先进水处理技术研究进展

治理水污染已经成为当前全球水资源可持续利

用和国民经济可持续发展的重要战略目标。为了合理地开发和利用水资源，降低水污染对环境的破坏和对人类生活的危害，必须对工业废水和生活用水进行科学的处理。尤其是排放水中含有的有机营养素（如氮、磷等）对公共健康和环境破坏具有很大的影响。许多传统的方法随着对水质要求的不断提高，已经不能满足国际检测水质标准了。这就面临着开发新的先进水处理技术来适应新的挑战。

１活性炭水处理技术

随着现代工业水中所含污染物的种类和数量不断的增多，污染成分也越来越复杂，采用常规的单一水处理剂已很难满足要求，必须进行深度处理。活性炭材料以其发达的毛细孔结构以及易改性的表面特性而倍受关注。此外，活性炭材料来源充足，可再生利用，对环境友好，是一类天然绿色化学品。

研究表明［１－７］，活性炭不仅对水中溶解的有机物，如苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品等具有较强的吸附能力，而且对用生物法及其它方法难以去除的有机物，如色度、异臭异味、表面活性物质、除草剂、农药、合成洗涤剂、合成染料、胺类化合物以及许多人工合成的有机化合物都有较好的去除效果。

单级活性炭吸附法在水处理中主要可应用于［８－１２］：饮用水的净化处理；含酚废水的处理；水中镉、铬、镍、铜等重金属离子的去除；造纸废水的处理；含氰废水处理；染料废水处理；制药废水处理；（多氯联苯）废水处理；炼油废水处理；从低含碘油田水中回收碘。

活性炭固定床电解槽技术［１３］可应用于废水处理中，即在电解槽内装填导电性能良好的活性炭作阳极。活性炭比表面积大、吸附能力强，大量污染物先被吸附于活性炭内表面，然后被阳极氧化性产物氧化为无害物质。活性炭强大的吸附能力大大提高了氧化性产物的利用效率，在相同条件下，活性炭固定床电解槽与普通电解槽相比可节省电耗３０％～４０％。

用活性炭作催化剂，次氯酸盐作氧化剂，催化氧化处理蒸氨废水，在适当的条件下，废水中酚的去除率可达９９．５％［１４］。利用活性炭对过氧化氢的催化分解能力，催化氧化处理氨基碳酸工业废水，可使脱色率达到９４．６％［１５］。采用人工固定化生物活性炭处理低浓度甲醇废水，可使甲醇的去除率达到９３．６％～１００％［１６］。线型酚醛树脂和二氧化钛混合磨碎，经炭化、活化处理后制得二氧化钛／酚醛活性炭光催化复合材料，对含酚废水有较好的光分解作用与吸附作用，其协同催化效果要明显优于二氧化钛与活性炭的物理混合形式［１７］。

先进水处理技术研究进展

刘洪涛１，２

，

徐冠华３，朱果逸４（１．中国科学院长春应用化学研究所，吉林长春１３００２２；２．美国新墨西哥州立大学化学和生物化学系，ＬａｓＣｒｕｃｅｓ８８００１；３．中国新疆八一钢铁厂新冶华美科技有限公司，新疆乌鲁木齐８３００４６；

４．中国科学院长春应用化学研究所，吉林长春１３００２２）

摘

要：针对“绿色化学”国际化发展的要求，就当前最具发展前景的６种先进水处理技术进行了综述，并强调每一

种技术本身并不是单一的，几种技术协同使用会有增强的效果。这些绿色水处理技术将为我国水处理行业的革新和改造提供新的思路。

关键词：水资源；工业废水；生活污水；绿色化学；水处理技术中图分类号：Ｘ７０３．１；ＴＵ９９１．２

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００－３７７０（２００８）０４－００１－０７

收稿日期：

２００７－０５－２４作者简介：刘洪涛（１９７３－），男，博士，主要从事绿色化学、能源电化学及纳米材料在可持续能源领域的应用；Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｈｔｃｈｉｎａ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ。

