毕业论文单质铁、离子交换树脂联合处理化学化工实验室废水的研究和电化学技术在新能源中的利用

PAGEPAGEI单质铁、离子交换树脂联合处理化学化工实验室废水的研究摘要：通过调查、采样分析化工实验大楼的实验室废水中COD以及镉、铬、锌、铜、铅等各种金属离子的污染程度。研究单质铁、离子交换树脂联合处理后的废水中的COD和重金属离子的去除情况。结果表明，铁屑投加量在20g/L—50g/L阶段时，COD的去除效果最好,去除率为91.76%。在Fe加入量为35g/L—45g/L之间时，废水中的COD均达到排放标准。且Fe加入量为35g/L时处理效果最好,去除率为94.26%。即铁屑的最佳投药量为35g/L。各重金属离子的浓度随着树脂投加量的增加而降低，当树脂量达到100g/L以后，出水中的重金属离子浓度全部达到国家一级排放标准。鉴于节省处理费用，树脂的最佳投药量为当流速在2.0mL/min以内时较好的处理效果,铅离子浓度<0.1mg/L,铜离子浓度<0.5mg/L,镉离子浓度<0.01mg/L,铬离子浓度<0.1mg/L,锌离子浓度<1mg/L达到国家一级排放标准。所以本实验处理流速控制为2.0mL/min，出水中各重金属离子浓度都可以达到国家《污水综合排放标准》GB8978-2002一级标准。关键词:化学实验室废水；单质铁；离子交换Elementaliron,ionexchangeresincombinationofwastewatertreatmentchemicalchemistrylabLiuWeiguo(Watersupplyanddrainage0601,SchoolofEnvironmentalandBiologicalEngineering)Abstract:ThroughtheinvestigationandanalysisofchemicalexperimentofsamplinginlaboratorybuildingwastewaterCODandcadmium,chromium,zinc,copper,lead,etcallkindsofmetalionsandpollutiondegree.Elementalresearch,ionexchangeresinwastewatertreatmentincombinationofCODandheavymetalionsremoval.Resultsshowthattheoptimumdosingquantityin20g/L-50g/L,CODremovalefficiency91.76%forthebesteffect.Feinadditionof35g/L/L45g-betweentheCOD,wastewaterdischargestandardsarereached.Feandto35g/Ltreatmentforthebesteffect,94.26%removal.Thebestmedicineiscastironfor35g/L.Theheavymetalionconcentrationwithresindosingquantityincreases,whentheresincontent,thewaterreaches100gWhenthevelocityin2.0mL/minwithinthetreatmenteffect,whilegoodleadionsconcentration<0.1mg/L,copperionsconcentration0.5<mg/L,cadmiumionsconcentration<0.01mg/L,chromiumionconcentration<0.1mg/L,zincconcentration<1mg/Lreachesthenationallevelemissionstandard.Sotheexperimentaltreatmentfor2.0mL/flowcontrol,theheavywaterminconcentrationcanachievenationalintegratedwastewaterdischargestandardofGB8978-2002levelstandard.Keywords:ChemistrylaboratorywastewaterenvironmentpollutionIonexchange目录摘要 IAbstract II第1章绪论 -1-1.1引言 -1-1.2化学实验室废水的产生 -1-1.3化学实验室废水的组成及含量 -1-1.4化学实验室废水的排放标准 -2-1.5化学实验室废水的危害 -2-1.6研究的目的及意义 -2-第2章国内外研究现状 -4-2.1化学实验室废水排放的现状 -4-2.2化学实验室废水处理 -4-2.2.1活性炭吸附法 -5-2.2.2絮凝沉淀法 -6-2.2.3硫化物沉淀法 -6-2.2.4高浓度有机废水处理方法 -6-2.2.5含病原微生物废水处理 -6-2.2.6可渗透反应墙 -7-2.2.7氧化还原沉淀法 -7-2.2.8综合处理法 -8-2.3PRB的研究进展 -9-2.3.1PRB的最新进展 -9-2.3.2PRB去除有机物 -9-2.3.3PRB去除重金属 -10-第3章实验方案 -11-3.1实验路线 -11-3.1.1实验调查 -11-3.1.2原水水样采集及分析 -11-3.1.3实验条件的确定 -11-3.2实验原理 -11-3.3实验药品 -15-3.4实验方法 -16-第四章实验结果与讨论 -18-4.1铁屑投加量对COD去除率的影响 -18-4.2树脂投加量对重金属离子去除率的影响 -20-4.3流速对重金属离子去除效果的影响 -21-4.2.1对铅离子的影响 -21-4.2.2对铜离子的影响 -22-4.2.3对镉离子浓度的影响 -23-4.2.4对铬离子浓度的影响 -23-4.2.5对锌离子浓度的影响 -24-第5章实验结论 -26-致谢 -27-参考文献 -28-第1章绪论1.1引言化学实验室废水危害很大,随着高校的扩招,学生人数的激增及经济的发展,科研的进行,化学实验室废水日益增多,很多实验室对废水不加任何处理就排入下水道,因实验废水的成分相当复杂,含有较多的酸、碱、氰化物、六价铬、砷化物、酚、苯等有毒有害的物质,直接排放对人们的生活用水和居住环境势必造成污染,寻找一种经济、高效、节能、环保,适用的化学实验室废水处理工艺已经刻不容缓[1]。尽快解决高校实验室环境污染问题,不仅有利于改善校园和城市的生活环境,而且有利于实施高校的可持续发展战略。通过对此项的研究，可以降低水体被污染的程度，而且在去除重金属的过程中还可以对这些重金属进行回收，或者直接将其转化为实验时所能用到的试剂。对技术的研究，可以达到在去除重金属过程中减少试剂的使用量和减少不必要的副产物产生的效果。