論物化水處理新技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、論物化水處理新技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)摘要：本文主要討論幾種物化水處理新技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)關(guān)鍵詞：水處理新技術(shù)磁分離 光氧化低溫等離子體上了這門(mén)課之后，之前我 對(duì)水資源的現(xiàn)況基本沒(méi)什么了解，對(duì)水資源的污染 特點(diǎn)、給水處理常規(guī)工 藝也只是略懂皮毛而已，就更不用說(shuō)給水處理新技術(shù)。 但聽(tīng)過(guò)老師您的講 解之后，我對(duì)物化水處理新技術(shù)有了全面而仔細(xì)的了解，對(duì) 各項(xiàng)新技術(shù)的掌握程度進(jìn)一步提升。首先先分析一下我國(guó)目前的水資源狀況：大家都知道，中國(guó)是一個(gè)干旱缺水 嚴(yán)重的國(guó)家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，僅次于巴 西、俄羅斯和加拿大，居世界 第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均 水平的1/4、美

2、國(guó)的1/5，在世界上名列121位，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏 的國(guó)家之一。 據(jù)監(jiān)測(cè)，目前全國(guó)多數(shù)城市地下水受到一定程度的點(diǎn)狀和面狀污 染，且有逐年加重的趨勢(shì)。日趨嚴(yán)重的水污記。染不僅降低了水體的使用功能， 進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾，對(duì)中國(guó)正在實(shí)施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略帶來(lái)了嚴(yán)重 影響，而且還嚴(yán)重威脅到城市居民的飲水安全和人民群眾的健康。我國(guó)屬于缺水國(guó)之列，人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，居世界第109位。中國(guó)已被列入全世界人均水資源13個(gè)貧水國(guó)家之一，扣除難以利用的洪水涇流和散布在偏遠(yuǎn) 地區(qū)的地下水資源后，中國(guó)現(xiàn)實(shí)可利用的淡水資源量則更少。 不僅淡水資源少得 可憐，更讓人倍感無(wú)奈的是其分布

3、不均， 大量淡水資源集中在南方，北方淡水資 源只有南方水資源的1/4。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)600多個(gè)城市中有一半以上城市不同程 度缺水，沿海城市也不 例外，甚至更為嚴(yán)重。人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)造成的水資源污染日益嚴(yán)重，并呈多樣化，只用常規(guī)工藝處理 的水是絕對(duì)不達(dá)標(biāo)的，所以，我們必須引進(jìn)新型的水處理技術(shù)， 力求更大程度的 改善處理水水質(zhì)。近年來(lái)，光氧化、超臨界氧化和低溫等離子體化學(xué)等新技術(shù)在 難降解有機(jī)工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用研究十分活躍，它們對(duì)難降解有毒有機(jī)廢水 所表現(xiàn)出的高處理效率引起了人們?cè)絹?lái)越大的興趣。一、光氧化法目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)光氧化法的研究較多。 研究的角度也不相同，主要涉及催化 劑活性、反應(yīng)體系中影響因

4、素、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面。催化原理簡(jiǎn)單的說(shuō)就是 一些半導(dǎo)體材料（TiO2、Fe2O3、Sn02等）在紫外線的照射下階帶電子會(huì)被激 發(fā)到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生具有很強(qiáng)反應(yīng)活性的電子（e）-空穴（h+ ）對(duì)，這些電子（e）-空穴對(duì)遷移到半導(dǎo)體材料表面后，在氧化劑（如02、H2O2、03、CI2等）或還原劑（一般為有機(jī)物）作用下，可參與氧化還原反應(yīng)，從而起到降 解污染物的作用。在這些半導(dǎo)體催化劑（TiO2、Fe2O3、SnO2等）中，TiO2化 學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難溶、無(wú)毒、成本低、催化效率高，對(duì)難降解有機(jī)物如含苯系化合 物、氯系有機(jī)物等的處理都非常有效。所以正因?yàn)門(mén)iO2的這些優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用 于光催化處理多種有

5、機(jī)廢水。但是，催化劑難以回收，活性成分損失較大以及必須過(guò)濾、離心分離、絮凝 等問(wèn)題，使其難以真正應(yīng)用于實(shí)際水處理中。 目前，單純依靠光催化來(lái)達(dá)到處理 廢水的目的是不夠的，與其他工藝聯(lián)合應(yīng)用將是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。 M.C.Yeber研究了光催化與生物處理聯(lián)合應(yīng)用的效果， 通過(guò)對(duì)光解前后微生物處理效果進(jìn)行 了對(duì)比，證明了光催化產(chǎn)物有利于微生物的降解，有利于提高微生物的可利用性。 范益群等將光催化反應(yīng)和膜分離技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了光催化膜反應(yīng)器。利用該反 應(yīng)器對(duì)亞甲基藍(lán)進(jìn)行降解的結(jié)果表明， 亞甲基藍(lán)可被很快地降解，而懸浮在反應(yīng) 液里的催化劑顆粒同時(shí)可被膜完全截留而有效地分離回收并連續(xù)地在反應(yīng)器里使用。二、

