水处理综述.

水处理技术的研究进展

摘要：

随着科学技术的进步与发展，近几年来，各种新型的水处理技术和设备层出不穷，水处理技术在工业、环保等方面都取得了长足的进步。本文从水处理工艺、水处理技术应用领域等方面阐述了水处理技术的最新发展情况，并对国内外水处理技术的研究进展与市场化情况进行了分析，进而对水处理技术的前景进行了展望。

关键词：水处理；吸附法；膜渗透；絮凝法；生物法

1.引言

随着生产力的极大提高，工业废水、废渣、废气的大量排放，造成了地球水污染、土壤污染、大气污染、温室效应等污染问题，使人类面临地球环境恶化和可用淡水资源缺乏的难题。地球水资源虽丰富，但其中海水约占 97%，冰川水约占 2%，地面和地下淡水的总量仅占总水量的 0.63%[1，2]。世界许多地方淡水资源贫乏，而水污染进一步减少了可用淡水资源，严重威胁人类的生存和发展。有人认为：21世纪是水的世纪，水的问题有可能超过能源问题而成为21世纪世界上最为重要的问题。因此，必须对水的问题予以高度重视，而正确掌握和合理利用现有水处理技术并研究新的水处理技术是解决水环境污染和合理利用水资源的重要途径。

水处理是指通过物理或化学手段，去除水中一些生产、生活不需要的有害物质的过程，是为了适用于特定的用途而对水质进行的调理过程。由于社会生产、生活与水密切相关。因此，水处理领域涉及的应用范围十分广泛，构成了一个庞大的应用产业。按照水体的来源，水处理可以简单的分成两类，一类是对自然水体进行处理用于人类的生产、生活（即给水处理）。另一类是将生产、生活中产生的污水经过处理，使其中的污染物浓度达到自然界能承受的范围，再将其排放回大自然中（即污水处理）。

2.水处理方法分类

水处理方法主要分为物理方法、化学方法和生物方法，通常从中选择多种组合成能够达到处理要求的工艺流程。

2.1物理方法

2.1.1沉淀法

对于水中粒径较大的杂质、泥沙等，利用其重力，使其在沉降池中沉降、澄清，以得到浊度较小的水，初步达到净化的目的。

2.1.2过滤法

对水中通过沉降不能除去的不溶性杂质，可以用过滤的方法去除。过滤的方法有沙滤法、沙炭过滤法和沙滤棒法等。

2.1.3吸附法

吸附法[3]就是利用吸附剂（有较强的吸附能力）和水体中的一种或多种污染物发生吸附作用，再通过沉降或过滤将其从水体中去除。该方法具有成本低，操作简单，吸附剂可重复利用，具有选择性等优点。吸附剂可以按照其材质不同分为活性炭吸附剂，活性氧化物吸附剂，硅胶吸附剂，合成沸石吸附剂以及活性白土吸附剂等。目前该方法广泛的应用于对印染废水的处理及回收领域，比较有代表性的吸附剂就是活性炭。

吸附法中近年来较为引人注目的是石墨烯材料的引入。石墨烯巨大的比表面积使它成为优质的吸附剂，主要用于有机物与无机阴离子的吸附[4]，但石墨烯本身的憎水性和易聚集性限制了其在水处理中的应用，发展亲水性和生物相容性的石墨烯复合材料，是新型石墨烯材料的研究方向。

2.1.4膜渗透

膜渗透[5]是借助于膜的选择性渗透作用，对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级和富集的方法。膜分离具有工艺简单、能耗低、效率高等优点，不会产生二次污染，环保节能，在水处理中有广阔应用前景。但由于其处理速度慢、成本高，在很长时间内都没有得到有效利用。近年来，随着科技进步和半透膜生产工艺的发展，膜过滤技术逐步应用于饮用水、工业废水及特殊要求的水体处理中。