1.2化学实验室废水的产生化学实验室废水的产生,主要来自高校化学实验和科研实验,实验废水量的不确定性、多变性、复杂性是其自身的特点,实验废水分为高浓度和低浓度的废水,高浓度废水主要是标签脱落后的不明潮解试剂,失效的液态试剂,科研和实验中的衍生物及副产品[2],剧毒药品实验后的洗涤水,高浓度废水对环境污染严重,应当引起人们的足够重视,低浓度废水主要是化学实验器皿的洗涤水,一般酸、碱、盐的化学反应产物,低毒的化学废试液和实验用水。1.3化学实验室废水的组成及含量统计化工大楼本学期实验开设情况，确定实验种类及其分类以及各种实验的具体情况，了解其可产生污染物的种类。通过分析：可估算出废液中有关组分的含量。铬，0.2796g/L,0.005376mol/L，银,1.340g/L,0.01242mol/L汞,1.745g/L,0.008701mol/L。1.4化学实验室废水的排放标准根据国家污水综合排放标准（GB8978-2002）第一类污染物最高允许排放浓度，化学实验室废水中中银、汞、铬的最高排放浓度分别为：银为0.5mg/L，汞为0.05mg/L，铬为1.5mg/L。预计处理后的废液达到国家污水综合排放（GB8978-2002）第一类污染物最高允许排放浓度。1.5化学实验室废水的危害废液中有银、汞、铬等重金属离子，其中汞对人体的危害最直接而且严重。汞及汞的化合物全部有毒。慢性汞中毒在消化系统表现为一系列的口腔病变及食欲不振、恶心、呕吐、腹泻;在神经系统方面,最初表现为一般的神经衰弱症侯群,如嗜睡、头疼、记忆力减退等,重者可发生多发性末梢神经炎,在中枢神经系统可造成“汞中毒脑病”[3]。此外,慢性汞中毒亦可造成皮肤粘膜及泌尿、生殖系统损害。六十年代日本熊本县由汞引起过公害污染事件—水俣病事件,即典型的汞中毒案例。目前,还没有比较好的方法治疗这种病。铬化合物中以六价铬毒性最强,三价铬次之,二价铬和铬本身的毒性很小。铬化合物可通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜进入人体,经消化道进入人体可引起恶心、呕吐、腹痛,也能引起溃疡病;经呼吸道进入人体时,首先侵害上呼吸道,引起鼻炎、咽炎、支气管炎等.据报道,由呼吸道吸入的六价铬有致癌作用[4]。1.6研究的目的及意义随着国家提出“建设环境友好型社会”，积极推行“节能减排”政策，水环境污染和污水治理日益受到社会的关注。目前国家正加大力度对污染源进行调查，力图摸清各行业的排污状况。化学实验室废水的水质,水量不稳定,间歇性实验,使得排放的废水随时间变化很大,使得收集和储存比较麻烦,应专门成立实验室废水处理中心,统一处理废水。各化学实验室随时随地把实验废水存储起来,贴上标签,注明日期、废水的种类、性质、所含成分,是酸性、碱性,还是含氰含汞、含苯或含酚废水,及时送到实验室废水处理中心[5],中心要及时处理,废水不宜贮存时间太久,应就地及时原位处理,中心采用多单元处理流程或有针对性的分类处理,可降低处理废水的费用,操作也可尽量简单。废水处理应分类收集,简单易操作以废治废和降低成本为原则,我校无机化学教研室老师就曾经把照相馆中的洗相废液收购回来,用化学方法提炼出废液中的银,既处理了化学废水,减少了环境污染,又变废为宝,为老师增加了收入,一举三得。治理废水污染,大多数人思想上都不够重视,行动上更难以坚持,只有从上到下增强危机感、紧迫感,真正从思想上认识到保护环境的重要性,把环境保护工作摆到议事日程上来,下定决心,治理污染源头[6],才能彻底改善环境,保护人类的地球。表1-1控制项目最高允许排放浓度（日均值）单位mg/L序号项目标准值1化学需氧量（COD）502总镉0.013总铬0.14总锌1.05总铜0.56总铅0.1第2章国内外研究现状2.1化学实验室废水排放的现状总体来讲化学实验室的废水排放情况复杂，不同工作性质的化学实验室的废水中污染物的成分不同。按化学性质可分为有机化学和无机化学二大类[7]？？？？？？。本文仅针对无机化学类实验室废水处理的方法进行探讨，因为此类实验室在国土资源行业有较大的数量，具有较强的针对性。pH值是控制废水排放酸碱度的指标，我们在对国土资源、水务等行业的二个有代表性的无机化学类实验室废水排水管口进行了随机取样测试，总体测试结果是排放的废水pH值呈偏酸性，部分时间段pH测试值呈强酸性，其它污染主要是废水中重金属元素含量超标，如Hg、cr、Pb等有害元素[8]。从时问分布上看，污染程度不同，并有随机性；从污染物成份上看，种类较多，并且复杂。对照中国《污水综合排放标准》(GB8978—2002)中的相关要求，从检测统计数据的情况可见，大多数检测数据超出排放标准。同时无机化学类实验室废水排放有一个最大的特点，它不同于一般企业污水的排放有相对稳定的排放量和污染物成分含量，而是随着实验方法的不同，药品、试剂的使用种类也随之变化，其排放量和污染物成分含量就显得比较复杂，同时在不同的时间段废水的pH值变化非常大，随机性很强[9]。如果直接将工业化污水处理的模式应用于实验室废水的处理，很难达到理想的废水处理效果。因此，有必要针对实验室废水的特点提出一个有效、实用、节能的实验室废水处理工艺流程和处理装置，使实验室废水的排放达到《污水综合排放标准》中的相关要求[10]。2.2化学实验室废水处理废水处理方法直接决定着废水的处理效果,如方法选择不当则会造成处理效果达不到要求,同时也将会造成巨大的浪费。因此在废水处理方法设计前,应首先进行废水处理方案论证,从而选择决定废水处理方案。首先必须了解废水的水质情况,不同的化学实验室废水,污染物组成不同,处理方法也不相同,要对废水全面了解,不能想当然进行处理,盲目处理会发生危险,要采用科学、严谨的态度对废水进行分析、鉴定。可运用物流分析和实际测定两种方法[11]。物流分析就是根据实验内容来确定实验废水性质、组分。分析废水污染物及主要特征污染物指标,污染物指标可分析SS、BOD、COD、TOC、PH值、油、NH3-N等,根据废水水质成分情况来分析可能采用的废水处理方法。先在实验室内开展“小试”即基础研究,采用多个方案进行实验,以便对比各种方法的处理效果,从而确定最好的处理方法。在小试的基础上,开展模拟或中型试验研究,选择出最佳方案,以最小的实验规模,能提供工业化设计数据为准则[12]。根据试验结果和水质水量调查结果以及其他基础资料,我们就可为废水处理选择一个较好的方案。现代的废水处理技术,按作用原则一般可分为物理法、化学法和生物法几种,这里主要讨论废水的化学处理法,2.2.1活性炭吸附法利用活性炭的吸附作用和还原作用,可以处理含重金属离子废水,如可处理含铬废水、含氰废水、含镉废水等。活性炭在净化含铬废水中即作为吸附剂,又可看作是一种化学物质,在酸性条件下,PH<3,活性炭可将吸附在表面的Cr3+还原为Cr3+,反应式是：3C+4CrO2-4+2OH+→3CO2↑+4Cr3++10H2O说明在较低的PH值条件下,活性炭主要起还愿作用,H+离子浓度越高,还原能力越强,利用此原理,当活性炭吸附铬达到饱和后,通入酸液,将其吸附的铬以三价铬形式解吸下来,以达到再生目的。当Cr6+还原成Cr3+后,用沉淀剂将其沉淀除去。同理,可处理含氰、含镉废水。