水处理技术的研究进展

余 臻

（四川建筑职业技术学院 四川 德阳 618000）

1 引言

根据《2015中国环境状况公报》全国423条主要河流、62座重点湖泊（水库）的967个国控地表水监测断面（点位）开展了水质监测，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类、劣Ⅴ类水质断面分别占64.5%、26.7%、8.8%。各省市也开展消灭劣五类水等水体整治行动。水处理技术的发展现状对于水环境起着至关重要的作用。

2 高级氧化技术

高级氧化技术是一种利用光、磁、电等物理化学过程产生高活性的中间体•OH，提高污染物的可生化性，提高其反应速率，增加氧化能力。其主要是利用•OH通过电子转移等传递自由基链反应，反应式如下。

2.1 臭氧氧化法

臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，具有强氧化性，其氧化性是单质氯的1.52倍，在消毒、除色、去除有机物和COD方面有很好的效果，其主要优势在于臭氧氧化法降解速度快，无二次污染，是一种理想的氧化剂。我国目前臭氧制备技术滞后，臭氧制备成本偏高，制约了臭氧在水处理中的大规模的应用。邵科隆等[1]研究表明在臭氧在预处理难降解的农药废水时，COD=200mg/L,PH=11.3,臭氧投加量未14.2mg/L，连续预处理3h之后其生化性从0.12提高至0.58。郑俊等[2]研究表明，臭氧氧化法处理经生化处理后的焦化废水，接触时间90min对废水中的COD、NH3-N和色度去除率分别为30.3%、21.9%和64.5%。经臭氧氧化处理后的废水大部分难降解有机物被完全分解，一部分变成中间产物以及一些衍生物。马黎明等[3]研究表明，在PH为7.8～8.2（原水PH），25度条件下，在400ml废水中通入514mg臭氧，反应10min，色度和COD去除率分别达到86.3%、38.9%。虽然臭氧在强碱性条件下色度和COD去除率可达92.7%、48.5%，但考虑实际情况故选择原水PH。根据上面的研究发现一般单独臭氧氧化法的COD去除率不高，所以采用投加催化剂的方式进行臭氧催化氧化处理降解有机物。王利平等[4]研究表明，400ml垃圾渗滤液在PH=7环境下，单独通臭氧曝气与加入50mg负载活性炭催化剂在进行臭氧曝气，反应120min，COD去除率分别为25.3%和81.9%。垃圾渗滤液COD和NH3-N初始浓度分别4980mg/L和2100mg/L，PH=3、反应时长120min,催化剂150mg/L，臭氧催化氧化去除COD和氨氮其出水浓度分别是900mg/L，20mg/L。

2.2 Fenton氧化法

Fenton法是一种在酸性（PH2-5）条件下，利用Fe2+催化分解H2O2产生•OH来降解有机物的一种方法。Fe2+/H2O2组合体系被命名为芬顿试剂。芬顿试剂法具有操作过程简单、反应速度快、设备简单等优点。但芬顿法的催化剂却难以分离和重复使用的问题，会产生大量含铁污泥，铁离子含量较多容易造成二次污染。所以使用芬顿法催化剂是一个重点关注的问题。近年来一般是将Fe2+固定在树脂、膜、黏土等载体上或者以铁的氧化物的形式来进行替代，以减少Fe2+的析出。Daud等[5]研究发现，用浸渍法将Fe3+固定在高岭石上催化降解活性黑5，150min内活性黑5脱色率达到99%。张瑛洁等[6]研究发现，用浸渍法制备脂负载Fe3+/Cu2+，最优Cu2+∶Fe3+=1∶2。过氧化氢的最佳投加量为15mmol/L,在PH3.1～10.7范围内，投加催化剂50mg,连续运行5h,橙黄Ⅳ的降解率达到98.5%，且重复三次连续性试验发现橙黄Ⅳ的去除率保持在80%以上，说明负载型催化剂Fe3+不易溶出。

2.3 光催化氧化法

光催化氧化法是一种绿色的水处理的方式，这里光指的是电光源和太阳能作为光源。卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、多环芳烃、酚类、染料、农药等有机物都能有效进行光催化反应，使其变成水、二氧化碳和无机盐。光催化反应对有机物的选择性较小，大部分有机物都能进行作用，能耗低、无二次污染，是一种理想的去除有机物的方式。黄晓霞等[7]研究表明，催化剂纳米TiO2投加量在2.0g/L，酒糟废水经厌氧处理后，使其初始COD为650mg/L，PH在9，光照6h，通气量为6.3ml/min，两个灯管照射情况下，COD去除率为69.5%，其他指标BOD5、SS、色度、PH均达到国家污水综合排放标准（GB8978-1996）二级排放标准。刘猛等[8]研究表明，在PH为3，紫外灯为4支，TiO2投加量为3g/L，反应90min，COD和色度的去除率达到18.1%和98.6%。该试验通过投加H2O2和Fenton等氧化物显著提高光催化处理焦化废水的处理效果。