目前，主要应用于水处理的膜过滤技术有：渗析、电渗析、反渗透、超滤、微孔过滤和纳滤[6]。

（1）渗析是溶质在自身的浓度梯度作用下，从膜的上游传向膜的下游的过

程。渗析是最早被发现并研究的膜分离技术，但因为受到本身体系的限制，渗析过程进行缓慢，效率低下，渗析过程的选择性不高，因此渗析过程主要用于脱除含有多种溶质溶液中的低分子量组分，如血液渗析；（2）电渗析膜技术的关键是要采用离子交换膜，是一种电场力推动的膜分离方法。它是一种有离子交换基团的网状立体结构的高分子膜，离子可以有选择地透过，即阴离子膜仅允许阴离子通过，而阳离子膜则仅允许阳离子通过，在分离或提纯时，溶液中的离子在直流电场的作用下，以电位差为动力，透过膜作定向运动，从而达到分离或浓缩的目的[7]；（3）反渗透膜是目前处理效果最好的膜过滤技术，其截留性能最强，能去除水体中的大部分离子和污染物（包括对人体有益的矿物质），透过的几乎是溶剂（即纯水）。但是其工作压力很大，生产成本较高，长期饮用经过这种技术处理过的水，会影响人体的健康。因此此方法不适合应用于饮用水处理，目前其主要应用于海水淡化、食品、造纸工业、以及一些有机物的纯化过程等。目前电渗析膜技术已达很高水平，它首先用于海水和苦咸水淡化，以后又用于海水制盐和工业给水与废水的处理，近年来我国在制碱和锅炉给水处理中推广应用电渗析膜，获得显著成效；（4）超滤和微孔过滤是目前应用较为广泛的膜过滤技术。两者的区别主要是在孔径大小的不同。他们都可以截留大部分水中的细菌，胶体和悬浮颗粒，但是它几乎不能截留任何无机小分子。因为其工作压力小，成本低，除浊效果好而受到了广泛的关注。目前主要应用于医疗、饮用水、食品、电子以及回收等；（5）纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的膜分离技术。其表面结构松散，对水中的小分子有机物，以及无机盐有较好的去除效果，特别是对高价态的镁盐有较强的截留能力。但是，这种处理方法对水质要求较高，一般需要进行絮凝，砂滤，甚至超滤等预处理，一般用于硬水软化、工业废水脱色、生活污水处理等[8-10]。

2.2化学方法

2.2.1酸碱中和法

酸性废水和碱性废水，可用中和法处理，向废水加入中和剂，或用酸性废水中和碱性废水，亦或用碱性废水、废渣中和酸性废水，尽量做到“以废治废”，综合治废的目的。

2.2.2氧化还原法

化学氧化法是一种应用十分广泛的水处理技术，是利用二氧化氯、臭氧、双氧水、高锰酸钾等强氧化物质，破坏水中污染物的化学结构，使其变成无毒或者低毒物质。按照氧化剂的不同可以划分为臭氧氧化法、二氧化氯氧化法、Fenton 氧化法等。

2.2.3絮凝法

絮凝法是通过加入适量的絮凝剂，使得溶解于水体中的溶质、悬浮于水样中的胶体或者细小颗粒集聚变大，形成絮状沉淀，从而达到净化水体的目的。这种方法成本低，能显著降低水体的浊度、色度，并且使用一些多功能的絮凝剂还可以实现降低水体中的微生物，减少放射性物质、有机物质以及重金属离子的作用。因其成本低，操作简单，受到了行业内的高度重视，是目前应该比较广泛的水处理技术。常用的絮凝剂有明矾、硫酸铝、碱式氯化铝、聚丙烯酰胺（PAM）等。对絮凝方法及多功能絮凝剂的研究开发一直是水处理中的热点，对水处理具有十分重要的意义。

2.2.4光催化氧化法

光催化氧化法是近些年才出现的水处理方法，该方法是指在光照的作用下进

行氧化还原反应，经过足够长的时间最终将有机物转化为C0

2和H

2

O等简单无机

物。光催化氧化技术的原理是，催化剂在特定波长光的照射下，吸收光子，从基

态跃迁到较为活泼的激发态，与水体中的物质发生化学作用。如此往复最终将其氧化为无机小分子物质。目前较为成熟的是纳米Ti0

2

催化氧化法，该方法简单、高效、无二次污染，拥有广泛的应用前景。但是，其处理速度慢，通常只能应用

紫外光（对光的利用有限），同时Ti0

2

的回收较为困难，目前还没有关于该方法工业化应用的报道[11]。

2.2.5超声波降解法

超声波降解是利用声波促使有机物发生化学键断裂、高温分解或自中基反应而使废水中的有机污染物降解。

2.2.6电化学氧化技术

电化学氧化法是近些年来发展较快的一种水处理技术，是通过直流电，在阳极上夺取电子使有机物发生化学变化或是先使低价金属离子氧化为高价金属离子，然后高价金属离子再和有机物发生化学作用，最终将有机物转化为无毒小分