水處理新技術(shù)研究進(jìn)展

曹海燕，劉 宇，張?chǎng)窝?，孫好芬

(青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東 青島 266033)

近年來，由于部分水質(zhì)惡化與日俱增，隨之而來涌現(xiàn)出了許多水處理新技術(shù)，為了能夠大規(guī)模在實(shí)際工程中應(yīng)用新技術(shù)，必須減弱其不利因素使優(yōu)勢(shì)更加突出，因此，水處理新技術(shù)吸引了眾多科學(xué)家的積極參與。Krit Sirirerkratana[1]等人提到光催化技術(shù)在處理廢水方面具有很大應(yīng)用前景，劉云芳[2]等人提到膜技術(shù)對(duì)提高水處理能力具有重要意義，受到國(guó)內(nèi)外的高度關(guān)注，超臨界水氧化技術(shù)在張光偉[3]等人的文獻(xiàn)中提到其具有廣闊的工業(yè)化前景，國(guó)內(nèi)外已有相當(dāng)多的相關(guān)文獻(xiàn)，但易腐蝕等依然是SCWO技術(shù)存在的問題。水處理新技術(shù)還有較多，像磁分離技術(shù)、微博輻射技術(shù)、微電解技術(shù)、礦物質(zhì)技術(shù)等，本文主要介紹光催化技術(shù)、膜技術(shù)、超臨界水氧化技術(shù)和磁分離技術(shù)。

1 各種水處理新技術(shù)之比較

1.1 光催化技術(shù)

光催化技術(shù)是指在水中加入導(dǎo)體或半導(dǎo)體做催化劑使有機(jī)污染物在可見光或紫外光的作用下降解為二氧化碳和水，使有機(jī)污染物能夠得到無害化處理。光催化技術(shù)對(duì)設(shè)備要求比較嚴(yán)格，技術(shù)含量高，還在不斷完善和發(fā)展中。

其中懸浮體系中光催化劑TiO2等難以分離回收，而負(fù)載型光催化技術(shù)可有效解決此問題。彭勇[4]等人用活性碳纖維(Activated carbon fiber，ACF)來負(fù)載TiO2，還利用Sm等提高光催化活性，制備出一種新型的炭基材料復(fù)合高效光催化劑，獲得了較好的光催化效果的最佳實(shí)驗(yàn)條件。郝彤遙[5]等人還利用石墨烯作為TiO2的載體處理含阿奇霉素等抗生素的廢水。

為克服TiO2作為光催化劑只能在紫外光照射下起作用得缺點(diǎn)，歐陽科[6]等人利用BiVO4和WO3制備了一種具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的復(fù)合光催化材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，此復(fù)合光催化材料在可見光下具有較好的催化性能，廢水中苯酚的去除率較高。

紫外與高級(jí)氧化技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用、光催化技術(shù)與膜分離技術(shù)耦合等方面的研究有很多。而于然[7]等人提出在紫外光照射下投加H2O2的光催化中空纖維膜分離技術(shù)，將光催化技術(shù)、膜技術(shù)和高級(jí)氧化技術(shù)集于一體，處理苯酚的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，有機(jī)小分子污染物能被有效去除且膜污染得到有效減輕，膜通量得到有效提高。

1.2 膜處理技術(shù)

膜處理技術(shù)是指利用膜的選擇性分離作用，在壓力作用下實(shí)現(xiàn)廢水中水和鹽、病菌、有機(jī)污染物及其他污染物的分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)水的凈化作用。微濾、超濾、納濾和反滲透等是主要膜技術(shù)，在水處理過程中無需投加外源物質(zhì)，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但是存在膜污染、膜壽命短、造膜成本高等問題。

在膜處理過程中膜污染是一個(gè)不可回避的難題，現(xiàn)在控制膜污染的方法一般有物理、化學(xué)和生物法等，改進(jìn)預(yù)處理工藝也是減少膜污染的有效措施。黃喬津[8]等人采取先連續(xù)過濾再超濾的水處理工藝并對(duì)處理松花江水進(jìn)行了中試研究，結(jié)果顯示，預(yù)處理工藝為連續(xù)過濾時(shí)，膜的過濾周期約為50天，前45天總污染增加較慢，不可逆污染增加更緩慢，能夠有效緩解膜污染情況，同時(shí)能夠較好去除水中的濁度、氨氮等，但不太理想的是有機(jī)物的去除率較低，他們提出可以利用具有良好吸附性能的活性炭做濾料提高對(duì)有機(jī)物的去除效果。

另外，膜處理技術(shù)在水處理中也逐漸應(yīng)用于各項(xiàng)實(shí)際工程，冀世鋒[9]等人研究了江蘇某企業(yè)預(yù)處理-超濾-反滲透工藝處理農(nóng)藥廢水的運(yùn)行情況，結(jié)果顯示，該系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物像農(nóng)藥等的去除率在95%以上，產(chǎn)水率大于70%，系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定，既經(jīng)濟(jì)對(duì)環(huán)境又友好。常鶯娜[10]等人研究了利用全膜法(超濾-二級(jí)反滲透-電去離子)工藝處理鍋爐給水的工程實(shí)例，該工程表明，全膜法水處理工藝在成本較低的情況下工藝運(yùn)行可靠且出水也滿足鍋爐給水要求。

