水处理技术

水处理技术摘要：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。

一、膜分离技术在水处理领域的应用膜技术在水处理上已经大规模应用，如饮用水的制取（包括从地表水为水源生产高品质的饮用水、海水淡化、苦咸水脱盐等），但是还存在许多材料和工程技术上的问题，参加本次会议的多为该领域的水公司，他们针对具体的被处理体系（不同的水源、水质）出现的问题进行细致的研究，包括预处理、操作方式（错流还是并流）、清洗与反清洗、膜组件的组合方式、反渗透系统的能量回收-其中反渗透系统的能量回收将成为进一步降低膜法海水和苦咸水淡化的产水成本的关键技术，使膜法海水淡化技术从成本上更具竞争力。

膜技术在环保领域的研究和应用刚刚起步，但已有良好的开端，包括废水治理及实现清洁化生产、城市废水的治理和回用、工业用水中物质的回收与水再利用、工业废水的治理等将成为新的增长点。

杂化膜过程的研究（包括FMH、JG／HI、FG／HI、K0L／JG等）、对膜及相关过程的规模化、操作条件的优化也是研究的主要方向。

二、臭氧化水处理技术及应用臭氧氧化技术是利用臭氧在不同的催化剂条件下产生羟基自由基(OH·)的一种高级氧化工艺，它在改善水的嗅和味、去除色度及氧化有机和无机微污染物等方面发挥了较大作用。

通常而言，它通过两种途径与有机污染物发生作用：一种途径是臭氧分子与有机污染物问的直接氧化作用，该反应缓慢，且有明显选择性；另一种途径是臭氧在水中OH-、有机污染物或某些无机物等引发剂的作用下生成OH·，问接地与水中有机污染物发生作用，该反应速度快且没有选择性。

然而由于臭氧在水中的溶解度很小且不稳定，它的这一物理化学特性决定了单一的臭氧化技术有较大的局限性。

这主要表现在两个方面：一是臭氧不能氧化一些难降解的有机物，如氯仿等[1]；二是臭氧会被水中的竞争基质消耗，单一的臭氧化技术不能将有机物彻底分解为CO2和H20，而是通过直接反应将它们转化成中间产物，从而难以达到较高的COD Mn去除效果[2-3]。

因此，出现了各种臭氧联用与光催化氧化技术，如Fenton试剂／03、03/BAC[4-5]、03/UV[6-7]、03／UV/Ti02[8]和03/H2O2等，通过它们的协同效应可以促进臭氧的分解，产生更多的羟基自由基，提高其利用率和适用范围。

然而，臭氧应用过程中也存在其不利的一面：臭氧分解过程中产生的·OH可与水中的大部分基质快速发生反应，导致·OH在水中的停留时间很短暂，绝大部分的氧化能力损失在与水中基质的反应上，这违背了投加臭氧的初衷。

虽然臭氧可以去除水中大部分无机物如Fe(Ⅱ)、H2S、Mn(Ⅱ)等，但对氨的氧化速率较慢，去除效果不理想。

因此，需要发展新的多项单元技术的优化组合工艺来达到去除水中氨氮的目的，使其不仅在经济上，而且在技术上更为切实可行。

O3不能完全矿化有机物，衍生出许多副产物，如“三致”(致癌、致畸、致突变)物质，对人体产生潜在危害。

其中的溴酸盐物质被一些专家学者怀疑具有致癌性。

一般当水中溴化物的浓度超过50ug·L-1时就需要采取控制措施来降低溴酸盐的生成。

Xiangru Zhang等[9-10]建议通过降低pH及加氨来降低溴酸盐的形成。

总而言之，臭氧与多项水处理单元技术的优化组合工艺是当今水处理领域的研究方向之一，优化工艺参数，寻求与其它工艺的联用技术，是未来臭氧化技术发展的方向，同时进行臭氧反应动力学机理等研究以取得最佳处理参数。

三、电化学水处理技术的研究与应用电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或问接电化学转化而从废水中减少或去除。

它可分为直接电解和间接电解。

直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除。

直接电解可分为阳极过程和阴极过程。

阳极过程就是污染物在阳极表面氧化而转化成毒性较小的物质或易生物降解的物质，甚至发生有机物无机化，从而达到削减、去除污染物的目的。

阴极过程就是污染物在阴极表面还原而得以去除，主要用于卤代烃的还原脱卤和重金属的回收。

间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性更小的物质。

间接电解分为可逆过程和不可逆过程。

可逆过程是指氧化还原物在电解过程中可电化学再生和循环使用。

不可逆过程是指利用不可逆电化学反应产生的物质，如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H202和03等氧化有机物的过程，还可以利用电化学反应产生强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、·HO、·H02等自由基。

电化学废水处理技术主要包括：电凝聚气浮法、微电解法、电化学氧化法、电渗析法、电吸附法。

电化学处理技术的优点：(1)具有多功能性。

电化学技术除可利用电化学氧化还原反应使毒物降解、转化外，还可用于悬浮物或者胶体体系的相分离等。

(2)具有高度的灵活性。

电化学技术兼具气浮、絮凝、杀菌等多功能，必要时，阴阳极可同时发挥作用。

它既可以做单独处理工艺使用，也可以与其他处理工艺相结合，如作为前处理，町将难降解有机物或生物毒性污染物转化为可生物降解物质，从而提高废水的呵生物降解性。

(3)无污染或少污染。

电化学过程中产生的羟基自由基无选择的直接与废水中的有机物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单的有机物，没有或很少产生二次污染。

