“環(huán)境友好型”水處理技術(shù)概述
近年來,世界各國(guó)環(huán)保呼聲日益高漲,環(huán)境法規(guī)日趨完善。傳統(tǒng)的可造成二次污染的水處理技術(shù)的應(yīng)用逐步受到限制。這促使環(huán)境科學(xué)家和環(huán)保工程師積極開發(fā)和應(yīng)用“環(huán)境友好型”水處理技術(shù)(也稱綠色水處理技術(shù))。
綠色水處理技術(shù)的開發(fā),正在有力推動(dòng)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展,它是開展環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科創(chuàng)新研究的一條源泉之路,對(duì)于人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
l 膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)是近二、三十年內(nèi)發(fā)展起來的。與常規(guī)分離方法相比,膜分離過程具有能耗低、單級(jí)分離效率高、工藝簡(jiǎn)單、不污染環(huán)境等特點(diǎn),在廢水處理中可實(shí)現(xiàn)水的閉路循環(huán),除污的同時(shí)變廢為寶,是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色技術(shù)。膜分離技術(shù)主要包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)反滲透(RO)和電滲析等。近年來這些技術(shù)在水處理的應(yīng)用愈來愈顯示生命力。
世界上每天約有500萬m 的水通過膜分離處理為了適應(yīng)水處理的需要,膜材料的性能逐步得以改進(jìn)采用無毒無害、可生物降解的材料制備超濾膜。
NF膜在水的軟化方面顯示了其它技術(shù)無可比擬的優(yōu)越性,NF90膜在海島飲用水制備中可有效地去除對(duì)人體健康不利的Ca2+、Mg2+等硬度。在較低的操作壓力(<1.0MPa)下,總脫鹽率≥8l%,產(chǎn)水量可達(dá)144t/d,淡化水符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
電滲析作為綠色水處理技術(shù)近年來研究較多。有人采用改性異向膜電滲析法處理化纖廠粘膠單絲淋洗廢水(去酸水),在工藝上實(shí)現(xiàn)了污水閉路循環(huán),消除了H2SO4和Zn的污染,并把溶解固體濃縮到190g/L,再進(jìn)行多效蒸發(fā)來回收多余的Na2SO4。濃縮的H2SO4和ZnSO4溶液則返回凝固浴再用,淡化水中的總?cè)芙夤腆w(TDS)下降到0.7g/L以下,因無硬度,故可作洗滌用水。
膜分離技術(shù)正在成為水處理研究與應(yīng)用的熱點(diǎn),其在水的回用方面起著難以替代的作用。將膜分離技術(shù)與綠色氧化技術(shù)、生物處理技術(shù)聯(lián)合,用于廢水的處理及回用是一個(gè)頗有前途的研究與應(yīng)用方向。
2 綠色氧化技術(shù)
近年來,綠色氧化技術(shù)處理廢水的研究取得了顯著進(jìn)展。廢水的綠色氧化技術(shù)主要是運(yùn)用超臨界水氧化、光催化氧化、無毒藥荊催化氧化、電化學(xué)氧化、化學(xué)氧化與生物氧化相結(jié)合等手段處理廢水的技術(shù)。
2.1 超臨界水氧化技術(shù)(SCWO)
SCWO是對(duì)濕式氧化處理難降解有機(jī)廢水技術(shù)的改進(jìn),是近年來興起的綠色水處理技術(shù)。超臨界水(T>617.5K,P>22.05MPa)具有常態(tài)水所沒有的特性。其溶解性強(qiáng),擴(kuò)散系數(shù)大,傳質(zhì)速度快,可作為超臨界水氧化有毒有害有機(jī)物的反應(yīng)介質(zhì)。有機(jī)物、空氣或氧氣和水在25Mt a和673K以上的溫度可完全互溶。
體系呈均相混臺(tái)狀態(tài),在較短的反應(yīng)停留時(shí)問內(nèi),99.99 %以上的有機(jī)物可被迅速氧化成CO-NHO和其他小分子物質(zhì)。該法用于有毒有害、難生物降解的有機(jī)廢水的處理尤其有效。氧化產(chǎn)物清潔且無需后續(xù)處理,符合全封閉處理要求。在較低的有機(jī)物含量下,可實(shí)現(xiàn)自熱然啟動(dòng),運(yùn)行后無需外界供熱。
因反應(yīng)物混合均勻且反應(yīng)溫度高,反應(yīng)速度大幅加快,故水的停留時(shí)間較短,所需反應(yīng)器體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
2.2 光催化氧化技術(shù)