6、超臨界水氧化技術(shù)超臨界水氧化（SCWO）是指當(dāng)溫度、壓力高于水的臨界溫度（374C）和 臨界壓力（22.1MPa）條件下水中有機(jī)物的氧化。處在超臨界態(tài)的水有著與常態(tài) 水完全不同的物理、化學(xué)性質(zhì)。例如超臨界水的介電常數(shù)很?。ㄈ缢? C時(shí)的介電常數(shù)為87.7，在水的臨界點(diǎn)時(shí)介電常數(shù)為6），類(lèi)似于常溫常壓下的極性有 機(jī)物的介電常數(shù)，因而成為有機(jī)物的良好溶劑。如戊烷、苯、己烷、甲苯等有機(jī) 物可以完全溶解在超臨界水中。一些只能少量溶于普通水的氣體，如氧氣、氮?dú)狻?氫氣等都可以與超臨界水混溶。超臨界水的幕度比常規(guī)條件下的水的密度低，水分子間的氫鍵減弱。無(wú)機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度和離解常數(shù)很低。由于超臨界

7、水汽液相界面消失，成為一均相體系，因而超臨界水中的有機(jī)物的氧化反應(yīng)速度 極快。如在625 C有空氣時(shí)，僅在1s內(nèi)就可使99.9%勺有機(jī)物分解。 由于超臨 界水這些特有的性質(zhì)，使得超臨界水氧化技術(shù)成為極有前景的有機(jī)廢水處理新技 術(shù)。超臨界水氧化技術(shù)目前的研究包括各種有毒有機(jī)廢水、有機(jī)廢物、污泥以及人體代謝廢物的處理等。在超臨界水氧化過(guò)程中，有機(jī)物幾乎完全轉(zhuǎn)化為二氧化 碳和水，有機(jī)物中的氮、硫、磷元素分別轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的無(wú)機(jī)酸，氯轉(zhuǎn)化為氯離子，硫和磷分別轉(zhuǎn)化為硫酸鹽和磷酸鹽。超臨界水氧化法與其他傳統(tǒng)的方法相比，具有很多的優(yōu)點(diǎn)：效率高，有毒物質(zhì)清除率達(dá)99.99%以上；適用范圍廣，可用于各種有毒難降解的

8、有機(jī)物；產(chǎn)物不需 作進(jìn)一步處理； 時(shí)，在低有機(jī)物含量（2%時(shí)可通過(guò)自身熱交換，因而不需要 外界供熱；反應(yīng)速度快，在幾十秒的時(shí)間內(nèi)即可完全氧化有機(jī)物； 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理量大。盡管SCWO 技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，并且展現(xiàn)出良好的工業(yè)應(yīng)用前景，但是超臨界水氧化法還有一 些實(shí)際的技術(shù)問(wèn)題需要解決，如反應(yīng)條件較為苛刻（高溫、高壓），對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高等。因?yàn)樵诔R界環(huán)境中比通常條件下更易使金屬腐蝕，Gloyna等人對(duì)13種合金在超臨界水環(huán)境中的腐蝕狀況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在300 C以下以電化學(xué)腐蝕為主，在400 C以上以化學(xué)腐蝕為主。目前主要針對(duì)不同體系采取不同的 措施來(lái)減小腐蝕。在超臨界水中，由于無(wú)機(jī)鹽

9、溶解度小，因此在氧化過(guò)程中會(huì)有 鹽的沉淀，引起反應(yīng)器和管路的堵塞。三、低溫等離子體化學(xué)等離子體是在特定條件下使氣（汽）體部分電離而產(chǎn)生的非凝聚體系。它由 中性的原子或分子，激發(fā)態(tài)的原子和分子、自由基、電子或負(fù)離子、正離子以及 輻射光子組成。體系內(nèi)正負(fù)電荷相等，整個(gè)體系呈電中性，被稱(chēng)為物質(zhì)存在的第 四態(tài)。帶電粒子中電子質(zhì)量最輕，其溫度高達(dá) 104K以上；離子、自由基、中性 原子或分子等重粒子的溫度接近或略高于室溫，稱(chēng)這種等離子體為低溫等離子體。低溫等離子體具有足夠高能量的活性物種，因而可使反應(yīng)物分子激發(fā)、電離 或斷鍵。實(shí)驗(yàn)室中獲得等離子體的方法有熱電離法、激波法、光電離法、射線輻射法 以及直流、

