水處理技術的研究進展

余 臻

（四川建筑職業(yè)技術學院 四川 德陽 618000）

1 引言

根據(jù)《2015中國環(huán)境狀況公報》全國423條主要河流、62座重點湖泊（水庫）的967個國控地表水監(jiān)測斷面（點位）開展了水質監(jiān)測，Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質斷面分別占64.5%、26.7%、8.8%。各省市也開展消滅劣五類水等水體整治行動。水處理技術的發(fā)展現(xiàn)狀對于水環(huán)境起著至關重要的作用。

2 高級氧化技術

高級氧化技術是一種利用光、磁、電等物理化學過程產(chǎn)生高活性的中間體?OH，提高污染物的可生化性，提高其反應速率，增加氧化能力。其主要是利用?OH通過電子轉移等傳遞自由基鏈反應，反應式如下。

2.1 臭氧氧化法

臭氧是一種有特殊臭味的淡藍色氣體，具有強氧化性，其氧化性是單質氯的1.52倍，在消毒、除色、去除有機物和COD方面有很好的效果，其主要優(yōu)勢在于臭氧氧化法降解速度快，無二次污染，是一種理想的氧化劑。我國目前臭氧制備技術滯后，臭氧制備成本偏高，制約了臭氧在水處理中的大規(guī)模的應用。邵科隆等[1]研究表明在臭氧在預處理難降解的農(nóng)藥廢水時，COD=200mg/L,PH=11.3,臭氧投加量未14.2mg/L，連續(xù)預處理3h之后其生化性從0.12提高至0.58。鄭俊等[2]研究表明，臭氧氧化法處理經(jīng)生化處理后的焦化廢水，接觸時間90min對廢水中的COD、NH3-N和色度去除率分別為30.3%、21.9%和64.5%。經(jīng)臭氧氧化處理后的廢水大部分難降解有機物被完全分解，一部分變成中間產(chǎn)物以及一些衍生物。馬黎明等[3]研究表明，在PH為7.8～8.2（原水PH），25度條件下，在400ml廢水中通入514mg臭氧，反應10min，色度和COD去除率分別達到86.3%、38.9%。雖然臭氧在強堿性條件下色度和COD去除率可達92.7%、48.5%，但考慮實際情況故選擇原水PH。根據(jù)上面的研究發(fā)現(xiàn)一般單獨臭氧氧化法的COD去除率不高，所以采用投加催化劑的方式進行臭氧催化氧化處理降解有機物。王利平等[4]研究表明，400ml垃圾滲濾液在PH=7環(huán)境下，單獨通臭氧曝氣與加入50mg負載活性炭催化劑在進行臭氧曝氣，反應120min，COD去除率分別為25.3%和81.9%。垃圾滲濾液COD和NH3-N初始濃度分別4980mg/L和2100mg/L，PH=3、反應時長120min,催化劑150mg/L，臭氧催化氧化去除COD和氨氮其出水濃度分別是900mg/L，20mg/L。

2.2 Fenton氧化法

Fenton法是一種在酸性（PH2-5）條件下，利用Fe2+催化分解H2O2產(chǎn)生?OH來降解有機物的一種方法。Fe2+/H2O2組合體系被命名為芬頓試劑。芬頓試劑法具有操作過程簡單、反應速度快、設備簡單等優(yōu)點。但芬頓法的催化劑卻難以分離和重復使用的問題，會產(chǎn)生大量含鐵污泥，鐵離子含量較多容易造成二次污染。所以使用芬頓法催化劑是一個重點關注的問題。近年來一般是將Fe2+固定在樹脂、膜、黏土等載體上或者以鐵的氧化物的形式來進行替代，以減少Fe2+的析出。Daud等[5]研究發(fā)現(xiàn)，用浸漬法將Fe3+固定在高嶺石上催化降解活性黑5，150min內活性黑5脫色率達到99%。張瑛潔等[6]研究發(fā)現(xiàn)，用浸漬法制備脂負載Fe3+/Cu2+，最優(yōu)Cu2+∶Fe3+=1∶2。過氧化氫的最佳投加量為15mmol/L,在PH3.1～10.7范圍內，投加催化劑50mg,連續(xù)運行5h,橙黃Ⅳ的降解率達到98.5%，且重復三次連續(xù)性試驗發(fā)現(xiàn)橙黃Ⅳ的去除率保持在80%以上，說明負載型催化劑Fe3+不易溶出。

2.3 光催化氧化法

光催化氧化法是一種綠色的水處理的方式，這里光指的是電光源和太陽能作為光源。鹵代芳烴、有機酸類、硝基芳烴、多環(huán)芳烴、酚類、染料、農(nóng)藥等有機物都能有效進行光催化反應，使其變成水、二氧化碳和無機鹽。光催化反應對有機物的選擇性較小，大部分有機物都能進行作用，能耗低、無二次污染，是一種理想的去除有機物的方式。黃曉霞等[7]研究表明，催化劑納米TiO2投加量在2.0g/L，酒糟廢水經(jīng)厭氧處理后，使其初始COD為650mg/L，PH在9，光照6h，通氣量為6.3ml/min，兩個燈管照射情況下，COD去除率為69.5%，其他指標BOD5、SS、色度、PH均達到國家污水綜合排放標準（GB8978-1996）二級排放標準。劉猛等[8]研究表明，在PH為3，紫外燈為4支，TiO2投加量為3g/L，反應90min，COD和色度的去除率達到18.1%和98.6%。該試驗通過投加H2O2和Fenton等氧化物顯著提高光催化處理焦化廢水的處理效果。