第３４卷第４期２００８年４月

水处理技术

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＷＡＴＥＲＴＲＥＡＴＭＥＮＴ

Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．４Ａｐｒ．，２００８

１

根据处理水水质的不同对活性炭进行相应的改性有着重要意义。表面化学改性主要改变活性炭的表面酸、碱性，引入或除去某些表面官能团，使其具有某种特殊的吸附或催化性能［１８］。研究表明［１９］：用臭氧和氢氧化钠对活性炭改性后，活性炭表面含氧官能团，尤其是酚类和羧基类基团明显增多；而经过硝酸氧化则可显著增加其表面酸性基团的含量。用１：１的硝酸氧化的活性炭在３００～４００℃下进行热处理，其表面产生较多的酸性基团，可获得较高的阳离子交换量，对重金属离子Ｃｒ（ＩＩＩ）有很好的吸附交换能力［２０］；若将氧化处理的活性炭在高温下８００℃以上灼烧，则其表面会产生较多的碱性基团，获得较高的阴离子交换容量，对阴离子表现出较强的吸附交换能力。采用酸、碱交替改性方法处理普通活性炭，可提高活性炭对苯及其同系物的吸附量［２１］。

活性炭与超滤或微滤技术联用比传统的吸附工艺在满足严格出水水质要求方面以及去除微污染物方面有更强的竞争力［２２］。活性炭的作用不仅在于吸附难降解有机物，而且能作为悬浮性生物载体，提高系统的生物量。日本的一项以活性炭作为生物载体使用的生物膜过滤试验［２３］，采用活性炭载生物膜技术，不仅ＢＯＤ和ＣＯＤ等能被除去，而且对氨具有显著的硝化功能。其去污能力的各项指标均远远优于二次处理水。此外，采用超滤－活性炭联用技术可以在去除各类有机物的同时，由于活性炭的作用，能大大降低膜过滤阻力，提高系统的去污效率。

２高级氧化技术

高级氧化技术是通过强活性自由基（如?ＯＨ等）来降解有机污染物的一种先进水处理技术。?ＯＨ的氧化电位是２．８Ｖ，仅次于氟的２．８７Ｖ，它可使难降解有机污染物发生开环、断键、加成、取代、电子转移等反应，使大分子难降解有机物转变成小分子易降

解物质，甚至可以直接氧化成ＣＯ

２和Ｈ

２

Ｏ，达到无

害化处理的目的。

湿式氧化方法是在高温（１５０～３５０℃）、高压（０．５～２０ＭＰａ）下利用氧气或空气作为氧化剂，氧化水中呈溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物，达到去除污染物的目的，其最终产物是ＣＯ

２

和Ｈ２Ｏ。其去除有机物所发生的氧化反应主要是自由基反应。与常规方法比，该法几乎可以无选择地高效氧化各类高浓度有机物。而且处理时间短（３０～６０ｍｉｎ）、效率高（可达９０％以上）、能耗低，是一种有

前景的废水处理技术。但该法需要较高的温度和压

力，因此需要耐高温高压、耐腐蚀的设备。新的思路是采用催化剂降低反应的活化能，从而在不降低处理效果的前提下加快反应速率，降低设备成本。使用ＣｕＯ－ＺｎＯ－Ａｌ２Ｏ３作催化剂（ｐＨ＝３、５、７、１２），在温度为１３０～１７０℃和氧分压为２．３×１０５～３２．３×１０５Ｐａ的条件下进行的湿式催化氧化研究表明，在３０ｍｉｎ内Ｃｒ的去除率可达到９０％［２４］；在２８０℃和８０ＭＰａ反应条件下，对焦化厂高质量浓度焦化污水中的Ｃｒ和ＮＨ３－Ｎ的去除率分别达到９９．５％和９９．９％［２５］。

超临界水氧化技术是利用水在超临界状态（温度大于３７４．３℃，压力大于２２．０５ＭＰａ）下的良好特性将废水中所含有机物利用氧化剂迅速分解为水，二氧化碳及无害分子化合物，从而使废水得以净化的一种高级氧化水处理技术。在极短的时间内有机物在富氧的均相中就可以被彻底氧化。与湿式空气氧化相比，超临界水氧化技术的自由基氧化反应更剧烈，因而能在更短的时间内以９９％以上的去除率彻底破坏有机物，最终生成二氧化碳、水、氮气等而不产生有毒性的中间产物，因而具有更广泛的应用前景。将催化剂引入超临界水氧化技术可以加快反应速率，降低反应温度。在对含有高浓度乙酸的溶液处理中发现［２６］，不加催化剂时，乙酸的转化率仅为１４％，而加适量催化剂后，其转化率可达９７％；对酚的超临界氧化试验表明，以Ｖ

