论物化水处理新技术的优缺点

1、 论物化水处理新技术的优缺点 摘要：本文主要讨论几种物化水处理新技术的优缺点 关键词：水处理 新技术 磁分离 光氧化 低温等离子体 上了这门课之后，之前我 对水资源的现况基本没什么了解，对水资源的污染特点、给水处理常规工 艺也只是略懂皮毛而已，就更不用说给水处理新技术。但听过老师您的讲 解之后，我对物化水处理新技术有了全面而仔细的了解，对各项新技术的掌握程度进一步提升。 首先先分析一下我国目前的水资源状况: 大家都知道，中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界 第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/

2、4、美国的1/5， 在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。 据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污记。染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对中国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。 我国属于缺水国之列，人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，居世界第109位。中国已被列入全世界人均水资源13个贫水国家之一，扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，中国现实可利用的淡水资源量则更少。不仅淡水资源少得可怜，更让人倍感无奈的是其分布不均

3、，大量淡水资源集中在南方，北方淡水资源只有南方水资源的1/4。据统计，全国600多个城市中有一半以上城市不同程度缺水，沿海城市也不 例外，甚至更为严重。 人类生产活动造成的水资源污染日益严重，并呈多样化，只用常规工艺处理的水是绝对不达标的，所以，我们必须引进新型的水处理技术，力求更大程度的改善处理水水质。近年来，光氧化、超临界氧化和低温等离子体化学等新技术在难降解有机工业废水处理方面的应用研究十分活跃，它们对难降解有毒有机废水所表现出的高处理效率引起了人们越来越大的兴趣。一、光氧化法目前，国内外对光氧化法的研究较多。研究的角度也不相同，主要涉及催化剂活性、反应体系中影响因素、反应器结构设计等方

4、面。催化原理简单的说就是一些半导体材料（TiO2、Fe2O3、SnO2等）在紫外线的照射下阶带电子会被激发到导带，从而产生具有很强反应活性的电子（e）- 空穴（h+）对， 这些电子（e） - 空穴对迁移到半导体材料表面后，在氧化剂（如O2、H2O2 、O3 、Cl2等）或还原剂（一般为有机物）作用下，可参与氧化还原反应，从而起到降解污染物的作用。在这些半导体催化剂（TiO2、Fe2O3、SnO2等）中，TiO2化学性质稳定、难溶、无毒、成本低、催化效率高，对难降解有机物如含苯系化合物、氯系有机物等的处理都非常有效。所以正因为TiO2的这些优点，被广泛用于光催化处理多种有机废

5、水。但是，催化剂难以回收，活性成分损失较大以及必须过滤、离心分离、絮凝等问题，使其难以真正应用于实际水处理中。目前，单纯依靠光催化来达到处理废水的目的是不够的，与其他工艺联合 应用将是未来发展的趋势。M.C.Yeber研究了光催化与生物处理联合应用的效果，通过对光解前后微生物处理效果进行了对比，证明了光催化产物有利于微生物的降解，有利于提高微生物的可利用性。范益群等将光催化反应和膜分离技术相结合，开发了光催化膜反应器。利用该反应器对亚甲基蓝进行降解的结果表明，亚甲基蓝可被很快地降解，而悬浮在反应液里的催化剂颗粒同时可被膜完全截留而有效地分离回收并连续 地在反应器里使用。二、超临界水氧化技术 超

6、临界水氧化（SCWO）是指当温度、压力高于水的临界温度（374）和临界压力（22.1MPa）条件下水中有机物的氧化。处在超临界态的水有着与常态水完全不同的物理、化学性质。例如超临界水的介电常数很小（如水在0时的介电常数为87.7，在水的临界点时介电常数为6）， 类似于常温常压下的极性有机物的介电常数，因而成为有机物的良好溶剂。如戊烷、苯、己烷、甲苯等有机物可以完全溶解在超临界水中。一些只能少量溶于普通水的气体，如氧气、氮气、氢气等都可以与超临界水混溶。超临界水的幂度比常规条件下的水的密度低，水分子间的氢键减弱。无机盐在超临界水中的溶解度和离解常数很低。由于超临界水汽液相界面消失，成为一均相体系