光氧化最常用的催化劑是 TiO2、H2O2-草酸鐵等無機(jī)試劑。通常的懸浮相TiO2光催化氧化法存在著催化劑易失活、易凝聚和難分離等固有弊端。將TiO2負(fù)載在海沙上,作為光氧化反應(yīng)的催化劑克服了上述缺點(diǎn)。還可將TiO2粉末固定在泡沫鎳上的光催化固定技術(shù),降解廢水中的磺基水楊酸。利用TiO2催化降解有機(jī)物時(shí),可利用太陽(yáng)能來代替UV光源。
2.3 無毒藥劑催化氧化技術(shù)
采用無毒藥劑催化氧化處理有機(jī)廢水,尤其是處理有毒有害、難于生物降解的有機(jī)污染物,是當(dāng)前水處理技術(shù)研究的熱點(diǎn)課題。
活性嵌可作為廢水催化氧化反應(yīng)的催化劑。與Fenton試劑法相比,COD去除率提高了1.75倍。還可利用金屬氧化物為催化劑,來提高臭氧的利用效率和氧化能力。
2.4 電化學(xué)氧化技術(shù)
近年來電化學(xué)水處理法得到了改進(jìn),在傳統(tǒng)電化學(xué)法的基礎(chǔ)上增加了氧化、催化氧化或光催化氧化作用,有效地突破了微電解技術(shù)的局限,展示了電化學(xué)水處理技術(shù)的綠色特點(diǎn)。利用光透電極和納米結(jié)構(gòu)TiO2作為工作電極和光催化劑,采用光電催化法對(duì)水中染料進(jìn)行電解,發(fā)現(xiàn)與光致分解、光催化降解相比,光電催化降解對(duì)三種染料一品紅、鉻藍(lán)K、鉻黑T溶液的降解效果最好。采用高壓脈沖放電降解法去除水中苯乙酮的研究也取得了較好的效果。
液電脈沖處理水中苯乙酮過程中,在通入O2時(shí),經(jīng)30min放電處理,苯乙酮降解率可達(dá)92%。液電脈沖等離子降解法涉及等離子物理、等離子化學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、生物、電工、環(huán)境保護(hù)等學(xué)科間的交叉,這種降解法具備了高溫?zé)峤到狻⒐饣瘜W(xué)氧化、液電空化降解以及超臨界水氧化等多種水處理法的綜合效應(yīng)。
2.5 臭氧一生物氧化技術(shù)
利用臭氧氧化結(jié)合生物處理的方法對(duì)來自填埋場(chǎng)中的濾出液及被染料或表面活性劑污染的工業(yè)廢水進(jìn)行生態(tài)性處理,也可收到良好的處理效果。
既將污染物降至生態(tài)環(huán)境允許范圍之內(nèi),又可使用封閉氣流控制,從而不外溢有毒物質(zhì),也無污染物的轉(zhuǎn)移,是一種綠色處理技術(shù)。
3 綠色中和技術(shù)
因?yàn)镸g(OH)2緩沖性好、有活性吸附能力強(qiáng)、無腐蝕性、安全、無毒、無害,所以被稱為“綠色水處理劑”。近年來廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理,主要用作酸性廢水中和劑、重金屬離子脫除劑等。
4 綠色絮凝技術(shù)
近年來,不同種類的生物絮凝劑相繼得以開發(fā),絮凝法處理廢水的技術(shù)也隨之綠色化。利用絮凝劑產(chǎn)生菌可產(chǎn)生生物大分子絮凝物質(zhì)。
已報(bào)道的微生物產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)有糖蛋白、牯多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、DNA等大分子物質(zhì)。這些大分子物質(zhì)稱為生物絮凝劑。生物絮凝劑具有使其他物質(zhì)凝聚沉降的特性。其絮凝范圍廣泛、高效無毒、易于生物降解,可消除二次污染,可以說,生物絮凝劑處理廢水的技術(shù)是具有廣闊應(yīng)用前景的綠色技術(shù)。
5 超聲波技術(shù)
超聲波是一種新的綠色水處理技術(shù)。它是指頻率高于20kHz的聲波。當(dāng)一定強(qiáng)度的超聲波通過媒體時(shí),會(huì)產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)效應(yīng)。超聲波處理有毒有害及難降解有機(jī)枷是非常簡(jiǎn)便和有效的。用其降解水中的鹵代烴、酚類、酵類、聚合物、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等。發(fā)現(xiàn)多數(shù)超聲波降解有機(jī)物的反應(yīng)遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。將超聲波與電解法耦合處理含酚廢水,取得了比超聲波法更好的處理效果。這一研究成果有力地推動(dòng)了聲電化學(xué)在水處理中的應(yīng)用。
6 結(jié)論
按照可持續(xù)發(fā)展的要求,水處理技術(shù)的綠色化進(jìn)程將會(huì)加快,開發(fā)高效、低毒、低能耗、不造成二次污染的水處理技術(shù),特別是光、聲、磁、電、無毒藥劑氧化、生物氧化等多種手段聯(lián)用的新型綠色技術(shù)將成為水處理技術(shù)研究的熱點(diǎn)和方向。
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