化学实验室有机废水含有大量废溶剂,有机烷、苯、醚、有机酸,也很适合用活性炭处理,先把废水中的有机相分离出来,再用活性炭吸附,COD的去除率可达到93%,活性炭吸附法多用于除去物理,化学法不能去除的微量呈溶解状的有机物,活性炭是目前废水处理中普遍采用的吸附剂,活性炭的预处理、再生恢复性能的工艺比较简单,装备制造比较便宜、操作简单、维修方便,因而获得了广泛的应用[13]。2.2.2絮凝沉淀法这类方法适用于含重金属离子较多的无机实验室废水。当确定了废水的性质后,在探索了各种离子沉降的特性后,选择合适的絮凝剂(石灰、铁盐、铝盐等),在弱碱性条件下可形成Mn(OH)、Fe(OH)3,和A1(OH)3,的絮胶状沉淀,且具有吸附作用,在去除重金属离子的同时,也可以除去一部分水中的其它污染物,降低废水的COD,提高废水的可生化性[14]。2.2.3硫化物沉淀法此类方法是针对含有汞、铅、镉等金属比较多的实验室废水,一般是用Na2S或NaHS把废水中的重金属转变为难溶于水的金属硫化物,然后使其与Fe(OH)3共沉淀而分离出去。将废水的pH值调到8.0～10.0,再向废水中加入过量的硫化钠,使其生成硫化物沉淀,再加入FeSO4作为共沉淀剂,生成的FeS将水中悬浮的硫化汞、硫化铅、硫化镉微粒吸附而共沉淀,然后静置,分离过滤[15]。2.2.4高浓度有机废水处理方法有焚烧法、溶剂萃取法、氧化分解法、水解法以及生物化学处理法等。有机溶剂如醇类、酯类、有机酸、酮及醚等应尽量回收,循环使用。对含水的低浓度废液,用与水不相混合的挥发性的溶剂进行萃取,分离后再焚烧。对形成乳浊液之类的废液不能用此法处理,要用焚烧法处理[16]。如果量少可把它装入铁制或瓷制容器,选择室外安全的地方烧掉。对难以燃烧的物质,可把它与可燃性物质混合燃烧。但在运作时要特别注意勿使燃烧不完全之毒性物质或燃烧产生之毒气逸出造成二次污染,燃烧完全与否,视燃烧温度、燃烧区域之停留时间及混合状况而定[17]。2.2.5含病原微生物废水处理针对不同的病菌和细菌投放相应的化学药剂灭活处理后,再采用高温高压蒸汽灭菌处理系统消毒处理。化学消毒[18]:一般采用的化学消毒剂有含氯消毒剂、过氧化物类消毒剂、醛类消毒剂、环氧乙烷、醇类消毒剂、酚类消毒剂、季铵盐类消毒剂等;高温高压蒸汽灭菌消毒系统主要由蒸汽发生器、高压蒸汽灭菌装置组成,该方法是对含病原微生物最有效和最可靠的方法,一般121℃、30min以上99.9%2.2.6可渗透反应墙可渗透反应墙是目前国外研究较多的一种地下水污染的原位处理技术,应用到化学实验室废水处理中也很合适,可渗透反应墙由反应单元和隔水漏斗两部分组成,其中反应单元用来放置反应介质(铁屑、沸石及微生物等),当废水进入反应单元,废水与介质接触,被氧化还原、降解或吸附,使通过反应墙的废水水质得到有效改善,试验表明,利用泡沫状或粒状零价铁和钢丝绒为介质,能有效除去废水中的As3+、Mn2+、Se2+、Zn2+等的污染,用零价铁、沸石等介质,对COD、BOD的去除率都达到较高水平,且运行及建设费用低,无需占用地面面积,环境干扰小,国外利用可渗透反应墙技术处理氯代烃及重金属污染的地下水[19],表现出很好的处理效果,我们可借鉴此技术处理化学废水,在物化和生物两方面结合研究,应该有更好的处理效果。2.2.7氧化还原沉淀法氯是最为普遍使用的氧化剂,主要用于处理含氰、含酚、含硫化物的废水,可以向废水中直接加入氧气和氢氧化钠、反应如下：NaCN+2NaOH+Cl2↑→NaCNO+2NaCl+H2O此反应在PH>10的条件下进行得完全而迅速,氧化时间约0.5-2h,而反应过程中要连续搅拌,反应生成的氰酸盐的毒性比氰化物小得多,但为了净化水质,可将氰酸盐进一步氧化为二氧化碳和氮,其反应为：2NaCNO+4NaOH+2Cl2↑→2CO2↑+6NaOH+N2↑+H2O完成两段反应所需总药剂量为CN：Cl2：NaOH=1：6.8：6.2为使氰化物完全氧化,实际加入8倍的氯。铁、锌是应用较多的还原剂,可把废水中的汞,镉等置换出来,用铁屑还原法,含汞废水自下而上地通过铁旋屑或刨屑滤床过滤器,汞离子和铁屑进行的如下反应：Hg2++Fe→Hg↓Fe2+3Hg2++2Fe→3Hg↓+2Fe3+析出的汞从过滤器底部收集。在用铁屑置换时,废水的PH值为6-9最好,能使单位质量的铁屑置换出更多的汞,PH<5时,有氧气析出,会影响铁屑的有效表面积。PH值为9-11的含汞废水可用锌粒还原处理。化学沉淀法是利用各种物质在水中的溶解度不同,对废水中溶解性污染物沉淀分离处理,废水中一些金属离子,如Zn2+、Cr3+、As3+、Pb2+等与石灰作用能形成不溶或微溶于水的沉淀。As2O3+Ca(OH)2→Ca(AsO2)2↓+H2OZn2++20H-→Zn(OH)2↓含铅离子废水加入碳酸盐,生成碳酸盐沉淀：PbSO4+Na2CO3→PbC03↓+Na2SO4含铬废水中加入碳酸钡,析出铬酸钡(钡盐法)：BaCO3+H2CrO4→BaCrO4↓+C02+H2O2.2.8综合处理法当废水性质不明,可采用实际测定通过试验来确定。这时一般采用综合处理法,首先过滤分离,测定BOD和COD,若滤液BOD和COD均在要求值以下,可确认废水可采用物理方法。如BOD和COD高于要求值,则用化学氧化、焚烧等方法处理,将污染物氧化转化为无害物,进行沉淀,在常规静沉时间内达到排放标准时,可采用自然沉降法进行预处理,若达不到排放标准,则再用混凝沉降,氧化还原等化学法处理,综上所述,废水综合处理法为:废水→反应池(氧化还原法)→沉淀池(控制PH值)→排放水在反应池中,以特制铁粉为载体,铁粉是一种很好的还原剂,在弱碱条件下可形成絮胶状况淀Fe(OH)3,又有吸附作用,即可去除重金属离子,又可去除废水中其它污染物,降低废水中的COD,提高废水的可生化性[20]。当然也可选择铁盐和铝盐两类金属盐类混凝剂及聚合氯化铝无机高分子混凝剂,有机絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM)絮凝效果也不错。以上几种处理废水的方法,原料易得且价廉,操作简便又易于控制,是较理想的工艺方法。2.3PRB的研究进展2.3.1PRB的最新进展鉴于地下水污染的严重性,国外学者广泛开展地下水污染控制及PRB原位修复技术研究。近10多年来地下水污染的原位修复技术有了很大的进展,目前,关于地下水污染控制及PRB原位恢复技术[21]可以分为：①化学沉淀反应格栅[22],介质为沉淀剂(如羟基磷酸盐、CaCO3等),可使水中的微量金属产生沉淀。②吸附反应格栅,介质为吸附剂,如沸石、颗粒活性炭、铁的氢氧化物、黏土矿物等。③生物降解反应格栅,介质主要有两种,一种是含释氧化合物(如MgO2,CaO2等固态过氧化物)的混凝土颗粒,向水中释氧作为电子受体,使有机污染物产生好氧降解。另一种是含NO-3的混凝土颗粒,向水中释放NO-3作为电子受体,使有机物在反硝化条件下产生厌氧降解。④氧化还原反应格栅,介质为还原剂,主要集中于零价铁、Fe(II)矿物及双金属[23]。目前,对于前两种的研究较少,大部分集中于后两种的研究。2.3.2PRB地下水受石油烃类有机物污染以其污染普遍而受到各国环境学者和水文地质学者的关注。