工业水处理技术的发展趋势(精)

过滤与分离 Journal of Filtration &Separation 2007Vol.17No.4
水是人类必不可少的资源之一。

早在 1977年 , 联合国就向全世界发出警告 :水资源不久将成为继石油危机之后的另一个更为严重的全球性危机 [1]。

随着经济的高速发展和人们生活水平的不断提高 , 我国工业的淡水耗量急速增加。

耗水量高 , 重复利用率低 , 污染严重已成为我国工业系统水资源利用的突出问题。

为了有效地改变我国淡水资源紧缺和水污染严重的现状 , 必须广泛采取清洁生产工艺 , 发展新型的节水技术 , 以及加强工业废水处理等措施。

这不仅是我国工业水处理行业持续发展的必由之路 , 也是中国经济 , 乃至世界经济持续发展的必由之路[2]。

传统的水处理方法按照作用原理的不同可分为 :物理、化学、物化、生物四大类。

它们在实际生产应用中都取得了巨大的成效。

但是 , 随着工业的迅猛发展和人们环保意识的增强 , 传统处理技术的不足之处也日益突显。

因此 , 开发出能耗低、
操作简单、运行经济、高效安全、无二次污染的方法已成为现代工业水处理技术的总体发展趋势 [3]。

1化学处理技术
化学处理技术的发展主要集中在可生物降解的、
多功能绿色水处理剂的研究和应用上。

具体说来 , 即从有毒有公害的药剂向低毒、无毒、无公害药剂方面发展 , 由不易生物降解药剂向易生物降解方面发展 , 由单一的水处理药剂向复合的多功能药剂方面发展 [4]。

1.1聚天冬氨酸
聚天冬氨酸 (PASP 无毒、
无磷 , 是目前公认的一种绿色缓蚀阻垢剂。

它具有优异的阻垢分散性能和良好的生物可降解性。

于萍等 [5]将聚天冬氨酸用于冲灰水闭路循环的阻垢实验研究 , PASP 的用量为 2mg/L 时 , 其阻垢率就 <98%; 他们还用扫描电镜及 X-衍射对其
阻垢机理进行分析 , 发现 PASP 的阻垢机理是同时具有阀限效应与晶格畸变作用。

魏刚等 [6]将 PASP 和其他羧酸类阻垢剂进行比较 , 认为其生物降解性远远优于聚丙烯酸 , 这与其主链中插入氮原子有关 ; 此外 , 它还具有一定的缓蚀性能。

同济大学的李辉等 [7]采用旋转挂片法对 PASP 的缓蚀性能进行了研究 , 结果表明PASP 对碳钢具有明显的缓蚀作用 , 当其与 HEDP 、 Zn 2+复配时具有更显著的缓蚀协同作用 , 其腐蚀速率 <0.05mm/a 。

1.2膦酰基羧酸共调聚物
膦酰基羧酸共调聚物 (POCA 是一类新型多功能绿
色水处理剂 , 兼具有机膦酸和羧酸共聚物的优点 , 不但磷的含量 <3%, 符合环保要求 , 而且还具有高分散阻垢能力及一定的缓蚀性能 , 特别适用于高 pH 值、高硬度、高碱度及高浓缩倍数循环水的处理。

夏明珠等 [8]采用正交实验研究了POCA 的阻垢分散性 , 并与 HEDP 和 HPMA 进行了比较。

实验表明 , POCA 对CaCO 3、 Ca 3
(PO 4 2锌盐沉积的阻垢能力都远优于 HEDP 和 HPMA ;
POCA 抑制 Ca 3(PO 4 2和锌盐沉积都存在“ 临界值效应” ; POCA 加药量为10mg/L 时对 Fe 2O 3的分散效果最好。

王秀荣等 [9]的实验研究表明 POCA 对碳酸钙垢具有优良的阻垢性能 , 阻垢剂浓度仅 5mg/L , 阻垢率就可达 90%以上 ; 当Ca 2+浓度较高时 , 仍可达到 90%以上的
阻垢率值 , 具有很强的钙容忍度。