２

Ｏ５／Ａｌ２Ｏ３或ＭｎＯ２／ＣｅＯ２为催化剂，在３９０℃和Ｏ２过量的条件下，酚在不到１０ｓ的时间内就完全被降解。

光氧化水处理技术是利用氧化剂在光的辐射下产生氧化能力较强的自由基来氧化污染物的一种高级氧化技术。利用紫外／微臭氧方法处理水中常见

有机污染物ＣＣｌ

４

的实验表明，经２ｈ处理后，ＣＣｌ

４的去除率可达９０％［２７］。美国环保局认定紫外／臭氧技术是处理多氯联苯的最佳实用技术［２８］。光催化氧化是在有催化剂的条件下进行光化学降解的过程，分为均相光催化氧化和非均相光催化氧化两种类

型。均相光催化降解主要以Ｆｅ２＋或Ｆｅ３＋及Ｈ

２

Ｏ２为介质产生羟基自由基来降解有机污染物；非均相催化氧化是在污染体系中加入一定量的光敏半导体材料

（如ＴｉＯ

２

和ＺｎＯ），同时结合光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子空穴与吸附在半导体上的溶解氧和水分子等作用，产生?ＯＨ等氧化能力极强的自由基［２９］。利用Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋和腐殖酸对水中甲草胺进行了光催化臭氧化研究，表明在中性溶液中催

水处理技术第３４卷第４期２

化氧化反应主要以产生氧化能力很强的?ＯＨ氧化水中甲草胺的间接反应为主［３０］。由表１所列数据也可以看到，加入均相金属催化剂，不仅可以减少臭氧的用量，而且ＴＯＣ的去除率显著增大［３１］。用Ａｇ和ＴｉＯ２作催化剂，紫外光作光源，处理２００ｍｇ／Ｌ的氯仿溶液，其降解效率可由ＴｉＯ

２

单独作催化剂时的３５％提高到４４％［３２］。

高级氧化技术实际上还包括化学氧化自由基技术。然而相对于以上这些技术，化学氧化法的效率不同，并且往往反应不彻底。目前的主要趋势是开发适用的催化剂，发展催化辅助高级氧化水处理技术，这可以大大降低设备要求，并且提高反应效率。

３超声水处理技术

超声技术是利用声空化过程把声场能量集中起来，然后伴随空化泡崩溃而在极小的空间内将能量释放出来，使之在正常温度与压力的液体环境中产生异乎寻常的高温（高于５０００Ｋ）和高压（高于５×１０７Ｐａ），形成局部“热点”，从而加快化学反应速率。

利用超声技术降解水中的化学污染物（尤其是难降解的有机污染物）是近几年来发展起来的一种新型水处理技术［３３］。它具有去除效率高、反应时间短、设施简单等特点。研究表明，超声功率对挥发性的疏水有机物影响较小，对难挥发的亲水性有机物影响较大。如表２所示，超声功率的变化对４－氯酚的降解效果有显著影响，而对非水溶性氯苯却影响不大。

将超声波用于强化微污染水的生物处理实验表明［３４］，通过一定强度的超声波处理后，膜生物反应器的生物活性得到增强，反应器有机负荷增加，有机物净化效率提高。超声处理促进了生物活性，且功率为１０Ｗ的超声波促进生物活性的效果最为明显。采用超声与厌氧生化法相结合的工艺［３５］处理碱法草浆黑液，ＣＯＤ去除率可达５７％～６９％，比单纯厌氧法提高约２０％，且处理后污泥活性增加，综合毒性降低。用频率１８ｋＨｚ、声强０．１１０Ｗ／ｃｍ２的超声波处理垃圾渗滤液，结果表明［３６］，在ｐＨ７、温度为５５℃、处理时间为２４０ｍｉｎ的条件下，渗滤液的ＣＯＤ由３７０５０ｍｇ／Ｌ降低到１４１４０ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去除率达６１．９６％。