利用PRB技术对石油烃污染地下水进行修复,取得了显著的效果。研究发现,铁粉或铁粒可以对石油烃进行还原,且铁氧化后形成的氧化铁能吸附石油烃。因此,目前国外正兴起一股“铁”研究热。反应结果使地下水的pH值升高,在厌氧环境中引起Fe(OH)2和FeCO3沉淀;在富氧环境中,会形成Fe(OH)3和FeCO3沉淀。生成沉淀对于降低Fe的次生污染十分有益。但是由于沉淀和吸附作用,可能在金属表面形成一层反应保护膜,阻碍反应的进一步进行。这一点已经引起研究人员的注意,并对此进行了改进[24]。1997年12月,在澳大利亚东南部一个企业发生了石油溶剂油的泄漏事件,约3000L石油溶剂油渗漏到企业附近的土壤中。被污染的地下水是采用隔水漏斗导水门式渗透反应结构来处理的,主要的污染物是溶解甲苯、乙苯、二甲苯和C6—C36的烷烃。经过10个月的处理操作后,发现隔水漏斗导水门式渗透反应结构处理溶解相石油烃是非常有效的。对单环芳烃,其处理效率为63%～96%。C6—C9,C10—C14,C15—C28烃类的平均去除效率分别是6912%,7716%,7915%。而最低的去除效率是C29-C36烃的平均去除效率,也达到了54%[25]。2.3.3PRB重金属是地下水重要的污染物之一,对人体危害较大。在过去十几年中,地下水中重金属的去除是研究的热点,以金属铁为反应介质的PRB已经广泛应用于去除地下水中的重金属。在加拿大一个工业地点,由于存储硫化物精矿,导致了地下水广泛的重金属污染。在污染羽状体流向上安装了小规模的灰泥硫酸盐还原PRB,使用硫酸盐还原细菌,以促进以可溶性金属硫化物形式存在的重金属沉淀出来。运行21个月后,Cu,Cd,Co,Ni,Zn的质量浓度分别从3630μg/L,1513μg/L,513μg/L,131μg/L和2410μg/L降到1015μg/L,012μg/L,111μg/L,3310μg/L和136μg/L。Schipper等[11]用含有30%(V/V)的锯屑组成的PRB去除NO32N,浓度由入流的5～16mg/L降到出流的2mg/L以下。Benner等[26]用PRB处理矿山酸性排水,在安装1a后,在硫酸盐还原菌的作用下,SO2-4的质量浓度从2400～3800mg/L降到1100～1900mg/L。PRB去除共存的重金属和有机物地下水中的污染物往往比较复杂,PRB可以去除共存的重金属和有机物。如美国北卡罗来纳州伊丽莎白城东南5km处受到铬(VI)和TCE的严重污染,现场土层的铬(VI)质量比达到14500mg/kg。1996年6月,仅用6h安装完成了一个长46m,深713m,厚度为016m的连续地下渗滤墙。该可渗透反应墙采用污染地下水。地下水通过可渗透反应墙后,铬质量浓度由上游的10mg/L降为0101mg/L,TCE质量浓度由6mg/L降为01005mg/L,低于规定的最大浓度水平。该系统到现在9年多的时间内运行状况良好。该可渗透反应墙建造成本为50万美元,与抽水处理系统相当,但几乎不需要运行费用。据估算,运行20年,能比采用抽水处理系统节省400万美元的维护和运行成本。第3章实验方案3.1实验路线3.1.1实验调查统计化工大楼本学期实验开设情况，确定实验种类及其分类以及各种实验的具体情况，了解其可产生污染物的种类；3.1.2原水水样采集及分析1、根据对化工大楼的实验开设情况的调查，确定污水的排水高峰期；2、采集高峰期实验室废水水样；3、对原水水质进行分析：测定原水COD和重金属离子（具体离子根据实验所开设实验确定）浓度，3.1.3实验条件的确定1、以COD和重金属为目标物，通过实验确定PRB技术和离子交换法处理实验室废水的最佳反应条件。2、将PRB技术和离子交换法联用对实验室废水进行处理。测定出水COD和重金属离子浓度。（出水达到国家《污水综合排放标准》GB8978-2002一级标准）。3.2实验原理PRB技术：PRB(permeablychemicalreactivebarrier)即化学可渗透活性栅,是一类原位修复受污染土壤及地下水的新型技术。目前,PRB技术在构造上大致分为两种:一种为垂直型注入井和垂直型浸提井相结合的结构,另一种为单一的水平型结构。其中,垂直井或水平渗透墙的安装即填入用来处理污染物的化学活性物质,目前,主要采用挖———填技术和螺丝钻孔技术。不过,挖———填技术只局限于在含水量较高、地下水埋深不超过20m的污染现场进行,并且“污染斑块”及其污染扩流不能过大[26]。零价铁PRB技术,被证明是修复由卤代烃、卤代芳烃和有机氯农药以及一些有毒金属引起的土壤及地下水污染的有效技术。美国和加拿大已建立了20多处实地试验,进一步研究实施该技术涉及的各项影响因素。离子交换：大多数的重金属离子都具有很强的毒性,并且难以被微生物所降解.它们可以通过食物链进入生物体中,能与生物体内生理高分子物质,如蛋白质和酶等发生作用而使这些生理高分子失去活性,也可能在生物体器官中积累,造成慢性中毒.有研究报道了处理或回收废水中重金属的方法.离子交换树脂法曾一度在我国大中城市的废水处理行业中广泛应用.近年来,大孔型离子交换树脂的应用,使得离子交换法具有处理容量大,能够除去各种金属离子和酸根离子,处理水质好,可以回用等优点.因此,该法越来越受到重视,已成为处理电镀废水和回收某些金属的有效手段之一,也是使某些电镀废水达到闭路循环的一个重要环节.COD测定方法：重铬酸钾法，1、原理在强酸性溶液中，准确加入过量的重铬酸钾标准溶液，加热回流，将水样中还原性物质（主要是有机物）氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据所消耗的重铬酸钾标准溶液量计算水样化学需氧量。2、仪器2.1500mL全玻璃回流装置。2.2加热装置（电炉）。2.350mL酸式滴定管、锥形瓶、移液管、容量瓶等。3、试剂3.1重铬酸钾标准溶液（c1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L）：称取预先在120度洪干2小时的基准或优质纯重铬酸钾12.258g溶于水中，移入1000mL容量瓶内，稀释至标线，摇匀。3.2试亚铁灵指示液：称取1.485g邻菲罗啉（C12H8N2.H2O）、0.695g硫酸亚铁（FeSO4.7H2O）溶于水中，稀释至100mL，贮于棕色瓶内。3.3硫酸亚铁铵标准化溶液[c(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O约等于0.1mol/L]：称取39.5g硫酸亚铁铵溶于水中，边搅拌边缓慢加入20mL浓硫酸，冷却后移入1000mL容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀。临用前，用重铬酸钾标准溶液标定。标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于500mL锥形瓶中，加水稀释至110mL左右，缓慢加入30mL浓硫酸，混匀。