现代化学净水手段分析

邓小满（广州市海珠羊城环保有限公司 广东广州 510310）

当今，人们面临着严重的资源短缺问题，环境污染越来越严重，水资源得不到合理的利用，水污染问题逐渐凸显。近年来，我国经济取得了快速平稳增长，但是在经济增长的同时也付出了一些代价，一些工厂将未经处理的污水随意排放到河流中，导致水体富营养化，导致大量水生生物的死亡，并使水体环境逐渐恶化，并进而影响普通民众的生活用水，因此与时俱进，探索有效的净水手段十分必要。

1 生态混凝土净水技术

1.1 生态混凝土化学净水原理

生态混凝土是将材料学和环境科学融合起来的一种新型污水处理技术，它具有独特的结构与表面特性，能够与生态环境相结合并达到净水功效。生态混凝土的原材料一般使用粗骨料，极少使用细骨料，因此生态混凝土内部形成了大量的连通孔，具有很好的透水性，还能够通过物理作用、化学作用以及生物化学作用实现净水作用。生态混凝土在水化过程中或者长时间的浸泡过程中会持续释放石灰，可以调节水的酸碱度，并可以使水中的悬浮物质发生絮凝沉淀，使水变得澄清，并降低水中污染物质的含量。生态混凝土层状结构中释放的一些离子能够与污水中的阴离子、阳离子产生离子交换，例如生态混凝土释放出的镁离子能够与铵离子发生离子交换，铵离子会吸附在生态混凝土的巨大表面上，依靠硝化细菌的生物作用被逐步硝化；镁离子还会与污水中的磷酸根发生离子交换，生成磷酸氢镁三水化合物，这种物质难溶于水，会沉淀在水底；生态混凝土释放出的铝离子能够在污水中形成氢氧化铝胶体，使污水中的悬浮物质发生絮凝沉淀，因此生态混凝土具有十分良好的净水功效。

1.2 生态混凝土在净水中的研究与应用

1.2.1 处理生活污水

生态混凝土在生活污水净化中的研究与应用最初是在日本的实验室中进行的，我国高校随之也开展了生态混凝土的相关研究工作。在生态混凝土研究中，有学者根据生态混凝土的特点，设计了推流式的生物滤池，通过污水泵将生活污水注入生物滤池时，并以推流的方式通过生态混凝土滤层，最后在溢流坝上溢出，这种应用方法已经申请了国家专利。在实际净水工作中，采用该种装置处理生活污水，有效地去除了污水中的悬浮物，降水效果要远远优于其他净水手段。

1.2.2 净化水源水

生态混凝土净水研究学者试验并考察了生态混凝土对水源地水质的改善情况，发现水源水中藻毒素和胞外藻毒素的比例明显降低，氮、磷等元素的含量不断降低，因此生态混凝土能够很好地改善水体的富营养化状况，提高水源地的水质等级，可以在我国水源地水质净化中推广与使用。

1.2.3 净化海水

我国拥有绵长的海岸线，随着工业化进程的不断推进，海水污染已经成为一个严重的问题。我国近岸海域的总体水质呈现轻度污染，渤海湾、辽东湾、胶州湾和闽江口海域等水质较差，长江口、杭州湾和珠江口水质非常差，由于工业废水未经处理后排放，导致近岸海域经常出现赤潮现象。日本长崎大学利用生态混凝土进行了海水现场试验，每一个月记录一次水质，为期一年，分析实验结果可以发现，生态混凝土具有富集营养物质的功能。在实验室进行海水净化实验时发现，生态混凝土可以去除海水中85.7%的磷、可以去除34.9%到51.6%的钾，可以很好地改善海水质量，缓解水体富养化化状况。

1.2.4 处理金属污染

日本宫城大学研究了多孔生态混凝土对金属污染的净化功能，实验以多孔生态混凝土和锌含量高的污水为材料，实验结果发现，锌的浓度大幅度下降，在扫描电镜下观察可以发现，锌大多数被吸附在多孔混凝土表面经水花作用形成的针状微粒上，因此生态混凝土可以应用于处理金属污染。