3 活性炭处理技术

活性炭是一种黑色无定型颗粒状或细微粉末状，无臭、无味，孔隙结构多孔径一般在2～50nm之间，具有很大比表面积500～1000m2/g。且具有很强吸附性能的一种碳素材料。

活性炭在制备过程中，灰分和其他原子的存在会使得其结构产生不饱和键，而在活化过程中，氧和其他原子可以吸附其上，形成官能团，使得活性炭具有化学吸附作用。活性炭的吸附原理是利用其具有的疏水性，可以有效的吸附水溶液中各种非极性有机物质。秦恒飞等[9]研究表明，活性炭对Pb2+初始浓度为1mg/L的去除率可达到94.46%，其吸附过程中同时存在化学吸附和物理吸附，吸附最大量为129.5mg/g。Robert等[10]研究表明，活性炭在去除有机物的过程中与媒介种类、温度以及接触时间有关，在接触时间短于5min，可有效去除同化有机碳，接触时间在15～30min用来去除天然有机化合物。

4 超声水处理技术

超声是指利用超声波（频率＞16kHz）产生声空化效应，当一定强度的超声波辐射进入水体时，液相分子间引力被破坏，出现空化泡，在超声波负压相内不断膨胀，在之后的正压相作用下急剧收缩而破裂，空化泡经过震动、膨胀、收缩、破裂整个过程仅需数微秒甚至数纳秒内，从而在局部形成异常的高温高压环境，用来降解水体中的污染物。其降解机理主要是利用高温热解效应、自由基氧化效应、超临界氧化效应和机械效应，来达到强化污染物或者降解有机物，超声是一种绿色无污染的技术。朱驯等[11]等研究表明，利用内电解-超声波降解活性黄3RX，在 V（Fe）∶V（Al）∶V（C）=1∶1∶2，超声 35min 同时曝气5min，活性黄3RX的COD和色度的去除率分别是88%、94%。朱宸等[12]研究表明，采用68～120kHz，能量密度59.1～186.4W/L的静态超声波作用10～15s，后经混凝沉淀，藻类的去除率可达98%。陈华军等[13]研究表明，超声波功率70W，PH为3.7，H2O2浓度为5.0mmol/L，FeSO4浓度为0.15mmol/L，对哌嗪废水的COD去除率可达99.9%，出水COD<50mg/L，能够达到污水综合排放标准（GB8978-1996）一级排放标准。

4 结语

随着新型材料新技术的不断研发，水处理的要求也在日益升高，水处理技术发展方向更加偏向于绿色环保、能耗低、无污染、适用范围广、反应速度快、成本低、对污染物选择性小的技术。且目前对水质的要求已经很难用单一的水处理技术来进行处理，通常采用联用的方式，如果超声-芬顿联用，臭氧与活性炭催化联用等，这些协同作用的具体效果都是未来的研究方向，能够达到优势互补，以提高出水的水质。

[1] 邵科隆，周集体，吕红，等，臭氧氧化预处理难降解农药废水的研究[J].环境工程学报，2009，3（7）：1259-1262.

[2] 郑俊，毛异，宁靓，等，焦化废水生化处理后有机物的臭氧氧化降解与转化[J].中国给水排水，2011，27（21）：72-75.

[3] 马黎明，李友明，雷利荣，臭氧氧化法深度处理造纸废水的实验研究[J].造纸科学与技术，2010，29（4）：68-71.

[4] 王利平，汪亚奇，胡德飞，等，催化臭氧氧化预处理垃圾渗滤液[J].环境科学与技术，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] 张瑛洁，马军，宋磊，等，树脂负载Fe3+/Cu2+多相类芬顿降解染料橙黄[J].环境科学学报，2009，29（7）：1419-1425.

[7] 黄晓霞，彭梦侠，刘茹，纳米TiO2光催化氧化处理酒糟废水的试验研究[J].水处理技术，2009，35（2）：76-79.

[8] 刘猛，魏宏斌，邹平，等，实用型光催化氧化水处理器深度处理焦化废水[J].中国给水排水，2013，29（3）：66-69.

[9] 秦恒飞，刘婷逢，周建斌.Na2S•HNO3改性活性炭对水中低浓度Pb2+吸附性能的研究[J].环境工程学报，2011，5（2）：306-310.

[10] RobertDeithnorn，叶虹.生物活性炭技术的安全性评价[J].供水技术，2008，2（5）：37-39.

[11] 朱驯，项东升，刘德驹，等，内电解-超声波耦合处理活性黄3RX染料废水的研究[J].工业水处理，2010，30（3）：25-27.

[12] 朱宸，丁凯耘，丛海兵，等，水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究[J].环境科学学报，2015，35（8）：2429-2434.

[13] 陈华军，任平，李冬.超声波强化Fenton试剂处理哌嗪废水的研究[J].工业水处理，2012，32（2）：59-62.