冷却后，加入3滴试亚铁灵指示液（约0.15ml），用硫酸亚铁铵溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色c=（0.2500·10.00）/V式中c——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；V——硫酸亚铁铵标准溶液的用量，ml。3.4硫酸-硫酸银溶液：于500mL浓硫酸中加入5g硫酸银。放置1—2天，不时摇动使其溶解。3.5硫酸汞：结晶或粉末。4、测定步骤4.1取20.00mL混合均匀的水样（或适量水样稀释至20.00ml）置于250mL磨口的回流锥形瓶中，准确加入10.00mL重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠或沸石，连接摇动锥形瓶使溶液混匀，加热回流2小时（自开始沸腾时计时）。对于化学需氧量高的废水样，可先取上述操作所需体积1/10的废水样和液显绿色，再适当减少废水取样量，直至溶液不变绿色为止，从而确定废水样分析时应取用的体积。稀释时，所取废水样量不得少于5mL，如果化学需氧量很高，则废水样应多次稀释。废水中氯离子含量超过30mg/L时，应先把0.4g硫酸汞加入回流锥形瓶中，再加20.00mL废水（或适量废水稀释至20.00mL），摇匀。4.2冷却后，用90mL水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶。溶液总体积不得少于140mL，否则因酸度太大，滴定终点不明显。4.3溶液再度冷却后，加3滴试亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。4.4测定水样的同时，取20.00mL重蒸馏水，按同样操作步骤作空白试验。记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。5计算CODCr（O2，mg/L）=（V0-V1）×C×8×1000/V式中：c——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；V0——滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液用量，ml；V1——滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，ml；V——水样的体积，ml；8——氧（1/2O）摩尔质量，g/mol。重金属离子测定方法：原子发射光谱法（AES），是利用原子或离子在一定条件下受激而发射的特征光谱来研究物质化学组成的分析方法。在通常的情况下，原子处于基态。基态原子受到激发跃迁到能量较高的激发态。激发态原子是不稳定的，平均寿命为10-10～10-8秒。随后激发原子就要跃迁回到低能态或基态，同时释放出多余的能量，如果以辐射的形式释放能量，该能量就是释放光子的能量。因为原子核外电子能量是量子化的，因此伴随电子跃迁而释放的光子能量就等于电子发生跃迁的两能级的能量差，式中h为普朗克常数；c为光速；ν和λ分别为发射谱线的特征频率和特征波长。原子发射光谱的谱线强度I与试样中被测组分的浓度c成正比。据此可以进行光谱定量分析。光谱定量分析所依据的基本关系式是I＝acb，式中b是自吸收系数，α为比例系数。为了补偿因实验条件波动而引起的谱线强度变化，通常用分析线和内标线强度比对元素含量的关系来进行光谱定量分析，称为内标法。常用的定量分析方法是标准曲线法和标准加入法[27]。3.3实验药品表3－1实验用试剂试剂名称规格厂家硫酸铜分析纯天津市医药公司硫酸银分析纯天津市大茂化学试剂厂732型阳离子树脂分析纯天津市瑞金特化学药品有限公司硫酸亚铁分析纯天津市本辰骅跃化学试剂厂硫酸亚铁铵分析纯天津市本辰骅跃化学试剂厂酚酞指示剂天津北方天医药化学试剂厂甲基橙指示剂天津北方天医药化学试剂厂硫酸化学纯天津医药公司硝酸化学纯天津医药公司（3）试验仪器表3－2实验用仪器仪器设备型号或规则生产厂家分析天平TG328A上海第二天平仪器厂酸度计pHS-2上海雷磁仪器厂分光光度计7210上海分析仪器厂水浴锅MHS上海医疗器械厂电炉500W量筒50ml,100ml锥形瓶250ml烧杯250ml,500ml，1L移液管0.5ml,1ml,2ml,5ml,10ml玻璃珠冷凝管玻璃棒漏斗（4）原水水质表3-3原水水质测量第一次第二次第三次平均PH6.26.46.56.4COD1226137412861295Zn2.17892.00961.85482.0144Cr0.82540.79630.86470.8288Cu1.23201.07231.15341.1526Pb0.85840.92590.91720.9005Cd0.05820.06200.07140.06393.4实验方法1、确定零价铁PRB技术处理实验室废水的最佳反应条件；取100mL水样于250mL磨口锥形瓶中，分别编号1，2，3，4，5；称取铁屑加入废水水样中，搅拌1-2分钟密封后放入摇床震荡反应24h。表3-4铁屑添加量序号12345Fe添加量（g）25101520测量反应后水样cod值，测量3次取平均值。取最佳阶段投加量进一步确定最佳投加量。2、确定离子交换去除实验室废水重金属离子的最佳条件；取100mL水样于250mL磨口锥形瓶中，分别编号1，2，3，4，5；称取树脂1g、3g、5g、10g、20g分别加入废水水样中，搅拌1-2分钟放入摇床震荡反应24h。确定最佳阶段树脂投加量并进一步确定最佳投药量。3、确定PRB和离子交换联合处理的最佳条件。取100ml废水250mL磨口锥形瓶中，分别编号1，2，3，分别加入最佳投药量铁屑，搅拌1-2分钟，摇床震荡24h，重铬酸钾法测量其COD。像剩余废水按比例加入最佳投药量的树脂，搅拌1-2分钟，摇床震荡24h，测量其重金属离子浓度。实验结果与讨论4.1铁屑投加量对COD去除率的影响取100ml废水250mL磨口锥形瓶中，分别加入0.5g、2g、5g、10g、20g铁屑，搅拌1-2分钟，摇床震荡24h，重铬酸钾法测量其COD。重复两次。实验数据记录如下：见表4-1表4-1Fe投加量对COD去除率的影响（1）废水量（mL）Fe投加量(g)COD100092010009601000.53401000.5260100270100260100580100510010010160100101801002023010020200图4-1Fe投加量对COD去除率的影响如图所示当铁屑投加量在2g—5g阶段时，COD的去除效果最好。取100ml废水250mL磨口锥形瓶中，分别加入1.5g、2.5g、3.5g、4.5g、5.5g铁屑，搅拌1表4-2Fe投加量对COD去除率的影响（2）序号废水量（mL）Fe投加量(g)COD11001.512021001.511031002.58041002.56051003.56561003.54371004.56181004.55791005.566101005.572图4-2Fe投加量对COD去除率的影响(2)如图所示，在Fe加入量为3.5—4.5之间时，废水中的COD均达到排放标准。