水處理常見方法闡述

鄧新平 曾小林

水是人類生存的基本條件,又是國民經(jīng)濟的生命線,隨著人口和經(jīng)濟的增長,一方面人類對水的需求和品質(zhì)要求越來越高,另一方面,工業(yè)化時代以來,大量的廢水、廢渣、廢氣任意排放,造成了嚴(yán)重的水污染、土壤污染、大氣污染等,使人類面臨環(huán)境惡化和可用淡水資源缺乏等難題,嚴(yán)重威脅著人類的生存和發(fā)展。解決水資源短缺和水污染的一個主要途徑是水處理,在很多地方并不是沒有水,而是水質(zhì)不可用,如果能通過人工處理,使不可用之水變成可用之水,以滿足人類之需求,則缺水問題將不復(fù)存在。現(xiàn)階段,污水處理方法很多,總結(jié)起來主要是物理、化學(xué)、生物等方法[1],現(xiàn)將常見的水處理方法分別介紹如下。

1 水處理的物理方法

1.1 自然沉降法

水中懸浮顆粒依靠重力作用,從水中分離出來的過程成為沉淀,顆粒相對密度大于1的表現(xiàn)為下沉,相對密度小于1的表現(xiàn)為上浮,是水處理中重要的過程之一[2],一般用作污水預(yù)處理,對于水中粒徑較大的懸浮顆粒、雜質(zhì)、泥砂等,利用其重力作用,使其在沉降池中沉降、澄清,降低濁度,初步達到凈化的目的,同時減輕后續(xù)處理構(gòu)筑物的難度。水處理中用于自然沉淀的構(gòu)筑物主要是沉砂池。

1.2 吸附法

吸附法主要利用疏松多孔性介質(zhì)的吸附作用,以脫除水中的微量污染物,包括脫色、除臭味、脫除重金屬、各種溶解性有機物、放射性元素、細菌等[3]。在水處理流程中,吸附法可以作為離子交換、膜分離等方法的預(yù)處理,以去除有機物、膠體及余氯等,也可以作為二級處理后的深度處理手段,以保證回用水的水質(zhì)。

1.3 萃取法

萃取法是一項重要的水處理單元過程,向水中投加一種與水不互溶,但能良好溶解污染物的溶劑,使其與水充分混合接觸,由于污染物在溶劑中的溶解度大于在水中的溶解度,因而大部分污染物轉(zhuǎn)移到溶劑中,然后分離廢水和溶劑,即可達到分離、提濃污染物和凈化廢水的目的,現(xiàn)已用于含酚廢水、含重金屬廢水的處理。

1.4 膜分離法

膜分離法是近年來興起的一項新型水處理技術(shù),原理是利用滲透裝置的膜兩側(cè)形成的壓力差,并使其超過滲透平衡時的壓差,引起溶劑倒流,使?jié)舛容^高的溶液進一步濃縮,因其能耗低、適用范圍廣、分離效率高、操作簡單、再生容易等優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、醫(yī)藥、電子、輕工、食品、冶金等工業(yè)用水處理,膜分離法可分為:電滲析法(ED)、反滲透法(RO)、微濾法(MF)、超濾法(UF)、滲析法(D)、乳液膜法(ELM)等[5]。

2 水處理的化學(xué)方法

2.1 混凝法

混凝法是水處理中一個十分重要的方法,包括凝聚和絮凝兩個過程,凝聚是指膠體被壓縮雙電層而脫穩(wěn)的過程,絮凝是指膠體脫穩(wěn)后聚結(jié)成大顆粒絮體的過程,主要是通過投加混凝藥劑,使水中的膠體物質(zhì)形成大的絮凝顆粒,沉淀后達到去除的效果。

2.2 中和法

在污水中投加酸或者堿,使污水的pH值達到中性要求,常用的酸性廢水中和劑有石灰、石灰石、白云石、苛性鈉等;堿性廢水中和劑主要是鹽酸和硫酸,在中和處理中,盡量達到用酸性廢水中和堿性廢水的“以廢治廢”目的,同時當(dāng)酸性污水中含酸量超過4%和堿性污水中含堿量超過2%時,應(yīng)首先考慮回收和綜合利用[9]。

2.3 氧化還原法

用氧化劑或還原劑將廢水中的有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無毒、無害的物質(zhì),稱為氧化還原法,常用的氧化劑有臭氧、氯氣、三氯化鐵等,可以用來處理焦化廢水、有機廢水和醫(yī)院污水等;常用的還原劑有硫酸亞鐵、亞硫酸鹽、鋅粉等。如含有六價鉻(Cr6+)污水,當(dāng)通入SO2后,可使污水中的六價鉻還原為三價鉻[9]。

2.4 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是向水中投加某種化學(xué)藥劑,使之與水中的某些溶解物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成難溶的沉淀物,然后進行固液分離,從而去除水中的污染物的方法,適合于處理廢水中的重金屬離子(如Hg,Pb,Zn,Ni,Cr,Cu)及某些非金屬(As,F,S,B,P),也適應(yīng)于水質(zhì)軟化,去除堿金屬(如Ca,Mg)鹽和二氧化硅。常見的化學(xué)沉淀法有氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法和其他化學(xué)沉淀法,最常見的沉淀劑是石灰,其他為氫氧化鈉、碳酸鈉、硫化氫、碳酸鋇等。

2.5 離子交換法(IX)