2 含氮纤维素和欺甲基纤维素的高效化学净水剂

我国饮用水净化大多采用微孔陶瓷、载银活性碳、离子交换树脂、逆渗透膜、电解以及化学吸附剂、沉淀剂等，通过物理作用或者化学作用去除饮用水中对人体有害的物质，但是这些方法很难去除饮用水中的重金属离子，含氮纤维素和欺甲基纤维素的高效化学净水剂很好地解决了这一问题。

2.1 净水剂的制备及净水原理

含氮纤维素和欺甲基纤维素的高效化学净水剂采用锯木屑、稻草为原材料，制备纤维素，然后以乙二胺和氛乙酸为原料，通过有机合成的办法，使其与纤维素接枝共聚，就可以制备含氮纤维素和欺甲基纤维素，这种含氮纤维素和欺甲基纤维素的化学净水剂通过柱交换，就可以与饮用水中的铜离子、铅离子、汞离子、镍离子等重金属离子发生反应，达到较为满意的去除效果。降水之后的净水剂与饱和食盐水或稀氮水发生反应后可以洗脱再生，实现净水剂的重复利用，因而是一种高效的化学净水剂。

2.2 影响降水效果的因素

纤维素是广泛分布在自然界中的一种多糖，如果用化学试剂与其羟基发生酯化反应、醚化反应或者氧化反应，并按照人们的需求合理控制反应过程的条件，控制其取代过程，就能够得到很多衍生物，这些衍生物同时携带酸性基团和碱性基团，并能够保持纤维素的结构，因此被称为纤维素离子交换剂。纤维素离子交换剂十分稳定，能够吸附一些金属离子以及高分子物质，离子交换剂的质量会直接影响净水效果。

2.2.1 颗粒度

颗粒度是影响纤维素离子交换剂质量的关键因素之一，只有维持颗粒度的均匀才能保证离子交换的良好效果，颗粒较大会影响到离子交换的效果，颗粒较小又会影响流速，颗粒大小不均匀会影响到装柱的均一性。要想控制颗粒的均匀，就要在粉碎、过筛、飘洗、澄清等环节下大功夫，如果是要进行大规模生产，就要控制原材料纤维素粉的颗粒度，此外还要选择合适的干燥方法，将干燥时的温度控制在一个合理的值，温度太高，颗粒可能会结成硬块。

2.2.2 交换容量

交换容量会受到纤维原料、碱浓度、反应温度、反应时间等的影响。制备纤维素离子交换剂时可以适当增加碱的浓度，但是碱的浓度不能过高，不然会导致纤维素过分溶胀；可以适当提高反应温度，但是温度过高会使纤维素呈现黄色；在冰浴上进行纤维素的冷却，可以使纤维素充分溶胀，使碱液更加充分地渗入纤维素中，但是过分溶胀又会给后续的洗涤等工作造成麻烦，因此从整体上讲，可以通过适当增加碱的浓度，适当提高反应温度，适当进行纤维素溶胀等来提高交换容量。

2.2.3 溶胀

溶胀是纤维素离子交换剂的的一种膨胀能力，它在各种溶液中都能膨胀，但是纤维素的溶胀要有一定的度，溶胀程度较小可以达到一定的柱流速，但是其吸附的蛋白质、酶等高分子物质就不能够进入，不能被有效去除，因此需要综合考虑碱的浓度、反应温度、反应时间等因素，使反应在平稳状态下进行，避免纤维素离子交换剂过度溶胀而影响交换效果。

3 结语

水污染问题是世界各国面临的普遍问题，为了保证人们的用水安全，合理利用水资源，各国需要联合起来，不断探索科学有效的净水策略。化学净水方法是一种十分常用而且有效的净水方式，随着科学技术的发展，新型的化学净水试剂不断被研发出来，并逐渐应用到实际净水工作中去，生态混凝土的研发也为净水工作提供了有力的支持，相信在将来，净水手段会更加丰富，水污染问题能够得到有效解决。

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