1.3 超臨界水氧化技術(shù)

超臨界水氧化技術(shù)(SCWO)是指反應(yīng)介質(zhì)是水的特殊狀態(tài)(超臨界狀態(tài))時(shí)，發(fā)生氧化作用將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和氮?dú)獾葘?duì)環(huán)境無害的小分子物質(zhì)。該技術(shù)的效率較高，應(yīng)用較廣，且沒有二次污染。

周海云[11]等人利用SCWO處理含有毒死蜱的污廢水，研究結(jié)果顯示，溫度是重要影響因素，若溫度高于450℃，有機(jī)氮可全都轉(zhuǎn)化為氨氮，有機(jī)污染物的去除效果較好但是氨氮的去除率不高，可與脫氮技術(shù)聯(lián)合使用，以實(shí)現(xiàn)高效去除COD、氨氮等。

申海霞[12]利用SCWO處理含抗生素的污廢水，研究結(jié)果顯示，停留時(shí)間越長(zhǎng)、溫度越高，COD的去除率越高，COD的去除率還隨H2O2量的增加先增大再穩(wěn)定。

SCWO用于處理有機(jī)污染物濃度較高的污廢水時(shí)還存在一些問題，如反應(yīng)溫度較高、易發(fā)生腐蝕、反應(yīng)時(shí)間可能較長(zhǎng)等，許多研究者還在不斷探索中。張?jiān)品糩13]提出了納濾-超臨界水氧化的水處理工藝，此耦合技術(shù)一定程度上擴(kuò)大了SCWO的應(yīng)用范圍，先經(jīng)過納濾處理，可有效減輕超臨界水氧化階段的腐蝕和堵塞情況，通過調(diào)試各項(xiàng)工作參數(shù)，廢水能夠得到有效處理，此技術(shù)具有一定的推廣價(jià)值。

1.4 磁分離技術(shù)

利用廢水中具有磁性的雜質(zhì)顆粒來實(shí)現(xiàn)水與污染物分離的技術(shù)是磁分離技術(shù)，有間接、直接和微生物磁分離法。應(yīng)用磁分離技術(shù)時(shí)，除具有占地面積小的優(yōu)點(diǎn)外，還能節(jié)省時(shí)間且管理運(yùn)行較方便，可以看出其在水處理領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間。

在連續(xù)動(dòng)態(tài)流的條件下，王曉杰[14]等人研究了磁絮凝-圓盤磁分離技術(shù)處理污染河水的實(shí)驗(yàn)，相較于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，更便于優(yōu)化實(shí)際應(yīng)用的參數(shù)。研究表明，若增加PAC和PAM的投加量，COD、TP和SS的去除率呈現(xiàn)的趨勢(shì)是先增加后穩(wěn)定，磁體粒徑和磁體投加量過大或過小都不好，且投藥順序?qū)μ幚硇Ч酗@著影響，該研究的先同時(shí)加磁種和PAC再加PAM是最好的投藥方式，該技術(shù)可有效去除污染河水中的COD、TP、SS。

污水資源化是水處理的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)污水全面資源化也是水處理的一項(xiàng)重要措施。何秋杭[15]等人研究利用磁分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)市政污水中碳源濃縮的可行性，通過碳源濃縮可有效解決厭氧進(jìn)水碳含量太小的問題。他們進(jìn)行長(zhǎng)期中試研究，結(jié)果表明，常規(guī)磁盤分離技術(shù)可有效回收碳但不能較好去除有機(jī)物，投加PACl、PAC等吸附劑強(qiáng)化了磁盤分離技術(shù)可以提高碳的回收率，有機(jī)物的去除效果也顯著增強(qiáng)，而且中試裝置運(yùn)行穩(wěn)定，具有推廣價(jià)值。

高蛋白廢水的排放不僅會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)浪費(fèi)蛋白資源。陳錢[16]等人應(yīng)用一種新型磁分離技術(shù)(一種新型稀土磁盤分離凈化裝置)處理高蛋白廢水，他們實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于處理高蛋白廢水，新型磁分離技術(shù)比氣浮沉降技術(shù)效果好，有機(jī)物去除率和蛋白回收率都較高，還有占地面積小，效率高的優(yōu)點(diǎn)。

2 結(jié)論

總之，目前隨著科技水平的逐步提升，水處理新技術(shù)也獲得較大發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的水處理實(shí)際工程案例，各地可以根據(jù)各水處理新技術(shù)特點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件等適當(dāng)?shù)貞?yīng)用水處理新技術(shù)以有更好效益。當(dāng)然，水處理新技術(shù)還需不斷完善發(fā)展，將較成熟的工藝應(yīng)用于實(shí)際水處理過程中，為“青山綠水”的再造工程貢獻(xiàn)綿薄之力。