離子交換法是我國目前應(yīng)用最廣泛的水處理技術(shù)之一。其所用的樹脂是一種高分子聚合物,按官能團的性質(zhì)分為強酸、強堿、弱酸、弱堿四類,按其基團性質(zhì)分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂是指分子中含有酸性基團的離子交換樹脂,能使分子中的H+等與溶液中的其他陽離子交換。陰離子交換樹脂是指分子中含有堿性基團的離子交換樹脂,能使分子中的OH-與溶液中的其他陰離子交換。離子交換法常與RO膜法結(jié)合使用,廢水先經(jīng)RO膜除去90%左右的溶質(zhì),然后用IX處理。這種結(jié)合使用的方法很適合于濃縮水、高含鹽水、純水的處理,也用于回收重金屬離子、放射性廢水及有機廢水處理[10]。

2.6 光化學(xué)氧化法

光催化氧化法是近20年才出現(xiàn)的水處理技術(shù),是在光化學(xué)作用下,產(chǎn)生氧化能力極強的OH,OH能夠無選擇性地氧化水中的有機污染物,將其完全礦化為CO2和H2O等簡單無機物。

2.7 電催化氧化法

電催化氧化法是指在外加電場的作用下,通過陽極反應(yīng)直接降解有機物,或通過陽極反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基(OH)、臭氧一類的氧化劑降解有機物,有機污染物完全氧化為CO2和H2O,進而達到去除有機污染物的目的,這種降解途徑使有機物分解更加徹底,不易產(chǎn)生毒害中間產(chǎn)物,更符合環(huán)境保護的要求。但長期以來,受電極材料的限制,電催化氧化降解有機物過程的電流效率很低、電耗很高,難以實用化,實際中常用超聲波和電催化氧化法配合使用,可縮短降解時間,提高降解率[11],此外磁致物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)可提高溶解氧的濃度,增加污染物、降解菌和氧的接觸幾率,加快物質(zhì)擴散速率,誘導(dǎo)微生物酶的合成,加快酶反應(yīng)等,從而明顯提高廢水生物降解的速率,在加深對電催化氧化過程認(rèn)識的基礎(chǔ)上,與其他技術(shù)的配合,將會有更廣闊的應(yīng)用前景。

3 水的生物處理方法

3.1 好氧處理

好氧處理是依靠好氧菌在有氧的條件下,進行處理的方法,從菌膠團的形式可以分為活性污泥法和生物膜法。根據(jù)原水水質(zhì)特征,好氧處理已經(jīng)派生出了多種處理形式及工藝。活性污泥法可分為傳統(tǒng)曝氣、推流式曝氣、延時曝氣、間歇式曝氣和氧化溝等,且在池形上又有矩形、圓形、橢圓形等;生物膜法又有浸沒濾池(接觸氧化)、滴濾池、塔式生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤等形式,目前在實際工程中應(yīng)用較多的A/O,A2/O脫氮除磷,近年來隨著自控技術(shù)的發(fā)展,SBR法被廣泛應(yīng)用,通過程序自動控制進水,曝氣,沉降,排水和閑置等步驟,具有投資少、處理效率高、能耗低等優(yōu)點。

3.2 厭氧處理

厭氧處理是依靠厭氧菌,在無氧狀態(tài)下使污水中的有機污染物消化、分解的方法,適合于處理高濃度有機廢水,具有能耗低、可回收生物氣作能源、無機營養(yǎng)料需要量少、處理費用低、剩余污泥少等特點,根據(jù)目前的發(fā)展趨勢,厭氧法有望代替需氧法,并且可以達到生物、化學(xué)方法難以達到的效果,正被人們逐漸重視。

4 展望

隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和國家環(huán)保政策的大力提倡,一些傳統(tǒng)的水處理技術(shù)已經(jīng)明顯不能滿足經(jīng)濟的發(fā)展要求,因此研究新型、高效、無二次污染的水處理方法已經(jīng)成為眾多專家學(xué)者的研究目標(biāo),特別是配合信息技術(shù)是開發(fā)的熱點,現(xiàn)行的居多水處理方法有待于進一步的改進和加強。

[1] 趙新鄂.污水處理技術(shù)綜述[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2003,29(12):13-16.

[2] 駱曉春,王雪峰,蔣書怡,等.水處理方法概論[J].應(yīng)用技術(shù),2006(15):46-47.

[3] 楊國華,黃統(tǒng)琳,姚忠亮,等.吸附劑的應(yīng)用研究現(xiàn)狀和進展[J].化學(xué)工程與裝備,2009(6):21-22.

[4] Phadnis N P.Activated carbons-carbonaceousadsorbentsin technology and nvironmental protection[J].Chem.Eng.World,1995,30(2):32-33.

[5] 陳志平,王 巍.水處理技術(shù)應(yīng)用及研究現(xiàn)狀[J].污染與防治,2009(21):3-5.

[6] 唐受印.水處理工程師手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[7] 魏 剛.水處理中的綠色化學(xué)與綠色技術(shù)[J].現(xiàn)代化工,2002(2):17-18.

[8] 任伯幟,鄧仁建.農(nóng)村飲用水安全及其對策措施[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2008,18(5):15-17.

[9] 王良均,吳孟周.污水處理技術(shù)及工程實例[M].北京:中國石化出版社,2007.

[10] 雷兆武,孫 穎.離子交換技術(shù)在重金屬廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2008,33(10):63-64.

[11] 陳繁忠,付家膜.電催化氧化法降解水中有機物的研究進展[J].中國給水排水,2007(4):16-17.

[12] 劉芳榮,李 祥.寶雞市污水處理廠SBR工藝運行實踐研究[J].山西建筑,2008,34(10):192-193.