另外 , POCA 的缓蚀效果仅次于 HPA , 好于 PBTC 和磺酸三元共聚物 [10]。

1.3过氧乙酸
过氧乙酸 (Peracetic acid 是一种强有力的广谱杀菌
剂 , 具有优良的杀菌性能 [11], 其活性比异噻唑啉酮和戊二醛分别高 3倍和 10倍 , 且是唯一能保持完全杀灭藻类的杀菌剂 [12]。

段杨萍等 [13]的实验表明 , 过氧乙酸浓度为 5mg/L , 作用时间 1h , 对循环水中异氧菌、铁细菌和硫酸盐还原菌杀灭快 , 杀菌率在 94%以上。

而且它与
:: , , , .
工业水处理技术的发展趋势
杨晓惠 , 刘仁桓 , 王振波 , 王建军 , 金有海
(中国石油大学 (华东 , 山东东营 257061
摘要 :阐述了发展工业水处理技术的重要意义 , 分别对工业水的化学处理、物理处理技术以及复合技术与计算机技术等四方面的进展和发展趋势进行了展望。

关键词 :水处理 ; 技术 ; 发展趋势
中图分类号 :X703.1
文献标识码 :B
文章编号 :1005-8265(200704-0046-03
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冷却水中的一些常用的阻垢缓蚀剂如 :聚合物、磷酸盐等有很好的相容性。

其分解产物 (醋酸、水和氧无毒对环境友好 , 已通过了美国环保局注册认可
[14]。

作为一种绿色化工产品 , 过氧乙酸在工业冷却水系统中有着广阔的发展前景。

2物理处理技术
物理处理技术因受环境和微生物的限制小 , 普遍具有环保、节能、运行维护方便和成本低廉等优点 , 具有很大的发展潜力和广阔的应用空间 , 尤其是膜分离技术和磁化技术。

2.1膜分离技术
膜技术是最近 30年来发展起来的一种高新技术 , 被公认为 20世纪到 21世纪中期最有发展前景的技术之一。

它具有无相变、常温操作、能耗低、设备简单、卫生程度高、自动化程度高等优点 , 在工业水处理领域具有广泛的应用和广阔的发展前景。

王农村等 [15]采用改性的 PVC 合金超滤膜法对油田采出水进行深度处理 , 其处理水水质达到特低渗透油层要求的回注水水质指标。

H. Choi 等[16]研制的光催化 TiO
2
膜具有高渗水性 , 能有效地去除生物毒素、蓝色亚甲基染料等有机污染物 , 还能抑制大肠杆菌等微生物的生长。

但由于工业废水往往含有酸、碱、油等物质 , 处理条件苛刻 , 因此需要开发出廉价、高效 , 能够在强酸、强碱等苛刻条件下使用的新型膜材料。

四川大学的梁希
等 [17]制备的γ-Al
2
O 3管式陶瓷纳滤膜能够在 pH 分别为 3、 2.5、 2的磷酸溶液中保持稳定的通量 , 说明其具有良好的耐酸性。

张守海等 [18]用 PPESK 制备的超滤膜具有高截流率、高通量、耐高温等特点 , 其对纯水的通量可高达
148L/m 2・ h , 对聚乙二醇 10000的截流率高于 93%。

2.2磁化技术
磁场处理水技术是近年发展起来的一门新兴科学。

此法无需投加任何药剂 , 无毒无污染 , 能有效防止管道和设备结垢 , 且投资少 , 操作简单 , 是一种高效节能、环保型工业水处理技术 [19]。

其过滤速度通量通常为 100￣500m/h , 有时可达到 1000m/h ; 处理量是快速过滤法的 20￣40倍 , 是混凝沉淀法的 400￣700倍[20]。

山东石大科技集团公司采用磁力防垢除垢器处理锅炉用水 , 半年后开炉检查 , 发现新炉均无水垢生成 , 旧炉已存的水垢全部脱落 [21]。

李梅等人 [22]采用新型的扫频直流脉冲电磁水处理器进行循环水抑垢效应的研究 , 试验结构表明最佳抑垢率达 90%以上 , 且随磁场强度、处理时间及磁程的增大而提高。