超声波在污泥处理中主要用于污泥脱水和促进厌氧发酵两个方面。超声波脱水常见工艺为：城市污泥→重力沉降→超声波处理→机械脱水。污泥菌胶团内部包含水约占污泥总水量的２７％，而菌胶团结构稳定，难以被机械作用（压滤、离心等）破坏，造成污泥脱水困难。超声波能有效的破坏菌胶团结构，将其内部包含水释放出来，成为较易去除的自由水。研究表明［３７］用３１ｋＨｚ、声能密度０．１１Ｗ／ｃｍ３的超声波处理可以有效打破菌胶团，处理３０ｓ后污泥平均尺寸从１６５μｍ下降到１３５μｍ，处理９６ｓ后下降到８５μｍ。同时发现污泥菌胶团的解构效率随超声波频率的升高而降低，最佳分解频率为４１ｋＨｚ。另外研究发现［３８］，频率２０ｋＨｚ、声能密度０．１２Ｗ／ｃｍ３的超声波处理４ｈ将污泥中可溶性ＣＯＤ占总ＣＯＤ的比值从３６％提高到８９％，可溶性Ｎ的比值从３４％提高到４２％，基本取代了污泥水解过程，从而极大地缩短污泥厌氧发酵时间并提高了污泥可生化性。

超声技术在饮用水杀菌、消毒、阻垢、去除水垢等方面也有明显效果。有研究表明，当频率为２００ｋＨｚ、声强为２Ｗ／ｃｍ２时，超声灭菌效果最佳，并且不受原水质中细菌浓度的影响。利用超声－臭氧技术处理循环冷却水系统中的生物垢，发现用频率为２０ｋＨｚ、振幅为２０％的超声，可有效地控制生物垢的生长，并且还可以移除９０％以上已形成的生物垢［３９］。

目前超声技术在水处理上的研究大都仅局限于实验室水平，要真正实现这项技术的工业化还必须加大对其反应动力学的研究，开发出能够批量运行的大型超声反应处理装置。另外，将超声技术与其它氧化技术相结合起来才能更有效地发挥超声技术在水处理中的优势作用。

表１均相金属催化臭氧化去污比较

Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｏｚｏｎａｔｉｏｎａｍｏｎｇｈｏｍｏｇｅｎｏｕｓｍｅｔａｌｃａｔａｌｙｓｔｓ

氧化系统加入臭

氧（ｇ／Ｌ）

消耗的臭

氧（ｍｇ／Ｌ）

起始ＴＯＣ

（ｍｇ／Ｌ）

ＴＯＣ去

除率（％）

ΔＯ３／ΔＴＯＣ

（ｍｇ／ｍｇ）

Ｏ３

Ｏ３／Ｍｎ（ＩＩ）Ｏ３／Ｆｅ（ＩＩ）Ｏ３／Ａｇ（ＩＩ）Ｏ３／Ｃｄ（ＩＩ）Ｏ３／Ｆｅ（ＩＩ）Ｏ３／Ｃｕ（ＩＩ）Ｏ３／Ｚｎ（ＩＩ）Ｏ３／Ｃｏ（ＩＩ）Ｏ３／Ｃｒ（ＩＩ）

１．６７

１．６７

１．６７

１．６７

１．６７

１．６７

１．６７

１．６７

１．６７

１．６７

６４．５

４７．２

４５．６

３７．７

４０．８

３７．７

４０．８

４０．８

３４．１

３４．１

１０．６

１０．６

１０．４

９．４

１０．５

１０．３

１１．０

１１．０

１１．１

１１．０

３２．６

６２．３

５７．３

６１．０

５８．３

５１．０

５５．１

５２．２

３０．６

３７．８５

１８．７

７．２

７．７

６．６

６．７

７．２

６．８

７．１

１０．１

８．２表２超声功率对有机物降解效率的影响

Ｔａｂｌｅ２Ｅｆｆｅｃｔｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒｏｎｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｓ

