基于分子共振技術在廢水處理中的機理分析及工藝改進

楊皓景

（成都嘉祥外國語學校,四川成都，610023）

基于分子共振技術在廢水處理中的機理分析及工藝改進

楊皓景

（成都嘉祥外國語學校,四川成都，610023）

隨著工業化的不斷發展，廢水的排放已嚴重污染了生態環境，廢水的凈化處理是當前研究的熱點之一。針對分子共振技術研究現狀，探討了電磁波技術在廢水處理中的機理分析，以及電磁波技術在廢水處理中的技術特點和研究進展，提出了一種二次微波技術處理生活污水的工藝改進。

分子；共振；廢水；電磁波技術

0 引言

共振是將很小的周期振動產生很大的振動現象，為整個系統提供和儲備更多的能量。目前，共振已從宏觀的機械物體，發展到現代的微觀分子共振技術，分子共振是當今社會研究的熱點之一。分子共振是通過電磁波技術使得分子在物質內部不斷運動，但不改變其分子本身的結構，被科學界應用于工業生產、食品行業及環境保護中[1]，具有不直接接觸材料，高效快速的加熱功能。其中吳振宇[2]等人分析了污泥脫水技術的現狀，電磁波污水處理技術已得到了廣泛的研究。霍瑩[3]等人利用了微波技術分析了廢水的試驗研究，取得了比較明顯的效果。但是目前微波技術僅限于實驗室研究成果較多，而在實際的污水處理中微波處理的效果還需進一步完善，以達到廢水處理的排放標準，提高廢水的處理效果，是具有更廣闊的應用前景。

1 分子共振

1.1分子共振原理

由共振現象可知，自然界中的物體能夠在某些特定頻率下，比一般頻率以更大的振幅做振動。對于分子本身，同樣具有共振現象，即分子也具有特定的固有頻率，若對某種分子傳遞一種接近其固有頻率的電磁波，分子的固有振動和外界傳遞的振動便會相疊加，分子在這種特定頻率下發生劇烈的振動，振動幅度達到最大。

1.2分子共振技術的應用

分子共振技術在核磁共振中能夠有效探測生物體內的結構和功能[4]，現有分子共振技術主要分為兩種，一種是水分子共振技術，另一種是非水分子共振技術。該技術主要應用在磁共振影響技術中，其中水分子的成像是通過間接性方法表示水分子的中子，這與生物內部的分子探針成像方法不同，生物體內的成像方法具有雙重作用，主要采用核磁共振的過程改變水分子，并由分子探針改變生物內部相關聯的分子形成過程。非水分子主要是化學位移的成像，通過核磁共振在生物體內的有關化合物作為探針，將化學位移成像的方法測定體內分布。

分子共振技術還應用在金屬鍍件上，通過電磁波促使分子發生共振現象，在金屬原子的內部發生振動，使得金屬產生熱量。在常見的鋁合金分子共振化學鍍中，引入波長與鍍液幾乎相近的電磁波，使得化學鍍鍍液分子發生共振，引起鍍液溫度升高，從而達到施鍍溫度，隨著電磁波作用的不斷增加，氧化還原反應將會發生在鍍件表面上，得到金屬離子。因此，形成鍍層的新型、節能、高效化學鍍工藝。

分子共振技術目前主要應用于微波技術中，使得水分子頻率與微波爐的頻率相當，其中水分子的頻率為2.5×109HH zz，微波爐的頻率為2450MHz，從而使得振幅最大，通過分子在變化的磁場下運動產生熱量，使得溫度快速上升，達到加熱的目的。

2 廢水處理的機理分析

2.1廢水

廢水在物理和化學指標相對于可利用的水發生改變而無法直接被利用，需要經過凈化、制純處理等措施才能再次被利用的水。人類生產生活中無時無刻在產生著廢水，如生活廢水、工業廢水、農業廢水等。以前，由于廢水處理技術的限制，大多廢水被直接排入江河湖海和土壤，造成了巨大的污染。隨著現代科技的發展，廢水凈化和制純技術的出現，越來越多的廢水得意進入專門的污水處理工廠進行處理，以使其再次利用，避免污染環境。

2.2電磁波分子能量的變化

電磁波分子的能量變化是通過電磁波對極性分子的熱效應，若雙原子分子都是剛性轉子，分子動能為

從上式中可知，分子的質量和運動速度不同，則分子的動力也不相同。從分子的電性角度來看，在沒有外電場時，大量分子的偶極矩的總是為零，不會產生熱量。當有外電場時，分子的偶極矩不為零，其分子運動加劇。理論上認為分子的動能最大時,其熱效應最好。電磁波的不同頻率對不同分子的影響也不相同，從而使得電磁波引起不同分子達到反應的最佳能量狀態的頻率不應相同。因此，分子要達到共振頻率，則需要一個合適的電磁波頻率。

2.3水分子共振能量

水分子的相互夾角為104.5o，兩個O-H鍵組成極性分子。可將每個水分子看作一個諧振，假如諧振的質量為m ，間距為a ，第n 號振子的位移為Sn。若只考慮兩個振子間的相互耦合，其相鄰振子的作用力[5]為

因此，可以將水分子作為共振波來處理研究，水分子中氫和氧之間的電子形成一個共價鍵，由于氧一側的電子分布更近，則更需要電子，從而形成了氧一側帶“-”電，氫一側帶“+”電。在正常情況下，水分子處于混亂無序狀態。當在水分子上加上電場時，水分子將會定向排列，若在變化的電場作業下時，水分子將會通過偶極矩作用下轉動，產生大量能量。如果電磁波的頻率達到水分子的頻率，即可實現共振，國外學者已經得出正常水在25℃的諧振頻率[6]，促使了電磁波技術的發展。