此外 , 电镜分析还说明磁场直接影响了水垢晶体的结晶过程 , 改变了晶体的结构
另外 , 磁场还具有一定的杀菌灭藻作用。

李梅等 [23]人的试验发现脉冲磁场具有明显的杀菌灭藻功能 , 在停留时间为 30min , 磁场强度 500mT , 脉冲频率 40 kHz 的条件下 , 循环处理后水中细菌总数的存活率为 0.01%, 藻类基本死亡。

并且磁场水处理的杀菌性能随 pH 值、温度和磁处理时间的升高而升高 [24]。

3复合处理技术
由于工业水的复杂性 , 任何单一的技术都很难达到理想的效果 , 必须注意开发和应用水处理的综合技术 , 进行集成化研究 , 如化学 -物理结合 , 化学 -生物结合 , 物理 -生物结合等 , 以谋求高效、低耗、环保的新型处理技术。

刘俊新等 [25]采用生物膜法和活性污泥法结合工艺进行脱氮除磷研究 , 将常规生物脱氮除磷工艺中存在的相互影响和制约的因素分解 , 能够同时有效地从污水
中去除氮、磷和有机物。

试验结果表明 , 氨氮去除率达 99%以上 , TN 、 TP 和COD 的去除率分别在 85%、 95%和 95%。

磁化与化学加药联合水处理技术是随着水处理产品和工艺的绿色化而形成的。

刘振法等 [26]人进行了这种技术的阻垢机理研究 , 通过静态和动态试验 , 表明磁化与药剂具有明显的协同增效效果 , 其阻垢率比单纯加药下提高 20%以上。

将其应用于一套循环冷却水系统上 , 每年节水达 3万 t , 减少排污 1.5万 t , 节约成本达 10万元。

电 -生物技术是将电化学反应和为生物反应耦合起来的一种新型化学生物处理技术。

中国科学院的曹宏斌等 [27]人首次采用这种技术处理酸性红 A 有机废水 , 当外加电流为 300mA 时 , 水中酸性红 A 和 COD C r 的
去除率分别可达到 79%和 84%, 高于没有电流作用时的 59%和 76%。

4计算机技术
21世纪是计算机信息技术的时代 , 将这种新兴技术与我们传统的工业水处理技术相结合 , 可以实现处理过程的自动化控制和在线分析、检测 , 以真正达到高效、低耗的目的。

同时 , 可以极大地推动我国水处理行业的发展 , 缩短与发达国家的差距。

广东某水泥厂循环冷却水系统采用 SC-ZY05CBS 自动加药设备 , 可实现补水流量、系统电导率、 pH 值等主要水质参数的在线监控 , 并可预设拟控制的浓缩倍数 , 从而实现自动加药、自动排污 , 并能精确控制系统浓缩倍数。

与人工加药相比 , 该系统每年的补水费用节 47・・
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Development Trend of Treatment Technology of Industrial Water
YANG Xiao-hui, LIU Ren-huan, WANG Zhen-bo, WANG Jian-jun, JIN You-hai
(China University of Petroleum
(East China , Dongying 257061 Abstract:In this paper, the importance of developing industrial water treatment technology was illustrated. Furthermore, it was expected for progress and development trend of four kinds of methods for industrial water treatment, including chemical treatment, physical treatment, compound treatment and computer technology treatment respectively. 另外 , 随着计算机技术的引入 , 还可以采用计算流体力学 (CFD 的方法来对水处理反应器进行结构优化设计和运行分析 , 大大减少了反应器分析中物理模型研究的必要性 , 降低研究成本。

有报道表明 , 在污水处理厂处理单元构筑物的设计和运行中使用 CFD 技术后 , 优化了反应器的设计 , 解决了运行中存在的问题 , 反应器的处理效率提高了 10%￣35%[29]。

5结语
随着全球水环境问题的日益突出 , 水处理技术正
逐渐发展成熟起来 , 并必将朝着产业化、商品化、规模化的方向发展。

综观近年发展 , 在低能高效、经济环保的大前提下 , 新型高科技含量的工业水处理技术层出不穷 , 并呈现出多学科、跨领域的发展趋势。

同时 , 国内外各学者对传统的技术并没有全部抛弃 , 而是采用新的试验条件和新的试验设备、材料加以改进 , 或者采用多种独立操作的联合使用以扬长避短 , 使处理过程和结果达到有关标准。

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