有机物初始浓度

（ｍｇ／Ｌ）

超声辐射时间

（ｍｉｎ）

声功率

（Ｗ）

降解率

（％）

４－氯酚氯苯３６．５０

３６．９４

２４０

６０

５４

１４

５４

２８

５７．５

３２．１

８６．４

７９．８

刘洪涛等，先进水处理技术研究进展３

４电化学水处理技术

电化学水处理技术根据电极反应发生的方式不同，大体可分为有电渗析、电絮凝和电催化氧化三种类型。

电渗析是一种膜分离技术。研究表明［４０］利用单极膜电渗析技术从造纸黑液中回收碱的能耗甚至比氯碱厂生产烧碱和黑液燃烧回收碱都低。日本很多企业采用电渗析法进行黑液的浓缩。

电絮凝集中了化学絮凝的阳离子与表面电荷的中和反应机理，涉及水污染物与强电场的反应，以及电化学氧化和还原反应。电絮凝产生絮体含水少，更稳定，更易于过滤。采用电凝－空气氧化［４１］处理造纸厂草浆蒸煮黑液经酸沉析后滤液，在最佳处理条件下，去除率可达８３％左右。用铁板阳极电絮凝法［４２］处理造纸厂废水，可使废水的ＣＯＤ和色度去除率分别达到７６．６％和８２．０％，而能耗仅为１ｋＷｈ／ｍ３。

电催化氧化是通过阳极反应直接降解有机物，通过阳极和催化材料反应产生的超氧自由基（?Ｏ

２

）、Ｈ２Ｏ２、羟基自由基（?ＯＨ）等一类活性基团来氧化降解水体中的有机物。该方法具有有机物氧化彻底，不产生有毒中间产物等优点。电极材料的研究出现了钌钛涂层的金属形稳阳极ＤＳＡ，这种电极大大提高了电流效率和电极寿命。在金属基体（如Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ等）上沉积一层几微米厚的金属氧化膜而使电极具有良好的稳定性（不溶出）和催化活性，已成为电催化氧化水处理技术的关键。用复极性固定床电极［４３］处理偶氮类染料活性蓝和络合染料活性艳绿废水，其ＣＯＤ去除率可达５０％以上，脱色率达９８％以上；对蒽醌染料废水的的处理，其ＣＯＤ去除率达９０％以上，脱色率近１００％。用Ｔｉ／Ｐｔ或Ｔｉ／Ｐｔ／Ｉｒ电极［４４］处理制革废水，不仅去除了有机物，而且能去除ＮＨ３－Ｎ。在Ｃｌ存在条件下，ＮＨ３－Ｎ的去除率几乎达到１００％。

在电化学水处理技术中，电渗析技术已发展成一个大规模的化工单元过程，在膜分离领域占有重要地位，随着具有更好的选择型离子交换膜的出现，电渗析技术的应用前景将更加广阔；电凝聚电气浮技术的运用较为成熟，其发展方向是通过改进电源技术和研究新型电极材料及结构以进一步降低电能消耗和材料消耗；电化学氧化处理难生物降解有机废水是当前的一个热门研究领域，虽然还未能实现工业化，但随着高效催化性能电极材料的开发，该技术将会在实际应用中逐渐成熟。

５纳米技术

纳米材料有高的比表面积和大的表面自由能，在机械性能、磁、光、电、热等方面与普通材料有着很大的不同，具有增强的辐射、吸收、催化和吸附等特性［４５］。

采用纳米ＴｉＯ

２

－ＳｉＯ２负载型复合光催化剂，能使

有机磷农药在其表面迅速富集，光照８０ｍｉｎ，试验的敌百虫可完全降解［４６］。含油废水中含有脂肪烃、多环芳烃、有机酸类和酚类等，自身很难降解。采用纳米ＴｉＯ２的光催化氧化技术，可以迅速降解这些有机物。

利用太阳光和纳米ＴｉＯ

２

粉末对苯酚水溶液和对十二烷基苯磺酸钠水溶液进行试验，结果表明在多云和阴天条件下，日光照射１２ｈ后，浓度为０．５ｍｍｏＬ／Ｌ的苯酚已完全降解，浓度为１ｍｍｏＬ／Ｌ的对十二烷基苯磺酸钠亦基本完成降解。