7、，因而超临界水中的有机物的氧化反应速度极快。如在625有空气时，仅在1s内就可使99.9%的有机物分解。 由于超临界水这些特有的性质，使得超临界水氧化技术成为极有前景的有机废水处理新技术。超临界水氧化技术目前的研究包括各种有毒有机废水、有机废物、污泥以及人体代谢废物的处理等。在超临界水氧化过程中，有机物几乎完全转化为二氧化碳和水，有机物中的氮、硫、 磷元素分别转化为对应的无机酸，氯转化为氯离子，硫和磷分别转化为硫酸盐和磷酸盐。超临界水氧化法与其他传统的方法相比，具有很多的优点：效率高，有毒物质清除率达99.99% 以上；适用范围广，可用于各种有毒难降解的有机物；产物不需作进一步处理； 时， 在

8、低有机物含量（2%）时可通过自身热交换，因而不需要外界供热；反应速度快，在几十秒的时间内即可完全氧化有机物；反应器结构简单，处理量大。尽管SCWO技术有许多优点，并且展现出良好的工业应用前景，但是超临界水氧化法还有一些实际的技术问题需要解决，如反应条件较为苛刻（高温、高压），对设备材质要求高等。因为在超临界环境中比通常条件下更易使金属腐蚀，Gloyna等人对13种合金在超临界水环境中的腐蚀状况进行了研究，结果表明在300以下以电化学腐蚀为主，在400以上以化学腐蚀为主。目前主要针对不同体系采取不同的措施来减小腐蚀。在超临界水中，由于无机盐溶解度小，因此在氧化过程中会有盐的沉淀，引起反应器和管路

9、的堵塞。三、低温等离子体化学等离子体是在特定条件下使气（汽）体部分电离而产生的非凝聚体系。它由中性的原子或分子，激发态的原子和分子、自由基、电子或负离子、正离子以及辐射光子组成。体系内正负电荷相等，整个体系呈电中性，被称为物质存在的第四态。带电粒子中电子质量最轻，其温度高达104K以上；离子、自由基、中性原子或分子等重粒子的温度接近或略高于室温， 称这种等离子体为低温等离子体。低温等离子体具有足够高能量的活性物种，因而可使反应物分子激发、电离或断键。实验室中获得等离子体的方法有热电离法、激波法、光电离法、射线辐射法以及直流、低频、射频、微波气体放电法等。低温等离子体化学从原理讲就是自由基化学，

10、等离子体中存在多种高能自由基，各种自由基会产生协同作用，因而对有机废水的处理比单自由基的体系具有更好的效果。 国内利用低温等离子体技术进行污染治理方面的研究目前有华中理工大学和大连理工大学等单位，烟气脱硫方面研究较多。李胜利等将该技术用于印染废水的脱色研究，效果较好， 对直接蓝2B和活性艳红X-3B的脱色试验表明40秒的脱色率可达95% ，利用该技术对有机废水的处理目前尚没有其他的报道。此外利用低温等离子体对气相中甲苯的降解也有报道。国外用高能电子束轰击水溶液时可产生大量反应能力极强的活性粒子，这些活性粒子可诱导许多化学反应，从而使水中的有机物发生降解。尽管国内外对低温等离子体化学技术在环境污

11、染治理的应用的原理已有较多的讨论，也有一些单一有机物降解的实验室研究工作的报道，但是该技术对不同类型的有机物和实际工业废水的降解的研究报道较少。另外，该技术的实际应用也存在如何降低能耗，提高降解效率的问题。对低温等离子体处理有机废水的影响因素，如PH、PE 、含盐量，有机物种类和含量以及降解产物的物种和毒性等方面也有大量的研究工作要做。这些研究内容大都是低温等离子体技术在有机废水处理研究中的关键性问题，也是该技术在环境污染治理中应用研究的重要问题。四、磁分离技术磁分离技术是近几年发展起来的一门新兴的水处理技术。磁分离作为物理处理技术在水处理中获得了许多成功应用，显示出许多优点。磁分离的基本原理