且Fe加入量为3.5时处理效果最好。4.2树脂投加量对重金属离子去除率的影响瓶子实验：取100mL水样于250mL磨口锥形瓶中，分别编号1，2，3，4，5；称取树脂1g、3g、5g、10g、20g分别加入废水水样中，搅拌1-2分钟放入摇床震荡反应24h。测量其中铬，镉，铜，锌，铅的离子浓度。表4-3树脂投加量对重金属离子去除率的影响序号废水量（mL）树脂量(g)铬镉铜锌铅110010.63780.08621.41693.14680.5657210030.31350.05580.87522.00690.2859310050.12650.02570.52381.18360.12184100100.08270.00900.30160.86840.07085100200.02150.00300.22430.82870.0154610010.66370.08311.35143.14570.5968710030.33560.05500.86272.00650.2769810050.14790.02590.53271.18260.12989100100.08280.00880.33230.86450.072110100200.02650.00270.20160.79680.0144图4-3树脂投加量对重金属离子去除率的影响如图所示各重金属离子的浓度随着树脂投加量的增加而降低，当树脂量达到10g以后，出水中的重金属离子浓度全部达到国家一级排放标准。鉴于节省处理费用，10g为最佳树脂投加量。4.3流速对重金属离子去除效果的影响柱子实验：将树脂装入离子交换住中,柱长约20cm.废水分别以6.2mL·min-1、5.0mL·min-1、3.2mL·min-1、2.0mL·min-1和0.9mL·min-1的流速流过离子交换柱,交换完毕后采集流出液,分别测定流出液中各种重金属离子的浓度.流速与流出液中各重金属离子浓度关系.可以看出,当流速大于2.0mL·min-1时,各重金属离子的浓度随着流速的变缓而降低,这是由于流速较快时,相当于在离子交换柱中的交换时间较短,水中的部分重金属离子还没有来得及扩散到树脂的有效交换位置与树脂的活动离子发生离子交换反应,就随原水流出交换柱,导致流出液中金属离子浓度较高.当流速在2.0mL·min-1以内时,重金属离子与树脂的活动离子充分发生交换反应,使流出液中重金属离子浓度趋于稳定,且达到了较好的处理效果,因此本实验处理流速控制为2.0mL·min-14.2.1对铅离子的影响表4-4流速与流出液中铅离子浓度的关系序号流速（mL·min-1）铅离子浓度（mg/L）16.20.5845250.287933.20.1327420.072150.90.0145根据表4-2得出流速与流出液中铅离子浓度的关系曲线，如图4-1所示图4-4流速与流出液中铅离子浓度的关系如图所示，当流速在2.0mL·min-1以内时较好的处理效果,铅离子浓度<0.1mg/L达到国家一级排放标准。4.2.2对铜离子的影响表4-5流速与流出液中铜离子浓度的关系序号流速（mL·min-1）铜离子浓度（mg/L）16.21.3476250.889833.20.5427420.332350.90.2137根据表4-3得出流速与流出液中铜离子浓度的关系曲线，如图4-2所示图4-5流速与流出液中铜离子浓度的关系如图所示，当流速在2.0mL·min-1以内时较好的处理效果,铜离子浓度<0.5mg/L达到国家一级排放标准。4.2.3对镉离子浓度的影响表4-6流速与流出液中镉离子浓度的关系序号流速（mL·min-1）镉离子浓度（mg/L）16.20.0827250.054733.20.0268420.008950.90.0028根据表4-4得出流速与流出液中镉离子浓度的关系曲线，如图4-3所示图4-6流速与流出液中镉离子浓度的关系如图所示，当流速在2.0mL·min-1以内时较好的处理效果,镉离子浓度<0.01mg/L达到国家一级排放标准。4.2.4对铬离子浓度的影响表4-7流速与流出液中铬离子浓度的关系序号流速（mL·min-1）铬离子浓度（mg/L）16.20.6284250.302733.20.1435420.084650.90.0254根据表4-5得出流速与流出液中铬离子浓度的关系曲线，如图4-4所示图4-7流速与流出液中铬离子浓度的关系如图所示，当流速在2.0mL·min-1以内时较好的处理效果,铬离子浓度<0.1mg/L达到国家一级排放标准。4.2.5对锌离子浓度的影响表4-8流速与流出液中锌离子浓度的关系序号流速（mL·min-1）锌离子浓度（mg/L）16.23.1789252.006933.21.183420.868450.90.8189根据表4-6得出流速与流出液中铅离子浓度的关系曲线，如图4-5所示图4-8流速与流出液中锌离子浓度的关系如图所示，当流速在2.0mL·min-1以内时较好的处理效果,锌离子浓度<1mg/L达到国家一级排放标准。综上，本实验处理流速控制为2.0mL·min-1，出水中各重金属离子浓度都可以达到国家《污水综合排放标准》GB8978-2002一级标准第5章实验结论（1）铁屑投加量在20g/L—50g/L阶段时，COD的去除效果最好（2）在Fe加入量为35g/L—45g/L之间时，废水中的COD均达到排放标准。且Fe加入量为35g/L时处理效果最好,去除率为94.26%。即（3）各重金属离子的浓度随着树脂投加量的增加而降低，当树脂量达到10g以后，出水中的重金属离子浓度全部达到国家一级排放标准。鉴于节省处理费用，树脂的最佳投药量为100g/L。（4）当流速在2.0mL·min-1以内时较好的处理效果,铅离子浓度<0.1mg/L铜离子浓度<0.5mg/L，镉离子浓度<0.01mg/L，铬离子浓度<0.1mg/L，锌离子浓度<1mg/L，达到国家一级排放标准。（5）建议对化学实验室的废水排放系统进行相应的改造,将实验器皿的洗涤和实验残液的排放与一般性洗涤用水的排放分为二个排放系统,一般性洗涤用水可直接排放,实验器皿的洗涤水和实验残液的排放则通过管道送到废水处理装置进行处理。这样可减少废水处理装置的废水处理量,降低废水处理装置的运行成本。致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业论文已经接近尾声，在这里首先要感谢我的导师刘虹。刘老师平日里工作繁多，但在我做毕业论文的每个阶段，从查阅资料到实验方案的确定和修改，中期检查，后期实验环节，论文的成稿等整个过程中都给予了我悉心的指导。其次还要感谢在实验中帮助我的同学和实验室的所有老师，如果没有他们的帮助我的实验很难在预期的时间内完成。最后我要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下给水排水专业的知识基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业论文才会顺利完成。