2.4廢水物分解過程

采用電磁波技術將廢水中的廢棄物生成沉淀，使其廢水得到凈化的目的，是目前廢棄物處理的新型領域[8]。廢水的分解過程如下：

在電磁波作用下，有機物和水分子生成陽離子。

廢水在電磁波作用下與水分子發生離子交換。

水分子在電磁波作用下生成氫氧根離子。

處理劑在電磁波作用下活性變強。

處理劑和廢棄物合生成沉積物，GG為沉淀物。

氫氧根離子和有機物在電磁波作用下生成有機物。

生成的有機物和處理劑生成沉淀。

3 微波技術處理生活污水工藝改進

圖1 微波處理生活污水工藝

廢水中含有大量的有機污染物，其中生活污水屬于日常影響最為重要的部分。生活污水中含有大量的淀粉、脂肪及尿素等物質，生活污水中的洗滌劑不容易被生物分解，磷極易引起水體富營養化。生活污水中含有多種病原體，每毫升中有幾百萬細菌，PH值在6-9之間。采用微波處理生活污水是通過微波與添加劑的作用下，使其發生物理化學反應，生成不可溶解的沉淀，將氣體從水中分離出來。生活污水中難解的是有機污染物，通過微波和添加劑的作用下，分解成大塊絮團沉淀和小分子，磷轉化為磷酸鹽沉淀，氨氮轉化為氮氣。但是在目前現有的微波技術處理生活污水中存在一次性微波處理效果不明顯，僅限于實驗室的有限量的生活污水的處理，排放的標準未達到要求，尤其是廢水所含成分不同時，所需微波處理的時間不同，電磁波輻射的不均勻，使得廢水達不到凈化目的。為了進一步的提高微波技術處理的生活污水的能力，對微波反應器的廢水進行二次處理，具體的微波處理工藝如圖1所示。

4 結論

利用分子共振原理，分析分子在電磁波作用下的能量變化過程，充分利用電磁波技術高效、快速的處理廢水。對于目前利用微波技術處理生活污水效果不明顯的情況，提出了二次利用微波技術進一步處理生活污水的改進工藝。推廣應用微波處理廢水技術，有利于水資源的持續利用，從而取代廢水難處理、處理不達標及處理再污染等問題，為當今的生態環境及社會經濟可持續發展做出貢獻。

[1]王劍虹，嚴蓮荷，周申范等．微波技術在環境保護領域中的應用[J].工業水處理，2003，23（4）：18-22

[2]吳振宇，劉賓，夏曉華等. 污泥脫水技術研究現狀[J].應用技術，2011，23（8）

[3]霍瑩, 張瑩, 張艷芳, 陳軍, 李亮, 阮曉磊. 利用微波技術處理化工廢水的試驗研究[J].化工科技市場，2010，33（1）

[4]雷皓. 磁共振分子影像技術[J].波譜學雜志，2003，20(2)

[5]廖小麗.毫米波生物效應的水分子諧振機理[J].電子科技大學學報，2002，31(1)

[6] Katin A Ya. Duration of Action of the Water. Charged by mm-Wave Radiation, on the Human Organism. Millimeter Waves in Biology and Medicine, Moscow, 1996, (8): 63-64

[7]楊微，劉友春. 微波化學技術在污水處理中的應用[J].應用工藝研究，2013(6)

圖2 裂紋深度對爬波波高的影響

可以看出，隨著裂紋深度的增加，爬波回波高度也逐漸增加。但由于爬波一般在表面以下9mm范圍內進行傳播，因此，當缺陷深度超過9mm時，波高基本不變。這也是支柱瓷絕緣子檢測時，采用波高方式對裂紋深度進行判斷的原因。

4 小結

本論文研究了超聲波縱波、橫波、小角度縱波和爬波檢測支柱瓷絕緣子的方法。主要研究了爬波探頭入射角度，分析了爬波探頭指向性和聲能，設計了合理的爬波探頭角度進行檢測。

（1）對爬波探頭的折射角進行分析，測定出繪制不同角度爬波探頭晶片入射距離波幅曲線數據。

（2）通過用可變角度探頭的模擬結果，驗證了爬波角度的改變對實際爬波超聲波檢測的實際探傷效果。

（3）分析了爬波探頭在理論角度±3度之內的聲場的聲束指向性，并根據實驗獲取了最優化的數值。

參考文獻

[1]熊茂華基于ARM9嵌入式的多功能無損檢測儀[J]-儀表技術與傳感器 2008（1）:16-18

[2]何存富.劉溯.劉增華.張易農.吳斌小波降噪在鋼絞線缺陷檢測中的應用[J]-機械工程學報 2008（7）:118-122

[3]吳斌.頡小東.劉增華.何存富厚壁管道周向導波檢測技術實驗研究[J]-實驗力學 2011（5）:625-631

Mechanism analysis and process improvement of wastewater treatment based on molecular resonance technology

Yang Haojing
( Chengdu jiaxiang Foreign Languages Shool,Chengdu Sichuan,610023)

With the continuous development of industrialization, wastewater discharge has seriously polluted the ecological environment. Aiming at the research status of molecular resonance technology, analyzes the mechanism of electromagnetic wave technology in wastewater treatment, technical characteristics and research progress of electromagnetic wave technology in wastewater treatment, a two sewage treatment process of microwave technology improvement.

Molecular; resonance; wastewater; electromagnetic wave technology