水处理技术应用及研究现状

2022-09-11

水是人类必不可少的资源之一, 由于水资源的相对贫乏, 使得对污水处理具有特别重要的意义。水处理工程是减少废水中污染物对环境造成危害的有效措施。随着工业生产的发展, 大量的生活、生产废水的排放, 对土壤、地表水、地下水等环境体系造成污染。由于污染物质种类和数量的不断增加, 超过了环境的自净能力, 从而严重威胁着人类生存环境和身体健康, 也对工农业生产造成一定的影响。因此, 进行废水处理, 减轻环境的污染负荷是保护生态环境的积极措施。近年来, 废水资源化、降低净水耗量等问题备受各国从事环境水处理科技人员的重视。针对含不同污染物质的废水研究出不同的处理新工艺、新设备、新方法, 比以往的处理方法效果好, 运行费用低。传统的水处理方法按照作用原理可分为物理、化学、物化、生物四大类[1]。每一种方法又可分成若干小类, 它们在实际应用中取得了巨大成效。

1 水的化学处理技术

1.1 絮凝技术

目前在给水和废水处理中广泛应用的混凝剂是无机混凝剂如铁盐和铝盐, 由于其投加量大, 生成污泥量多, 且对低温低浊度水混凝效果差等, 将逐渐被淘汰。水溶性有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺等, 它与无机混凝剂相比具有投加量少, 生成污泥量小, 絮凝效果好等优点。将逐步取代目前正广泛使用的无机混凝剂。此外, 无机聚合态的混凝剂如聚合氯化铝 (P A C) 和聚合硫酸铝 (P A S) 等与有机高分子混凝剂的复配使用也是一个发展方向。

1.2 氧化技术

1.2.1 超临界水氧化法

20世纪80年代中期美国学者Modell提出超临界水氧化技术, 立即受到国外众大学及国家重点实验室的重视, 被美国环保界誉为最有发展前途的新型废水处理技术。它是利用超临界水 (T≥3 7 4℃, P≥2 2 1 M P a) 具有的低浓度、高扩散性、低黏度且具有良好的溶剂化性能和传输能力, 使有机污染物及O2、空气、氢、氨等迅速溶解氧化分解成无害的N2、CO2、H2O等。

1.2.2 光催化氧化

自1 9 7 6的J.H.C a r y发现在紫外光照射下可氧化有机溶剂以来, 非均相光催化氧化领域的研究变得相当活跃。最引人注目的是纳米尺寸的锐钦型T i O2材料的应用研究。1995年Blake综述了此法的进展, 列出300种可被光催化氧化的有机化合物, 1200多种有关光催化过程的刊物和专刊, 4 2篇有关研究的评述。充分肯定了此法的可行性。

1.2.3 超声声化学氧化法

超声波技术是一种物理一化学降解水体中化学污染物的方法。基于超声空化效应, 以及由此引发的物理、化学变化。集高级氧化、焚烧、超临界氧化多种技术于一身, 操作简便降解速率快, 可单独或与其他技术联合使用。虽然, 由于能量转化效率和能耗的关系还未在实际中大规模使用, 但功率超声在有毒害难降解有机废水中的独特作用, 为其提供一条新途径。

1.2.4 电化学氧化

在传统微电解技术基础上, 增加了氧化, 催化氧化或光化氧化的作用就构成了新的电化学氧化方法。其中, 电催化氧化是通过阳极反应直接降解有机物, 或通过阳极产生的·O H、或O3等氧化剂降解有机物。

电化学法处理废水设备简单, 易控制, 无须多加催化剂, 无二次污染产生。除了上述氧化功能, 还可以还原, 用于悬浮及胶体体系相分离等, 有机电化学的研究已证实了很多有机化合物的氧化还原合成分解都可在电极上进行, 因而此法在有机废水处理面成为众人注目的焦点[2]。

除上述4种氧化外, 还有湿式氧化法、焚烧法、药剂催化氧化法等一些有效废水氧化技术。但由于反应过程中会有有毒气体产生、还会导致二次污染, 使继后处理过程难度增加。

2 水的物理处理技术

2.1 膜分离处理技术

膜分离技术是近年发展起来的新型水处理技术。它具有能耗低、效率高、操作简便及再生容易、无二次污染等优点, 按照工作膜的孔径可把膜技术分为电渗析、反渗透、超滤、纳滤、和微滤[3]。

但由于膜污染、反应器投资及运行费等因素的影响和限制, 使得膜生物反应器在应用方面进展缓慢。相信经过化学工作者的努力, 不久的将来此技术会得到更广泛的实际应用。

2.2 磁化处理技术

从20世纪90年代开始, 研究者根据磁化水可改变水的一些物理特性、改善生物机能、促使生物生长等特性, 展开了磁化处理污水的试验研究。有人在废水中加人包裹着一层氢氧化铁胶体的磁性粉末F e3O4, 形成磁种。利用磁种在酸和碱性条件下分别带正或负电荷, 吸附或脱附, 达到分离的目的。在p H值5.5左右时, 一次处理后废水色浊度及COD去除率达60%。经适当增加投种量或处理次数, 完全可达排放标准。若配以光学催化效果更佳。

3 水的生物处理技术

3.1 固定化技术

固定化技术是指通过化学或物理手段将游离的微生物或酶物质固定在限定的空间区域中, 使其保持活性, 并可反复使用。经固定化技术处理的微生物具有菌体脱落少、微生物密度高、污水停留时间长、污泥量低且耐容积负荷冲击的特点。现在, 固定化技术在处理高浓度有机废水、降解难降解有机物、脱氮除磷和脱色等方面的研究已很广泛, 部分已进入实际应用。

3.2 生物吸附技术

微生物本身及其分泌物与水中悬浮颗粒凝聚在一起, 形成活性污泥絮凝体, 表面被以多糖类为主体的黏质层所覆盖, 表面张力较低, 有很强的吸附能力。絮凝体的吸附主要有物理吸附和伴有生化反应的生物吸附。生物吸附剂即以生物体为吸附剂, 是生物吸附技术的核心部分[4]。

3.3 生物沥滤法

近年来, 生物法用于沥滤污泥中的重金属, 效果较为显著, 其机理是因为活性污泥中存在以F e 2+和还原性硫为生长质的细菌。生物法沥滤金属时, 金属硫化物在铁氧化细菌作用下被氧化成金属硫酸盐, Fe2+被氧化成时Fe 3+, Fe 3+又和金属硫化物反应生成金属离子和元素硫, 元素硫则继续被硫细菌氧化成硫酸, 使污泥下降并促使金属进一步溶出。