感谢环境与生物工程学院和我的母校——吉林化工学院四年来对我的大力栽培。在此答辩之即请允许我向各位老师诚挚的说声：“谢谢”！祝愿你们在今后的生活中身体健康、工作顺利！参考文献[1]刘有才,钟宏,刘洪萍.重金属废水处理技术研究现状与发展趋势[J].广东化工,2005，4,37～38.[2]孙建民,于丽青,孙汉文.重金属废水处理技术进展[J].广东化工,2004,24(4):438～441.[3]汪德进,何小勇.含铬废水处理的研究进展[J].安徽化工,2007,33(1):12～13.[4]毛悌和等,化工废水处理技术,[M],北京:化学工业出版社,2000[5]USEPA.Longtermperformanceofpermeablereactivebarriersusingzero2valentiron:anevaluationattwosites[R].EPA/600/SO02/001,2002.[6]刘菲,钟佐.地下水中氯代烃的格栅水处理技术[J].地学前缘,2001,8(2):309O314.[7]陈俊平，吴翠霞，周开梅等.工科分析化学实验中常见废液的处理与回收[J].江汉大学学报,2003,31(3):28.[8]阳争荣,王洪涛.含汞废水处理研究进展[J].广东水利水电,2004:55～56.[9]张小庆,王文洲,王卫.含铬废水的处理方法[J].环境科学与技术，2004,(27):10～12.[10]牛晓霞.含铬废水的处理方法综述[J].洛阳大学学报,1999,14(4):1～34.[11]刘俊良.含铬废水处理技术综述[J].河北科技图苑,1997,(3):3～14.[12]PengW,EscobarIC,WhiteDB.Effectsofwaterchemistriesandpropertiesofmembraneontheperformanceandfouling-amodeldevelopmentstudy[J].JournalofMembraneScience,2004,238(1-2):33～46.[13]YoonY,LueptowRM.RemovaloforganiccontaminantsbyROandNFmembranes[J].JournalofMembraneScience,2005,261(1～2):76～86.[14]CHAIX.PilotScaleMembraneSeparationofElectroplatingwastewaterbyReverseOsmosis[J].JournalofMembraneScience,1997,123:235～242.[15]韩恩项,杨惠琳.膜技术去除废水中重金属离子[J].甘肃环境研究与监测,2002,15(2):116～118.[16]李玉文,郭军,尤铁学.重金属废水处理工艺的研究[J].内蒙古科技与经济，2008,（11）：78～79.[17]张建梅，韩志萍，王亚军.重金属废水的治理和回收综述[J].湖州师范学院学报,2002,24(3):50～51.[18]张永锋,许振良.重金属废水处理最新进展[J].工业水处理，2002，23(6):1～2.[19]RALPHDL,RICKGM,DAVIDWB,etal.Apermeablereactivebarriersfortreatmentofheavymetals[J].GroundWater,2002,40(1):59O66.[20]SCHIPPERL,Vojvodic2VukovicM.Nitrateremovalfromgroundwaterusingadenitrificationwallamendedwithsawdust:fieldtrail[J].JEnvironQual,1998,27:664O668.[21]BENNERSG,HERBERTRBJ,BLOWESDW,etal.Geochemistryandmicrobiologyofapermeablereactivebarrierforacidminedrainage[J].EnvironSciTech,1999,33:2793O2799.[22]马少健,李长平,莫伟.重金属废水处理技术进展[J].云南环境科学，2004,23(3):54-57.[20]于捧，任月明,张密柑.处理重金属废水技术的研究进展[J].环境科学与管理，2006，31(7):104～105.[23]谢蔚嵩,谢长红,袁晶,等.钢铁酸洗废水常温常压下制备高浓度聚铁溶液的研究[J].四川大学学报:自然科学版,2006,43(4):878.[24]李中华,尹华,叶锦韶,等.固定化菌体吸附矿山废水中重金属的研究[J].环境科学学报,2007,27(8):1245.[25]张剑波,冯金敏.离子吸附技术在废水处理中的应用和发展[J].环境污染治理技术与设备,2000,1(1):46.[26]胡海祥.重金属废水治理技术概况及发展方向[J].中国资源综合利用,2008，26（2）,24～25.[27]王小艳.浅议含重金属废水处理技术[J].有色冶金设计与研究,2008,29(6):41～43.

电化学技术在新能源中的利用一.能源的概况1.能源的重要性1.能源的重要性自古以来,人类就为改善生存条件和促进社会经济的发展而不停地进行奋斗.在这一过程中,能源一直扮演着重要的角色.从世界经济发展的历史和现状来看,能源问题已成为社会经济发展中一个具有战略意义的问题,能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重要标志,能源问题对社会经济发展起着决定性的作用.2.能源的种类2.能源的种类大自然赋予人类的能源是多种多样的,一般可分为常规能源和新能源两大类.常规能源包括煤炭,石油,天然气和水能,而新能源有生物质能,核能,风能,地热能,海洋能,太阳能和氢能等.其中煤炭,石油,天然气被成为化石能源,水能,生物质能,风能,太阳能和氢能等是可再生能源.3.化石能源的问题(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础,是国民经济发展的命脉,但目前主要使用的化石能源的储量不多.据2002年世界探明的化石能源的储量和使用量统计,世界上煤,石油和天然气的储采比分别为204,40和60年,中国的情况更为严峻,据2002年统计,中国煤,石油和天然气的储采比只有82,15和46年.这表明在人类历史的长河中,只有很短的一段时间能使用化石能源.随着我国经济的持续高速增长,对能源的需求也持续攀升.我国一次能源消费总量从1978年的5.3亿吨标准煤,上升到2002年的14.3亿吨.据估计,我国在2004,2020和2050年的石油消费量达3,4.5和6亿吨,其中进口量分别为1,2.7和4亿吨.4亿吨的进口量相当于目前美国的石油进口量,这不但会制约我国经济的可持续发展,而且对国家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料的使用引起的环境污染,排放的CO2会造成温室效应,使全球气候变暖.