纳米无机抗菌材料具有很高的活性［４７］。如ＴｉＯ

２

、ＺｎＯ等在紫外线照射下，在水和空气中产生高活性氧，能与多种有机物发生反应，从而把大多数病菌、

病毒杀死。实验证明，在玻璃上涂一层薄层ＴｉＯ

２

，光照３ｈ，可达到杀灭大肠杆菌的效果；光照４ｈ，可使毒素的含量控制在５％以下。以银锌复合体为主抗

菌体，以超细ＴｉＯ

２

和ＳｉＯ

２

等为载体，由于超细纳米级粉体的颗粒特殊效应大大提高了整体的抗菌效果，使耐温性、粉体细度、分散性和功能效应都得到了充分的发挥。

粘土矿物夹层纳米复合材料的大比表面积以及有机基团和孔径尺寸的可调变性，使之可作为吸附剂应用于液体分离、离子交换、络合物交换等［４８］。采用有机胺改性粘土矿物吸附可去除可溶性苯酚、氯苯酚等。用四甲基胺基交换有机粘土能吸附苯、甲苯、二甲苯。用十六烷基三甲基溴化铵－膨润土吸附有机物，对非极性及弱极性有机化合物，主要起分配作用，等温吸附曲线呈线性；对中等极性有机化合物，除分配作用外还有吸附作用；对强极性有机化合物，主要是表面吸附作用，等温吸附曲线呈非线性。

纳滤分离技术能截留分子量大于１００的有机物及二价和多价离子，允许小分子有机物和单价离子透过［４９］，操作压力低，水通量大。试验表明，纳滤膜可去除消毒过程中产生的微毒副产物、痕量的除草剂、杀虫剂、重金属、天然有机物、硫酸盐及硝酸盐等，同时能保留大多数人体必须的无机离子，出水ｐＨ值

水处理技术第３４卷第４期４

变化不大，符合饮用水的要求。故纳滤技术已成为当前饮用水净化的主要技术之一［５０］。纳滤膜耐酸碱，有优良的截留率，对重金属有很好的去除率，不存在膜污染问题。据报道［５１］：石油工业的含酚废水采用纳滤技术，酚的脱除率可达９５％以上，且在较低压力下就能高效脱除废水中的镉、镍、汞、钛等重金属；化纤、印染工业废水中的染料及助剂可用纳滤技术脱除和回收再利用；造纸工业中，采用纳滤技术可以有效地除去废水中深色木质素和氯化木质素；钢铁厂的酸洗废液经纳滤技术处理后可实现废液中的镍、铁、铜、锌等重金属的浓缩回收和废酸水的达标排放的目的；热电厂的二次废水中含有大量悬浮固体、灰份、高含量的盐份及部分有机物，利用纳滤技术可方便地把此类废水处理成工业回用水。

纳米技术对环境保护已产生深远的影响，并有广泛的应用前景。利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。将纳米技术与其它水处理技术联合使用必将为人类解决水污染问题发挥最终作用。

６绿色水处理剂

水处理剂是当前水工业、污染治理与节水回用处理工程技术中应用最为广泛的产品，包括絮凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、杀生剂等，主要用于去除水中悬浮固体和有毒物质，控制水垢、污泥的形成，减少对水接触材料的腐蚀，除臭杀菌、脱色、软化、稳定水质及海水淡化等。由于当前使用的绝大多数水处理剂，无论是无机类还是有机类，均会由于材料设计的缺陷导致二次污染，对人的健康以及环境安全都带来潜在的危害，因而有必要发展绿色水处理剂来满足人类生态可持续发展的战略需求。