10、低頻、射頻、微波氣體放電法等。低溫等離子體化學(xué)從原理講就是自 由基化學(xué)，等離子體中存在多種高能自由基，各種自由基會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，因而 對(duì)有機(jī)廢水的處理比單自由基的體系具有更好的效果。國(guó)內(nèi)利用低溫等離子體技術(shù)進(jìn)行污染治理方面的研究目前有華中理工大學(xué)和大連理工大學(xué)等單位，煙氣脫硫方面研究較多。李勝利等將該技術(shù)用于印染廢水的脫色研究， 效果較好，對(duì) 直接藍(lán)2B和活性艷紅X-3B的脫色試驗(yàn)表明40秒的脫色率可達(dá)95%，利用該 技術(shù)對(duì)有機(jī)廢水的處理目前尚沒(méi)有其他的報(bào)道。此外利用低溫等離子體對(duì)氣相中 甲苯的降解也有報(bào)道。國(guó)外用高能電子束轟擊水溶液時(shí)可產(chǎn)生大量反應(yīng)能力極強(qiáng) 的活性粒子，這些活性粒子可誘導(dǎo)許多

11、化學(xué)反應(yīng)，從而使水中的有機(jī)物發(fā)生降解。盡管?chē)?guó)內(nèi)外對(duì)低溫等離子體化學(xué)技術(shù)在環(huán)境污染治理的應(yīng)用的原理已有較 多的討論，也有一些單一有機(jī)物降解的實(shí)驗(yàn)室研究工作的報(bào)道， 但是該技術(shù)對(duì)不 同類(lèi)型的有機(jī)物和實(shí)際工業(yè)廢水的降解的研究報(bào)道較少。另外，該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用也存在如何降低能耗，提高降解效率的問(wèn)題。對(duì)低溫等離子體處理有機(jī)廢水的 影響因素，如PH、PE、含鹽量，有機(jī)物種類(lèi)和含量以及降解產(chǎn)物的物種和毒性 等方面也有大量的研究工作要做。這些研究?jī)?nèi)容大都是低溫等離子體技術(shù)在有機(jī) 廢水處理研究中的關(guān)鍵性問(wèn)題，也是該技術(shù)在環(huán)境污染治理中應(yīng)用研究的重要問(wèn) 題。四、磁分離技術(shù)磁分離技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的水處理

12、技術(shù)。磁分離作為物理處 理技術(shù)在水處理中獲得了許多成功應(yīng)用，顯示出許多優(yōu)點(diǎn)。磁分離的基本原理就 是通過(guò)外加磁場(chǎng)產(chǎn)生磁力，把廢水中具有磁性的懸浮顆粒吸出，使之與廢水分離， 達(dá)到去除或回收的目的。對(duì)于水中非磁性或弱磁性的顆粒，利用接種技術(shù)可使它 們具有磁性。目前具有代表性的磁分離設(shè)備是圓盤(pán)磁分離器和高梯度磁過(guò)濾器。磁分離技術(shù)的研究和應(yīng)用都還比較少， 但根據(jù)磁分離技術(shù)的物理作用原理， 利用 磁分離技術(shù)在水處理方面具有很多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，主要有以下幾點(diǎn)：（1）磁分離設(shè)備體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、費(fèi)用低、占地少。如高梯度磁分離設(shè)備，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；工作高度可靠，維修量適中；占地少，相當(dāng)于其他傳統(tǒng)設(shè)備的五分

13、之一以下。（2）利用高梯度磁濾法物理作用原理，可去除那些耐藥性和毒性 很強(qiáng)的病原微生物、細(xì)菌以及一些難降解的有機(jī)物等等。 有研究表明，磁場(chǎng)力可 使病原微生物等細(xì)胞內(nèi)的水和酶鈍化或失活，從而被殺滅，通過(guò)磁濾達(dá)到去除。（3）磁分離技術(shù)能實(shí)現(xiàn)多種污染的一次凈化，具有多功能性和通用性。在原水 中通過(guò)投加磁種和混凝劑，使得各種性質(zhì)的弱磁性微細(xì)顆粒甚至半膠體顆粒在高 梯度磁場(chǎng)中能得到高效去除。例如：去濁和去除重金屬離子、油污、放射性污染 等。（4）磁分離技術(shù)處理水量大，且不受自然溫度的影響。高梯度磁濾分離器的 過(guò)濾速度是一般處理用的高速過(guò)濾機(jī)的 1030倍，相當(dāng)于沉淀池的100倍；磁分離技術(shù)適合干旱炎熱或

