时，加热速度快。另一方面，微波电源可随时关闭，使介质的温升无惯性变化，不产生废热，基本满足自动控制和连续生产的要求。

3、似光性

微波的波长很小，当微波发射多个物体时，会产生重要的反射和折射，如反射光和破碎光。同时，微波的再生特性与几何光学相似，它们可以像光学样品一样沿直线扩散，并且容易聚焦。

4、信息性

微波带宽信息容量大，虽然相对带宽很小，但可用的带宽很宽，可达数千兆赫。

2固体废物污染治理中微波技术的应用

2.1微波处理放射性废物

在我们的生产和生活中，随着核技术和辐射技术的增加，放射性废弃物成了不可避免的副产品，为了减少对人类的伤害，需要长期对废物进行保管和处理。玻璃化是处理放射性废物的好方法，它是将硅石或其他添加剂和废弃物混合，然后熔化，将熔化的材料冷却后形成玻璃材料，从而降低分散能力。与其他废弃物相比，这些玻璃状物质具有以下优点：

(1) 玻璃材料具有优异的机械性和热稳定性。

(2) 玻璃化可以在不影响最终玻璃质量的情况下处理任何类型的污染。

(3) 玻璃化可以处理许多有机和无机污染物。

(4) 在大多数情况下，玻璃化可以减少污染物的数量，从而降低处理成本。

(5) 玻璃可以形成一种稳定的废物形态。

(6) 即使在发生机械损伤的情况下，玻璃材料也能保持其原有的性能。

微波加热具有独特的优点，是处理放射性废弃物玻璃化最有效的方法。在微波加热过程中有两种转换微波能量的机制，偶极子的转动机制是由体内分子的摩擦产生的，当电场通过一个恒定频率时，介质中偶极子的极化方向改变为同一频率。在变形过程中，分子间的摩擦和碰撞产生热量，电场频率越快，偶极子速度越快，热效应就越强，微波波段的电磁场频率约为108数量级，因此偶极子旋转的次数越多，热效应就越大。

2.2工业污泥的处理

工业污泥是一种含有固体废物的油水乳化物，每年在世界上产生数十亿吨含油污泥。传统的处理方法是离心分离和填埋，但大多数污水处理厂都可以通过机械脱水将污泥含水率降低到75%，但污泥必须在机械处理前进行预处理，整个处理过程复杂，会花费大量资金以及过度浪费土地资源。为此美国研究人员研究了微波脱油的技术，这种技术是将含有油和金属的污泥与添加剂混合，经过辐射10min，离心分离固体、油和水，分离出的固体可重新用作炼钢原料,油可作燃料出售^[3]。结果表明，这种技术处理工业污泥的速度要比传统处理工业污泥的速度快30倍，体积可节省90%左右，大大节约了成本并有效处理了工业污泥。

2.3医疗垃圾的灭菌消毒

医疗废物是一种含有多种病毒、具有传染性、生物毒性和腐蚀性的危险废物。许多国家每年产生大量的医疗废物，如果处理不当，将造成严重的环境污染，威胁人类健康。传统燃烧法虽然节约成本，但其有火灾和爆炸的风险。微波灭菌可填埋60%以上的医疗废物，与传统燃烧法相比，它不仅不会产生有毒二恶英等二次污染物，而且具有处理周期短、效果好、能耗低等优点。

微波灭菌的机制包括将微波能量转换成微生物的热能，其特点是作用低温、短时间、无二次污染。将固体废弃物微波灭菌后，首先粉碎，送入微波加热炉，用蒸汽加热，同时杀菌，结果表明，浸泡和破碎后再微波加热可以迅速去除医疗废料，可使废物量减少80%。

2.4废旧轮胎的回收

许多废弃物的轮胎累积会浪费土地资源、污染环境、且容易造成火灾，因此，废弃轮胎的处理是非常紧急的环境问题。如今废轮胎的处理大致可以分为回收、堆叠、填埋、生物分解、焚烧五种，从环境保护和节约资源的观点来看，回收是最理想的方法。可以实现橡胶材料（与原材料相同）的再利用，但由于轮胎是橡胶、碳、钢和硫组成的混合物，一般情况下我们用热解法处理废轮胎。与燃烧法相比，厌氧热解可以减少NOx和S0x的排放，避免粉尘的形成，然而传统的热解方法由于加热温度不足，不能完全分解，如果使用微波加热，温度会稳定上升到2000°C，该加热处理过程为了防止二恶英、油膜和空气灰的产生，应在严格的密闭条件下进行。

2.5电子垃圾的处理

近年来，电子零件和印刷电路板每年都会被计算机、汽车、电话、电视等产品废弃。传统的废弃物处理方法是填埋处理，这种方法有高成本、环境不良、低回收率等几个问题，因此，开发用于处理和丢弃废弃物电路板的新方法成为了环境保护者的课题。为此，佛罗里达大学开发了印刷基板用微波损伤技术和贵金属回收技术，将切断的电路放置在熔融硅炉内，用微波加热炉加热30～60分钟的耐火板，得到苯、苯乙烯等有机化合物，用载气（压缩空气）经第一台微波加热炉蒸发后进入第二台微波加热炉^[4]，微波加热炉的功率增加到1000°C，则残渣（主要是玻璃和金属）在1400度以下熔化，在持续的高温下可以形成一种玻璃化的物质。金、银等金属经冷却后分离成珠状物，可用作金属冶炼的原料，其余玻璃制品可作为建筑材料再利用。微波技术可使加工过程中产生的电子废弃物减少了50%，无需添加添加剂和二次污染。

3结束语

综上所述，微波技术以效率高、操作方便、能耗低、低成本、高资源回收、利用率为特征。拥有广泛的应用场景，然而国内研究微波技术在固体废弃物处理中的应用相对较晚，但是只要我们加强基础理论研究，就要推进各种技术的有效组合，注意微波泄漏对人们和周围环境的危害我认为使用微波技术处理废弃物会产生良好的经济和环境优势。

参考文献：

[1]聂艾琳, Nei, Ailin,等. 微波技术在典型固体废物污染治理中的应用[J]. 煤炭与化工, 2017, 02(v.4;No.110):11-15.

[2]佚名. 微波技术在典型固体废物污染治理中的应用[J]. 环境科学与技术, 2017, 01(v.40):107-112.