(4)易于控制性。

电化学过程一般在常温常压下进行，其化学过程的主要运行参数是电流和电位，易于实现自动控制。

运行费用过高是许多环境污染治理技术获得广泛推广应用的主要阻碍。

电化学水处理技术也同样存在这个问题。

不同的电化学水处理技术，造成其运行费用过高的因素差别较大，但都包括主要的两个方面：电极材料、反应器结构。

电化学水处理技术，由于其设备小、占地少、运行管理简单和处理效果好等优点，日益受到人们的重视。

但由于其在实际运用中尚存在电能消耗高、效果不稳定等缺点，使其难于广泛应用。

寻求节能高效的电化学水处理技术与设备已成为电化学应用技术研究的重要方向。

四、超声技术在水处理的研究与应用超声技术是近年来发展起来的一种新型水处理技术，在去除水中污染物尤其是难降解的污染物功效显著[11-13]。

超声波降解有机物主要是通过溶液中的空化效应实现的。

超声波由一系列疏密相间的纵波构成，并通过液体介质向四周传播。

当声能足够高时，在疏松的半周期内，液相分子间的吸引力被打破，形成空化核。

空化核的寿命约为O．1us，它在爆炸的瞬间可以产生大约4000K和100MPa的局部高温高压环境，并产生速度约1 lOm／s具有强烈冲击力的微射流，这种现象称为超声波的空化效应[14]。

超声波在溶液中产生空化泡，空化泡经生长最终承受不住压力而爆炸，在溶液中产生高温高压的热点，同时产生大量的羟基自由基。

溶液中的污染物或在高温高压下分解，或被自由基氧化，或在两者的协同作用下实现水处理的目的鲫。

超声水处理技术具有反应条件温和、适用范围广、可单独或与其他技术协同作用等优势，因此具有广泛的应用前景。

为了推广超声技术在水处理工程中的应用，提高其作用效果，国内外的专家学者相继开展了超声技术作用效率及其影响因素作用规律的研究。

目前，超声化学在水处理中的应用研究已经取得了较大的成果，但大多数研究都处于实验室研究水平，在工业中上尚未有大规模应用。

而且，大多数研究都是针对某一种单一成分的降解，在实际的废水处理中还没有进一步的试验研究。

因此，应当对超声技术在水处理中的机理进行进一步的探索研究，以便实现大规模的应用。

五、微波水处理技术微波是指频率为300Ⅷz～300GHz的电磁波。

微波水处理技术是把微波场对单相流和多相流物化反应的强烈催化作用、穿透作用、选择性供能及其杀灭微生物的功能用于水处理的一项新型技术。

微波废水处理技术可使废水处理工程小型化、分散化，省掉城市建设中现行废水处理工程长距离埋设的庞大排污管网，废水经微波处理后可100％回收，实现水的可持续利用。

微波加热破乳可进行油水分离。

加入化学试剂对油水乳浊液进行破乳会带来二次污染，而利用微波加热破乳进行油水分离则不会有此问题。

Fang等研究了植物油一水．硅藻土乳浊液的微波加热分离，并与常规加热及不加热重力沉降法进行了比较。

结果表明，微波加热明显加快了油水分离，且在相同条件下，微波加热比常规加热有更高的油回收率。

微波加热可加速油水分离过程，一方面是由于其加快了水中油滴的上升速度(或油中水滴的下降速度)，另一方面，微波加热可加速凝聚过程，使油滴凝聚速率加快。

微波加热油水分离研究现已进行了较大规模的现场试验。

王金成⋯等利用微波诱导催化反应，以葸醌型染料活性艳蓝KN．R 为对象，研究在活性炭存在下微波辐射处理染料废水的可行性。

结果表明，在活性炭存在下，微波辐射能使活性艳蓝KN-R溶液迅速脱色，微波辐射4min脱色率达97．1％。

邹纵柏等提出了利用微波辐射去除废水中磺基水杨酸污染物的方法。

先用活性炭吸附污染物，然后将滤出的活性炭用微波辐照再生，该方法对废水中磺基水杨酸的去除率可达97．4％。

微波还可有效地杀灭蓝藻，蓝藻在微波场中只需30～40s即由微细粒汇聚成大颗粒，并变黄沉降，与水分离，与此同时水中的富营养物也就得以降解。

六、电子水处理技术电子水处理(EWT)技术是20世纪70年代以后发展起来的新型水处理技术．最早由美国国家航空宇航局研制成功。

我国也于20世纪90年代研制出实用型的电子水处理装置[15]。

该技术能广泛运用于工业和民用的冷、热水循环系统的供水处理，具有很好的防垢除垢、杀菌灭藻以及缓蚀防腐的功效，能够起到较好的节能节水作用。

其工作原理是:阳极为不溶性的金属电极。

阴极一般采用镀锌的无缝钢管。

所用电源为低压的直流恒压电源或是具有特定波形的脉冲电源。

该装置的工作过程：待处理水从装置下部进水口进入．经过与金属电极的接触后由上部出水口流出；在接触过程中，水中的成垢离子由于电化学的作用而转变成水垢并沉积在阴极壁上，细菌及藻类由于物理、化学、电化学和生物的综合作用而死亡，残渣沉积在装置底部排污区；装置每运行一个周期后，关闭进出水口。