论物理化学方法在水处理的地位及发展趋势

摘 要：本文系统综述了物理化学技术在水处理中的地位及发展趋势，进行了分析与评价。认为膜分离技术与高级氧化技术是水处理技术发展的方向，各种单一技术之间的联用是水处理技术发展的又一趋势。

关键词：水处理技术；膜分离技术；高级氧化技术

中图分类号：K928.4 文献标识码：A

引言

目前,我国大多数水厂仍采用常规水处理工艺,即混凝、沉淀、过滤、消毒等。此工艺只能去除极少部分的溶解性有机物。为了进一步去除残存在水中的污染物，常采用物理化学方法进行处理。本文系统综述了水处理中常用的物理化学技术，并探讨了物理化学方法在水处理中的发展趋势。

一、水处理中的物理化学方法

（一）吸附法

吸附是指利用多孔性固体吸附废水中某种或几种污染物，以回收或去除某种污染物，从而使废水得到净化的方法。吸附法设备简单、操作简便,是目前最常用的去除水中有机污染物的方法。已研究与应用的吸附剂包括活性炭、吸附树脂和硅藻土、海泡石、高岭土等粘土矿物和各种废料。

活性炭对BOD、COD、色度和绝大多数有机物有突出的去除能力。同时，活性炭吸附还具有处理程度高、应用范围广、适应性强、可重复使用等优点。但活性炭再生能耗大,且再生后其吸附能力亦有不同程度的下降。

（二） 离子交换法

离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之一。在污水处理中，主要用于去除污水中的金属离子。离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的交换离子与溶液中其他同性离子的交换反应，通常是一种可逆反应。其过程：

1、阳离子交换过程：R-A++B+=R-B++A-

2、阴离子交换过程：R+C-+D-=R+D-+C-

式中，R表示树脂本体；A、C表示树枝上可被交换的离子；B、D表示溶液中交换离子。

在废水处理中，离子交换的优点为：去除效率高，设备较简单，操作容易控制。目前在应用中存在的问题是：应用范围受到离子交换剂品种、产量、成本的限制，对废水的预处理要求较高，离子交换剂再生及再生液的处理，也是一个难以解决的问题。

（三）气浮法

气浮法是固液分离或液液分离的一种技术。它是通过某种方法产生大量的微气泡，使其与废水中密度接近于水的固体或液体污染物微粒粘附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣，进行固液或液液分离。气浮法用于从废水中去除比重小于水的悬浮物、油类和脂肪，并用于污泥的浓缩。

（四）膜分离法

膜分离法是利用隔膜使溶剂（通常是水)同溶质或微粒分离的方法。根据溶质或溶剂透过膜的推动力不同，膜分离法可分为3类：1、以电动势为推动力的方法有：电渗析和电渗透；2、以浓度差为推动力的方法有：扩散渗析和自然渗透；3、以压力差为推动力的方法有：压渗析和反渗透、超滤、微孔过滤。其中常用的是电渗析、反渗透和超滤。

（1）电渗析

电渗析电场中交替装配阴离子和阳离子交换膜,在电场中形成一个个隔室,使溶液中的离子有选择地分离或富集,这就是电渗析。电渗析在废水处理中的应用主要用于去除废水中的盐分。对非水溶性电解质的胶体物质和无机物等不能去除。对铁、锰或高分子有机酸等物质，即使为离子状态，但由于易沉积在膜上，造成膜性能的劣化，因此，需要进行预处理。

（2）反渗透和超滤

反渗透和超滤、如果在渗透实际装置的膜两侧造成一个压力差并使其大于渗透压,就会发生溶剂倒流,使浓度较高的溶液进一步浓缩,这一现象就叫反渗透。如果膜只阻挡大分子,而大分子的渗透压是不明显的,这种情况叫做超滤。按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作为超滤;从溶液中分离溶剂的膜分离操作为反渗透,超滤和反渗透及反渗透及微过滤都是以压力差为推动力的。

膜生物反应器（MBR）是将高效膜分离技术与污水生物处理工艺相结合而开发的新型系统。它以高效膜分离代替传统生物处理中二沉池，以实现更好的处理效果。膜生物反应器是膜与生物结合的产物，可实现微生物发酵、动植物细胞培养和生物催化转化等。通常在常温和常压下进行生化反应，可使产物或副产物从反应区连续分离出来，打破反应的平衡，大大提高反应转化率，增加产率或处理能力，过程能耗低、效率高。与传统的生化水处理相比，膜生物反应器具有以下主要特点：固液分离率高、污泥停留时间长、污泥产生量小、出水水质好、处理效率高、占地空间小、运行管理简单、应用范围广。所以，膜分离技术具有广阔的发展前景。

（五）高级氧化技术

1、臭氧氧化

臭氧由于其在水中有较高的氧化还原电位，常用来进行杀菌消毒、除臭、除味、脱色等。近年来，由于氯氧化法用于给水、循环水处理和废水处理中有可能产生三氯甲烷（THMs）等“三致”物质而受到限制，使臭氧在水处理中的作用受到了更多的关注。例如采用臭氧氧化法处理印染染料废水就可以取得良好的处理效果。

2、光催化氧化

光催化氧化是利用易于吸收光子能量的中间产物（常指催化剂）首先形成激发态，然后再诱导引发反应物分子的氧化过程。在大多数情况下，反应物分子不能直接受光激发，因此在某种程度下光催化氧化法是一种具有广泛发展前途的新方法。以纳米TiO2光催化为例，它可以用于废水中有机、无机污染物的光催化分解，还可以使水中微生物细菌等分解成CO2和H2O，起到灭菌、除臭、防污自洁作用。

3、超声空化氧化技术

超声空化作用原理是当有一定功率的超声波辐射水溶液时，水中的微小泡核在超声负压和正压的作用下急速膨胀和压缩、破裂和崩溃。由于该过程发生在纳米级的范围内，气泡内的气体受压后急剧升温。高温将气泡内的气液界面的介质裂解产生强氧化性的自由基。超声空化氧化技术常用于处理难以降解的有毒有机污染物对自然水域和地下水源的污染。

二、分析与评价

通过各种方法分析得知，每种物化方法都有其各自的优缺点，而且处理的对象也各不相同。通过以上的分析，膜分离技术与高级氧化技术应该是当今水处理技术发展的方向。但不同的水质、水量及处理标准的不同又要求各种技术的联用作用。例如在饮用水的深度处理和难降解有机废水处理中，利用高级氧化法中TiO2/O3/UV的联合应用，不但提高了对芳香族化合物的去除效率，而且也可以使饱和有机化合物得以降解。超声/臭氧技术降解水中有毒有机物具有高效、低成本的特点，在超声/臭氧体系中引入紫外辐照，可提高有机污染物的降解效果。在水处理中具有很大的应用潜力。

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