论物理化学方法在水处理的地位与发展趋势

物理化学方法在水处理的地位与发展作者：张凯指导老师：程继夏教授（长安大学环境科学与工程学院2012229040）摘要：随着水环境问题日益严峻，物理化学法在水处理中的应用日显重要。本文阐述了物理化学方法在水处理中应用，并简述膜处理在水处理的作用，指出膜处理是物理化法处理污水的发展趋势。关键词：物理化学水处理膜处理引言随着近代工业的快速发展，造成的环境问题日益严峻，工业污水中经常含有某些细小的悬浮物及溶解静态有机物，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，物理化学处理法是一种运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。它是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统，或是包括物理过程和化学过程的单项处理方法。以物理作用为主的各种处理废水的方法称为物理处理方法,也称为物理单元操作,如筛撼(筛分)、粉碎、水盆调节、混合、絮凝、沉淀、浮选及过滤等,都是典型的物理处理单元操作,或物理处理单元技术。通过投加化学药剂,或通过化学反应使废水发生变化,以达到去除各种污染物的处理方法称为化学处理方法,也称为化学处理单元过程,如化学沉淀、气体传递(曝气充氧)、离子交换、吸附、消毒等均属化学处理单元过程。为了更好地达到去除废水中污染物的目的,人们通常都是将物理、化学方法或物化与生物方法联合使用,而把物理方法称为预处理或初级处理。1.传统物理化学方法1.1浮选法浮选法是用于从液相中分离固体或液态颗粒的处理方法,或称单元操作。目前在城市污水或工业废水处理中均以空气作为浮选剂,包括空气俘选、溶气浮选和真空浮选,人们一般称之为气浮,并且常常投加各种化学药剂,如铝盐、铁盐及表面活性剂以提高各种浮选装里的效率。1.2过滤法过滤法在80年代以来为国内外废水处理工程所广泛采用,它可以作为废水的预处理,也可以继生物和化学处理之后,进一步去除废水中的悬浮固体等的深度处理或最终处理。目前用于废水过滤的滤床有单滤料、双滤料和三滤料滤床,滤料主要有石英砂、无烟煤和硅藻土等几种。1.3萃取法萃取法采用与水不互溶但能很好溶解污染物的萃取剂，使其与废水充分混合接触，利用污染物在水和溶剂中的溶解度或分配比的不同，达到分离、提取污染物和净化废水的目的。1.4吸附法吸附法是利用多孔性固体物质作为吸附剂，以吸附剂的表面吸附废水中的有机污染物的方法，活性炭法是一种非选择性的常用的水处理吸附材料。但是由于活性炭再生性能差，水处理费用高，因而难以广泛使用。1.5离子交换法离子交换法是一种借助于离子交换剂上离子和水中离子进行交换反应而除去废水有害离子态物质的方法，是一种交换反应,主要是利用离子交换体(树脂)中的可交换离子同废水中的某些离子进行交换反应,使废水得到净化的单元过程。阳离子交换树脂与废水中的阳离子性物质交换,阴离子交换树脂与废水中的阴离子性物质交换,达到饱和的树脂可经过再生循环使用。离子交换树脂种类颇多,在国内外废水处理中的使用也比较普遍。1.6化学沉淀法化学沉淀法是目前发展时间较长，工艺比较成熟的一种处理方法。化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变呈不溶于水的重金属化合物，通过过滤和分离使沉淀物从水溶液中除去，传统的化学沉淀法包括中和沉淀法和硫化物沉淀法。中和沉淀法是将溶液pH调节到碱性，溶液中的金属离子经过与沉淀剂例如石灰反应转化成不溶的固体沉淀，一般地，金属以氢氧化物的形式从溶液中沉淀出来。中和沉淀法操作简单，是常用的处理废水方法，硫化物沉淀法也是一种去除重金属离子的有效方法。使用硫化物的主要优点是生成的金属硫化物的溶度积要远远低于其相应的氢氧化物沉淀。硫化物沉淀能在宽的pH范围内对重金属离子有高的去除效率，金属硫化物比氢氧化物更密实，脱水性能更好。1.7凝聚－絮凝法凝聚－絮凝法向污水中投加凝聚剂，使污水中的胶体颗粒失去稳定性而下沉。为了使颗粒增大，凝聚后进行絮凝使不稳定的颗粒变成大的絮状物。一般情况下，凝聚－絮凝法需要调节pH，而且需要加入铁盐/铝盐作为凝聚剂以克服颗粒间的排斥力。1.8电解法电解法是利用金属的电化学性质，在直流电的作用下，重金属化合物在阳极离解成金属离子，在阴极还原成金属，从而除去废水中的重金属离子。电解法处理重金属废水具有运行可靠、操作简单、劳动条件好等的特点，但它只适合处理高浓度的重金属废水，对于含重金属离子浓度较低的废水处理因其电耗大、投资成本高，在含重金属废水的处理上未能得到普遍应用。2.前沿的物理化学法--膜分离法反渗透是利用半渗透膜进行分子过滤，来处理废水的一种方法，所以又称为膜分离技术，这种方法是利用“半渗透膜”的性质，进行分离作用。这种膜可以使水通过，但不能使水中悬浮物及溶质通过，所以这种膜称为半渗透膜，利用它可以除去水中的溶解固体、大部分溶解性有机物和胶状物质。近年来该方法开始得到人们的重视，应用范围也在不断扩大。作为一种新型的分离技术，膜分离技术由于分离效率高、无相变、节能环保、操作方便等优点，在废水处理领域具有相当的技术优势和广阔的发展前景。2.1膜的最新研究现状和发展趋势2.1.1利用等离子体技术改性膜材料目前常用的高分子材料改性方法主要有等离子体改性、辐照接枝改性、表面化学改性等。等离子体是在特定条件下使气(汽)体部分电离而产生的非凝聚体系,由电子、离子、原子和分子、激发态的原子和分子、自由基以及辐射光子组成。体系内正负荷数量相等,整个体系呈电中性,有别于固、液、气三态物质,被称作物质存在的第四态,是宇宙中绝大多数物质的存在状态。实验室中获得等离子体的方法有热电离法、激波法、光电离法、射线辐照法以及气体放电法等。2.12沸石分子筛膜沸石分子筛膜是最近十多年发展起来的一种新型无机膜,它具有一般无机膜耐高温、抗化学侵蚀与生物侵蚀、机械强度高、通量大等优点。尤其是利用了沸石分子筛孔径均一、孔道呈周期性排列的结构特点,具备分子筛分性能,比表面积大,吸附能力强。这些特性使得沸石分子筛具有良好的分离性能,使之在许多膜过程(如渗透汽化、气体膜分离、膜反应等)中具有广阔的应用前景。2.1.3金属膜金属膜是20世纪90年代由美国研制成功的以多孔不锈钢为基体、参考文献：[1]周秀琴.发酵科技通讯[J].2003,7.[2]雷晓东,熊蓉春等.工业废水处理[J].2002,2.[3]李忠宏,仇农学,杨公明,等.分离用金属膜制备工艺与技术进展[J].农业工程学报,2005,21:177-180.[4]肖通虎,王丽娜,曹义鸣,等.分子筛聚合物共混气体分离膜研究进展[J].膜科学与技术,2005,25:85-90.[5]罗川南,杨勇.高分子合金分离膜材料及结构研究进展[J].化学研究与应用,2003,15