12、就是通过外加磁场产生磁力，把废水中具有磁性的悬浮颗粒吸出，使之与废水分离，达到去除或回收的目的。对于水中非磁性或弱磁性的颗粒，利用接种技术可使它们具有磁性。目前具有代表性的磁分离设备是圆盘磁分离器和高梯度磁过滤器。磁分离技术的研究和应用都还比较少，但根据磁分离技术的物理作用原理，利用磁分离技术在水处理方面具有很多的应用优势，主要有以下几点：（1）磁分离设备体积小、结构简单、维护容易、费用低、占地少。如高梯度磁分离设备， 容易实现自动化；工作高度可靠，维修量适中； 占地少，相当于其他传统设备的五分之一以下。（2）利用高梯度磁滤法物理作用原理，可去除那些耐药性和毒性很强的病原微生物、细菌以及一些难

13、降解的有机物等等。有研究表明，磁场力可使病原微生物等细胞内的水和酶钝化或失活，从而被杀灭，通过磁滤达到去除。（3）磁分离技术能实现多种污染的一次净化，具有多功能性和通用性。在原水中通过投加磁种和混凝剂，使得各种性质的弱磁性微细颗粒甚至半胶体颗粒在高梯度磁场中能得到高效去除。例如：去浊和去除重金属离子、油污、放射性污染等。（4）磁分离技术处理水量大，且不受自然温度的影响。高梯度磁滤分离器的过滤速度是一般处理用的高速过滤机的1030倍，相当于沉淀池的100倍；磁分离技术适合干旱炎热或寒冷等不同气候条件下地区的给水水质处理。（5）利用高梯度磁滤法可作为给水的杀菌消毒处理，主要优点是不产生有害的副产品

14、且简单容易。用氯或氯制剂对饮用水消毒时，有研究表明氯与水中腐植酸和黄腐酸以及其他微量有机物反应产生三卤甲烷THMs和其他卤代烃化合物，这些化合物是多种疾病的致病因子。 （6）根据磁化后的水能促进水垢脱落的现象，可利用磁场磁化那些矿化度较高的水源（如地下水源）作为锅炉用水，不需要加入化学药剂来阻垢、防垢，这样不但避免了锅炉结垢，而且水也没有因加入化学药剂而受到污染。. 目前，磁分离技术主要用运于钢铁工业废水处理、炼油厂废水处理、城市污水处理、城市给水处理、其他水处理。 磁分离技术是一种简单可行且处理效率高的水处理技术，但存在着一定的技术难度和局限性，从而影响着它的广泛应用。例如，介质的剩磁是的磁

15、分离设备在系统反冲洗时，难以把被聚磁介质所吸附的磁性颗粒冲洗干净，因而影响着下一周期的工作效率。为了尽可能提高磁场梯度，必须选择高磁饱和度的聚磁介质，而对就此介质的选择具有一定的技术困难。早实际应用中，对于这些技术难度和局限性有待研究克服。近几年来，磁分离技术在水处理中单独应用的研究不是很多。磁分离技术与其他技术之间的组合是比较热点的领域。如用磁电阻和点解处理含铜工业废水是研究结果表明，磁电解法比普通电解处理有更好的效果，磁分离技术能有效的强化人工生态系统来处理有机污水等等。另外，磁场与红外辐射、光、超声波等物理技术相互强化处理锅炉用水，磁场与化学投药法一起共同作用处理工艺用水以及与生物技术协

16、同作用进行杀菌防毒净化饮用水的研究等等，都是值得研究的课题。但磁场的生物效应以及磁化水能脱垢等这些问题的作用机理任然没有研究清楚，影响着磁分离技术的广泛应用。因此，有效地应用磁场的能量，注重磁场的生物效应和磁场强化絮凝机理的研究，不断与其他技术相互渗透、共同作用来达到废水处理的基本要求，开展这方面的研究工作无疑具有重要的意义。参考文献：1 杨玉楠，李文兰等.膜法处理工艺去除微污染有机物的对比研究.J哈尔冰工业大学学报，2002,34（6）：780-7832 李国东，王薇等.反渗透膜的研究进展J离分子通报，2010,7:38-423 张叶来，张玉先等.RO浓水回用的处理技术研究J中国给水排水，2010,1,26（1）：70-744 张鑫，曹映文.印染废水反渗透膜处理及回用技术J.印染，2008,4:36-375 李健，朱清漪等，反渗透技术在工业废水回用中的应用研究J.上海纺织科技，2008,36（5）：8-106 黄晋强