3 活性炭處理技術

活性炭是一種黑色無定型顆粒狀或細微粉末狀，無臭、無味，孔隙結構多孔徑一般在2～50nm之間，具有很大比表面積500～1000m2/g。且具有很強吸附性能的一種碳素材料。

活性炭在制備過程中，灰分和其他原子的存在會使得其結構產(chǎn)生不飽和鍵，而在活化過程中，氧和其他原子可以吸附其上，形成官能團，使得活性炭具有化學吸附作用?；钚蕴康奈皆硎抢闷渚哂械氖杷?，可以有效的吸附水溶液中各種非極性有機物質。秦恒飛等[9]研究表明，活性炭對Pb2+初始濃度為1mg/L的去除率可達到94.46%，其吸附過程中同時存在化學吸附和物理吸附，吸附最大量為129.5mg/g。Robert等[10]研究表明，活性炭在去除有機物的過程中與媒介種類、溫度以及接觸時間有關，在接觸時間短于5min，可有效去除同化有機碳，接觸時間在15～30min用來去除天然有機化合物。

4 超聲水處理技術

超聲是指利用超聲波（頻率＞16kHz）產(chǎn)生聲空化效應，當一定強度的超聲波輻射進入水體時，液相分子間引力被破壞，出現(xiàn)空化泡，在超聲波負壓相內不斷膨脹，在之后的正壓相作用下急劇收縮而破裂，空化泡經(jīng)過震動、膨脹、收縮、破裂整個過程僅需數(shù)微秒甚至數(shù)納秒內，從而在局部形成異常的高溫高壓環(huán)境，用來降解水體中的污染物。其降解機理主要是利用高溫熱解效應、自由基氧化效應、超臨界氧化效應和機械效應，來達到強化污染物或者降解有機物，超聲是一種綠色無污染的技術。朱馴等[11]等研究表明，利用內電解-超聲波降解活性黃3RX，在 V（Fe）∶V（Al）∶V（C）=1∶1∶2，超聲 35min 同時曝氣5min，活性黃3RX的COD和色度的去除率分別是88%、94%。朱宸等[12]研究表明，采用68～120kHz，能量密度59.1～186.4W/L的靜態(tài)超聲波作用10～15s，后經(jīng)混凝沉淀，藻類的去除率可達98%。陳華軍等[13]研究表明，超聲波功率70W，PH為3.7，H2O2濃度為5.0mmol/L，F(xiàn)eSO4濃度為0.15mmol/L，對哌嗪廢水的COD去除率可達99.9%，出水COD<50mg/L，能夠達到污水綜合排放標準（GB8978-1996）一級排放標準。

4 結語

隨著新型材料新技術的不斷研發(fā)，水處理的要求也在日益升高，水處理技術發(fā)展方向更加偏向于綠色環(huán)保、能耗低、無污染、適用范圍廣、反應速度快、成本低、對污染物選擇性小的技術。且目前對水質的要求已經(jīng)很難用單一的水處理技術來進行處理，通常采用聯(lián)用的方式，如果超聲-芬頓聯(lián)用，臭氧與活性炭催化聯(lián)用等，這些協(xié)同作用的具體效果都是未來的研究方向，能夠達到優(yōu)勢互補，以提高出水的水質。

[1] 邵科隆，周集體，呂紅，等，臭氧氧化預處理難降解農(nóng)藥廢水的研究[J].環(huán)境工程學報，2009，3（7）：1259-1262.

[2] 鄭俊，毛異，寧靚，等，焦化廢水生化處理后有機物的臭氧氧化降解與轉化[J].中國給水排水，2011，27（21）：72-75.

[3] 馬黎明，李友明，雷利榮，臭氧氧化法深度處理造紙廢水的實驗研究[J].造紙科學與技術，2010，29（4）：68-71.

[4] 王利平，汪亞奇，胡德飛，等，催化臭氧氧化預處理垃圾滲濾液[J].環(huán)境科學與技術，2009，32（11）：160-162.

[5] Daud NK、Hameed BH.Fenton-like oxidation of reactive black 5solution using iron-montmorillonite K10 catalyst[J].Journal of Hazardous Materials 2010,176(1-3):1118-1121.

[6] 張瑛潔，馬軍，宋磊，等，樹脂負載Fe3+/Cu2+多相類芬頓降解染料橙黃[J].環(huán)境科學學報，2009，29（7）：1419-1425.

[7] 黃曉霞，彭夢俠，劉茹，納米TiO2光催化氧化處理酒糟廢水的試驗研究[J].水處理技術，2009，35（2）：76-79.

[8] 劉猛，魏宏斌，鄒平，等，實用型光催化氧化水處理器深度處理焦化廢水[J].中國給水排水，2013，29（3）：66-69.

[9] 秦恒飛，劉婷逢，周建斌.Na2S?HNO3改性活性炭對水中低濃度Pb2+吸附性能的研究[J].環(huán)境工程學報，2011，5（2）：306-310.

[10] RobertDeithnorn，葉虹.生物活性炭技術的安全性評價[J].供水技術，2008，2（5）：37-39.

[11] 朱馴，項東升，劉德駒，等，內電解-超聲波耦合處理活性黃3RX染料廢水的研究[J].工業(yè)水處理，2010，30（3）：25-27.

[12] 朱宸，丁凱耘，叢海兵，等，水質安全的動態(tài)超聲波強化混凝除藻水處理試驗研究[J].環(huán)境科學學報，2015，35（8）：2429-2434.

[13] 陳華軍，任平，李冬.超聲波強化Fenton試劑處理哌嗪廢水的研究[J].工業(yè)水處理，2012，32（2）：59-62.