14、寒冷等不同氣候條件下地區(qū)的給水水質(zhì)處理。（5）利用高梯度磁濾法可作為給水的殺菌消毒處理，主要優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生有害的副產(chǎn)品且簡(jiǎn) 單容易。用氯或氯制劑對(duì)飲用水消毒時(shí)，有研究表明氯與水中腐植酸和黃腐酸以 及其他微量有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生三鹵甲烷 THMs和其他鹵代烴化合物，這些化合物是 多種疾病的致病因子。（6）根據(jù)磁化后的水能促進(jìn)水垢脫落的現(xiàn)象，可利用磁場(chǎng)磁化那些礦化度較高的水源（如地下水源）作為鍋爐用水，不需要加入化學(xué)藥 劑來(lái)阻垢、防垢，這樣不但避免了鍋爐結(jié)垢，而且水也沒(méi)有因加入化學(xué)藥劑而受 到污染。.目前，磁分離技術(shù)主要用運(yùn)于鋼鐵工業(yè)廢水處理、煉油廠廢水處理、城市 污水處理、城市給水處理、其他水處理。磁分

15、離技術(shù)是一種簡(jiǎn)單可行且處理效率高的水處理技術(shù)，但存在著一定的 技術(shù)難度和局限性，從而影響著它的廣泛應(yīng)用。例如，介質(zhì)的剩磁是的磁分離設(shè) 備在系統(tǒng)反沖洗時(shí)，難以把被聚磁介質(zhì)所吸附的磁性顆粒沖洗干凈，因而影響著下一周期的工作效率。為了盡可能提高磁場(chǎng)梯度，必須選擇高磁飽和度的聚磁介 質(zhì)，而對(duì)就此介質(zhì)的選擇具有一定的技術(shù)困難。 早實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于這些技術(shù)難 度和局限性有待研究克服。近幾年來(lái)，磁分離技術(shù)在水處理中單獨(dú)應(yīng)用的研究不 是很多。磁分離技術(shù)與其他技術(shù)之間的組合是比較熱點(diǎn)的領(lǐng)域。如用磁電阻和點(diǎn)解處理含銅工業(yè)廢水是研究結(jié)果表明，磁電解法比普通電解處理有更好的效果， 磁分離技術(shù)能有效的強(qiáng)化人工生態(tài)系統(tǒng)來(lái)

16、處理有機(jī)污水等等。另外，磁場(chǎng)與紅外輻射、光、超聲波等物理技術(shù)相互強(qiáng)化處理鍋爐用水， 磁場(chǎng)與化學(xué)投藥法一起共 同作用處理工藝用水以及與生物技術(shù)協(xié)同作用進(jìn)行殺菌防毒凈化飲用水的研究 等等，都是值得研究的課題。但磁場(chǎng)的生物效應(yīng)以及磁化水能脫垢等這些問(wèn)題的 作用機(jī)理任然沒(méi)有研究清楚，影響著磁分離技術(shù)的廣泛應(yīng)用。因此，有效地應(yīng)用 磁場(chǎng)的能量，注重磁場(chǎng)的生物效應(yīng)和磁場(chǎng)強(qiáng)化絮凝機(jī)理的研究，不斷與其他技術(shù)相互滲透、共同作用來(lái)達(dá)到廢水處理的基本要求，開(kāi)展這方面的研究工作無(wú)疑具 有重要的意義。參考文獻(xiàn)：1 楊玉楠，李文蘭等.膜法處理工藝去除微污染有機(jī)物的對(duì)比研究.J哈爾冰工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,34（ 6）: 780-7832 李國(guó)東，王薇等反滲透膜的研究進(jìn)展J離分子通報(bào)，2010,7:38-423 張葉來(lái)，張玉先等.RO濃水回用的處理技術(shù)研究J中國(guó)給水排水，2010,1,26（ 1）：70-744 張?chǎng)?，曹映?印染廢水反滲透膜處理及回用技術(shù)J.印染，2008,4:36-375 李健，朱清漪等，反滲透技術(shù)在工業(yè)廢水回用中的應(yīng)用研究J.上海紡織科技，2008,36（ 5）： 8-1