絮凝剂是水处理剂中用量最大的一种药剂，其绿色化主要着眼于天然高分子絮凝剂。多糖类物质因为剪切稳定性、生物可降解性及其接枝产物比直链合成聚合物具有更大的空间位阻特性而成为研究首选。淀粉分子结构中带有羟基，通过对这些羟基的酯化、醚化、氧化、交联等反应，可对淀粉改性［５２－５４］。阳离子淀粉与含有带负电荷的有机物或胶体的水体系混和时，可以与水中有机物或胶体微粒起电荷中和及吸附架桥作用，它可以使体系中的微粒脱稳，起到絮凝作用，同时通过除去水中带负电荷的有机物而起到脱色的作用，它在造纸行业应用极其普遍；淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物是以淀粉亲水的刚性链为骨架，配以柔性的聚丙烯酰胺支链形成的刚柔相济的网状大分子结构，它有很强的捕集、吸附、絮凝能力，在水处理行业得到了广泛的应用，羧甲基淀粉因含有的羧基，有的羧基有较强的螯合金属离子的能力，比较多地用于去除溶液中的金属离子。甲壳素及其衍生物是另一类重要的天然高分子絮凝剂。由于壳聚糖是目前自然界中唯一发现的碱性多糖类天然高分子，从而使其具有非常特殊的性能和用途。壳聚糖的改性产物如壳聚糖－丙稀酰胺接枝共聚物比壳聚糖有更高的架桥絮凝能力，而且与无机絮凝剂有很强的协同效应，适合于含重金属离子的综合废水处理［５５－５６］。

阻垢剂主要通过螯合金属，吸附分散微晶和晶格畸变作用，从而阻止水中致垢盐类在设备表面沉积。聚天冬氨酸型绿色水处理剂主要包括聚天冬氨酸及其钠盐和酯，是以从自然界中提取且制备过程清洁无污染的天冬氨酸或马来酸酐为原料制成，其特点是具有生物降解性和较高的阻垢性及对钙的高容忍度［５７］。Ｄｏｎｌａｒ公司因开发聚天冬氨酸而获得了１９９６年度美国总统绿色化学挑战奖并就此获得了２２项专利［５８］。一种无磷、非氮和可生物降解的绿色阻垢剂聚环氧琥珀酸（ＰＥＳＡ）具有优良的生物降解性，对钙、镁、铁等离子的螯合力强，用量小，阻垢性能优异，可广泛用于锅炉水、冷却水、污水处理及海水淡化和膜分离等［５９］。表３示出为ＰＥＳＡ和六偏磷酸盐对硬水垢ＢａＳＯ

４

的阻垢性能对比［６０］，可以看到ＰＥＳＡ这种绿色无磷阻垢剂的性能明显要比传统阻垢剂效果优良。

缓蚀剂是在腐蚀环境中，能对金属腐蚀具有良好抑制作用的药剂，主要为磷系水处理剂。由于磷的排放会导致水源富营养化，引起赤潮现象，同时有些是高度非生物降解的，从而影响生态环境。因此，开发低磷或无毒的缓蚀剂是今后发展的方向。有机膦酸类是阴极型缓蚀剂，其共聚物同时含有磷酰基和羧基，兼具阻垢、分散、缓蚀功能，无毒，不会造成二次污染，无需加酸调节ｐＨ值，且药剂不易水解，耐表３聚环氧琥珀酸（ＰＥＳＡ）与六偏磷酸盐的阻垢（ＢａＳＯ４）性能对比Ｔａｂｌｅ３ＡｎｔｉｓｃａｌｅｓｏｆＰＥＳＡａｎｄｈｅｘａｍｅｔａｐｈｏｓｐｈａｔｅｔｏｄｅｆｅｃａｔｅＢａＳＯ４药剂用量（ｍｇ／Ｌ）阻垢率（％）

ＰＥＳＡ

六偏磷酸盐

１．０

２．５

２．５

１．０

２．５

５．０

９４．４

１００

１００

６３．６

８３．２

１００

刘洪涛等，先进水处理技术研究进展５

高温，操作简单安全［６１］。

杀生剂主要用于控制或杀灭水中的细菌、藻类和真菌等。常规的杀生剂能在环境中持续对人类和水生物带来潜在的长期性危害。四羟甲苯磷锡硫酸（ＴＨＰＳ）是一种新的对环境友好的杀生剂［６２］。该产品获得１９９７年美国“总统绿色化学挑战奖”的设计更安全化学品奖，已被用于一定范围的工业水处理系统，对微生物进行了成功的控制。高铁酸钾由于在水中能够释放出氧，沉淀出含水三氧化二铁，因而具有杀菌灭藻能力强、速度快、无污染、无毒副作用等优点，是一种新型的无氯水处理剂，是循环冷却水系统杀菌灭藻很有竞争力的杀生药剂［６３］。此外，生物杀生水处理技术最近也有研究报道［６４］，它利用微生物之间相互作用来破坏细菌微生物分子或利用噬菌体“吃掉”细菌微生物，其针对性强，效率高，且没有污染，因而具有潜在的发展前景。