有关机构已向联合国发出警告,如再不对CO2的排放采取严厉措施,在10年内,世界的气候将产生不可逆转的变化.我国的环境污染问题更是日趋严重,目前,我国CO2排放量占世界总排放量的14%,在美国之后位居第二,估计到2025年,将位居第一.在本世纪初联合国关于环境污染的调查中,发现在世界上十个环境污染最严重的城市中,七个在中国.它们是太原,北京,乌鲁木齐,兰州,重庆,济南和石家庄.4.21世纪世界能源发展趋势世纪世界能源发展趋势(1)节能技术将备受重视节能技术将备受重视节能就是提高能源利用率,减少能源的浪费.目前节能技术水平已是一个国家能源利用情况的综合性指标,也是一个国家总体科学技术水平的重要标志.许多研究报告指出,依靠节能可以将能源需求量降低2530%.我国在能源利用方面的效率很低,我国的能耗很高,是世界平均水平的2倍,发达国家的5-10倍,因此更应重视节能技术,我国应该充分重视化石能源的高效利用.(2)世界能源系统将发生重大变革世界能源系统将发生重大变革据预测,20世纪形成的以化石燃料为主的世界能源系统将在21世纪转换成以可再生能源为主的新的世界能源系统.在20世纪末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.据世界能源委员会(WEC)和国际应用分析系统研究所的研究报告认为,在20世纪上半叶,化石燃料仍将是世界一次能源的主体,但到21世纪下半叶,太阳能,生物质能,风能等新能源将占世界能源的50%左右.(3)煤炭将作为过渡能源而受到重视煤炭将作为过渡能源而受到重视由于石油和天然气的储量较少,而煤炭储量相对较多,因此煤炭将作为一种过渡能源而在21世纪上半叶受到重视.主要发展的技术是洁净煤技术,煤液化和汽化技术.(4)新化石能源的开发将得到强化新化石能源的开发将得到强化近年来发现,在海洋300米深处有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的开发已经受到特别的关注.据估计,世界甲烷水合物的储量可能超过石油,天然气和煤炭储量的总和.因此,甲烷水合物作为储量巨大的未开发能源开始受到世界各国的高度重视.(5)核能的利用将进一步得到重视核能的利用将进一步得到重视据国际原子能机构统计,在20世纪末,全世界运行的核电站有436座,总发电量为3.5亿千瓦.这些电站主要分布在美,法,日,英,俄等31个国家,近年来,由于担心核电站运转的安全性,核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全性的影响,核能的发展在发达国家已有下降趋势,但在亚洲地区仍有强劲的增加趋势,我国准备在今后几年内建造4座核电站.受控核聚变是一直受人们关心的技术,因为在海水中大约有23.4亿万吨氘,如受控核聚变技术在21世纪能得到应用,在21世纪末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的开发将越来越受到重视可再生能源的开发将越来越受到重视鉴于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起严重的环境污染和气候异常,人们对新能源的开发越来越重视.其中水力能,地热能,海洋能和风能的可利用资源有限,因此,太阳能,生物质能和氢能的利用将倍受关注.二.生物质能的利用1.生物质能的优点.(1)生物质来源丰富地球上每年生长的生物质总量约14001800亿吨,相当于目前世界总能耗的10倍,我国的生物质能也极为丰富,可作为能源开发的生物质能总量可达4.5亿吨标准煤.加上生物质能可再生.因此,生物质能的高效,规模化利用可有效缓解世界能源供需矛盾.(2)生物质能可多途径利用(a)直接燃烧.其热能和蒸汽可发电,技术成熟,但效率低.(b)生物转化.包括制沼气和水解发酵制取醇类.生物质制甲醇和乙醇技术基本成熟,但生产成本较高.生物质制沼气技术相当成熟.2002年全国已建1300多万个沼气池.(c)光热转化.通过气化,裂解,光催化等技术,获得气,液体燃料来发电.(d)生物柴油.从油料植物提取植物油,经甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃烧效率高等优点.(3)生物质能利用的环境污染少由于生物质利用过程中释放的CO2是其生长过程通过光合作用从环境吸收的,所以生物质能的利用过程不排放额外的CO2,而对环境污染少.生物质能的利用还能降低污染.如可利用生物质热解汽化技术处理生活垃圾等,可得到以甲烷为主的燃气,实现垃圾的减量化,无害化,资源化.2.生物质能利用的问题2.生物质能利用的问题生物质能利用的缺点主要是生物质分布广,大面积收集成本高,经济的收集半径在50公里以内,只适合建立小型,分散的生物质能利用系统.而小型转换系统的效率低,不提高生物质能的利用效率就不能获得好的经济效益,这是生物质能至今未能实现规模化应用的关键问题之一.因此,如何在小型,分散体系实现能量的高效,清洁及规模化利用是迫切需要解决的问题.三.太阳能的利用1.太阳能的优点太阳能的优点(1)太阳能来源丰富太阳能来源丰富太阳能来源丰富是众所周知的,这似乎是一种用之不绝,取之不尽的能源.太阳内部不停地进行热核反应,释放出巨大的能量,辐射到地球上的能量只占起辐射总能量的极小部分,约1/22亿,但地球每年接收的太阳能至少有6×1017千瓦小时,相当于74万吨标准煤的能量.其中被植物吸收的仅占0.015%.可见,开发太阳能利用的潜力很大.(2)太阳能的使用没有污染问题太阳能的使用没有污染问题这也是众所周知的,太阳能的使用基本上没有污染问题.(3)太阳能可多途径利用太阳能可多途径利用(a)太阳能的热利用.如太阳能热水器,太阳灶,太阳能蓄热池发电等.(b)太阳能发电.如太阳能电池和光电池.(c)光催化和光电催化制氢.主要用这两种技术从水或生物质中制得氢气.2.太阳能利用的概况太阳能利用的概况近年来,太阳能的利用发展很快,据1997年的数据,全球太阳能发电量已达800兆瓦.到2000年,日本已有7万个住宅用上太阳能电池,美国和欧盟计划在2010年前安装100万套太阳能电池.特别是把太阳能电池与屋顶瓦结合成光电发电系统,目前欧洲已有300套,年发电量为1亿千瓦.这种系统不但可供应清洁能源,而且美观耐用,寿命可达25年.太阳能的热利用发展更快.特别在我国,太阳能热水器的年产值已达60多亿元,居世界首位.3.太阳能利用的问题太阳能利用的问题开发太阳能利用的主要问题是如何提高太阳能的转换效率,其次是降低成本,这对我国特别重要,目前我国生产太阳能电池的能力已达几百兆瓦,但由于价格高,基本上都销往国外.第三,一些技术,如光催化和光电催化制氢技术还没成熟,没有达到实用化的阶段,应该抓紧这方面的研究和发展.四.氢能的利用1.氢能的优点氢能的优点(1)氢是自然界储量最丰富的元素.(2)氢是除核燃料外发热量最大的燃料.(3)氢燃烧生成水,是世界上最清洁的燃料.(4)燃烧性能好,可燃范围大,燃烧速度快.(5)氢可用多种方法大规模生产.(6)氢的利用形式多,可通过燃烧发电,通过