绿色水处理剂将可能成为水处理行业开发的重点。根据绿色化学的要求，要从分子水平进行设计，注重水处理剂的无毒、无害、易生物降解以及原子经济性等。在对现有的水处理剂进行改造时，要从分子角度对其重新评估，通过改性使其变为环境友好型的水处理剂。加强多功能水处理剂的综合开发及其作用机理研究，使多功能绿色水处理剂做到更加高效、环保、经济。

７结语

水资源决定着人类生存和发展的连续性，合理开发和利用水资源取决于对水资源的认识和其再生能力的发掘。绿色化学为水处理工程提供了新的思路，持续稳定地进行原子性经济设计和加工，摆脱传统工艺的思维模式，对现有水处理行业设备和方法进行有效改造，以便实现资源利用和持续发展的和谐统一。本文所涉及的六大类先进水处理技术均符合国际绿色化学发展要求，因而具有潜在的可开发应用前景。其中的任何一项技术都不是孤立的，唯有在不断实践过程中才能更好地将它们有机地结合起来，使其协同作用，达到更佳的效果。相信这对于水处理行业的研究人员的思维拓宽将起到积极作用。

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ＰＲＯＧＲＥＳＳＯＦＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＡＤＶＡＮＣＥＤＷＡＴＥＲＴＲＥＡＴＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ

ＬＩＵＨｏｎｇ－ｔａｏ１，２，ＸＵＧｕａｎ－ｈｕａ３，ＺＨＵＧｕｏ－ｙｉ４

（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ；

２．ＮｅｗＭｅｘｉｃｏＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＬａｓＣｒｕｃｅｓ８８００１，ＵＳＡ；

３．ＸｉｎｊｉａｎｇＸｉｎｙｅＨｕａｍｅｉＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｕｒｕｍｑｉ８３００４６，Ｃｈｉｎａ；４．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓａｒｅｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｍａｎｋｉｎｄｔｏｌｉｖｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐ．Ｔｈｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｒｅｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｕｓａｇｅｏｆｒｅｎｅｗａｂｌｅｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅ．Ｕｐｔｏｎｏｗ，ｔｈｅｒｅｈａｖｅｂｅｅｎａｌｏｔｏｆｗａｙｓｔｏｔｒｅａｔｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｎｄｓａｎｉｔａｒｙｓｅｗｅｒａｇｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｏｎｌｙａｆｅｗｐｏｔｅｎｔｉａｌｍｅｔｈｏｄｓｔｈａｔｒｅａｌｌｙｍｅｅｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ｃｌｅａｎ，ａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｃａｎｂｅｆｏｕｎｄ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｍｉｓｉｎｇｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈａｃｔｕａｌｌｙｃａｔｅｒｔｏｇｒｅｅｎｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｅａｃｈｏｆｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｓｎｏｔｉｓｏｌａｔｅｄ，ａｎｄｔｗｏｏｒｍｏｒｅｍａｙｃｏ－ｏｐｅｒａｔｅａｎｄｅｘｅｒｔｏｐｔｉｍａｌｅｆｆｅｃｔｓ．ＩｔｉｓｈｏｐｅｆｕｌｔｏｏｐｅｎｕｐａｎｅｗｗａｙｂｙｉｎｎｏｖａｔｉｎｇａｎｄａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｓｅｇｒｅｅｎａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｏｗａｔｅｒｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｉｎＣｈｉｎａ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｓ；ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ｓａｎｉｔａｒｙｓｅｗｅｒａｇｅ；ｇｒｅｅｎｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ

水处理技术第３４卷第４期

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