水处理新技术研究进展

2019-02-16曹海燕张鑫洋孙好芬

山东化工 2019年18期

曹海燕，刘宇，张鑫洋，孙好芬

(青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛 266033)

近年来，由于部分水质恶化与日俱增，随之而来涌现出了许多水处理新技术，为了能够大规模在实际工程中应用新技术，必须减弱其不利因素使优势更加突出，因此，水处理新技术吸引了众多科学家的积极参与。Krit Sirirerkratana[1]等人提到光催化技术在处理废水方面具有很大应用前景，刘云芳[2]等人提到膜技术对提高水处理能力具有重要意义，受到国内外的高度关注，超临界水氧化技术在张光伟[3]等人的文献中提到其具有广阔的工业化前景，国内外已有相当多的相关文献，但易腐蚀等依然是SCWO技术存在的问题。水处理新技术还有较多，像磁分离技术、微博辐射技术、微电解技术、矿物质技术等，本文主要介绍光催化技术、膜技术、超临界水氧化技术和磁分离技术。

1 各种水处理新技术之比较

1.1 光催化技术

光催化技术是指在水中加入导体或半导体做催化剂使有机污染物在可见光或紫外光的作用下降解为二氧化碳和水，使有机污染物能够得到无害化处理。光催化技术对设备要求比较严格，技术含量高，还在不断完善和发展中。

其中悬浮体系中光催化剂TiO2等难以分离回收，而负载型光催化技术可有效解决此问题。彭勇[4]等人用活性碳纤维(Activated carbon fiber，ACF)来负载TiO2，还利用Sm等提高光催化活性，制备出一种新型的炭基材料复合高效光催化剂，获得了较好的光催化效果的最佳实验条件。郝彤遥[5]等人还利用石墨烯作为TiO2的载体处理含阿奇霉素等抗生素的废水。

为克服TiO2作为光催化剂只能在紫外光照射下起作用得缺点，欧阳科[6]等人利用BiVO4和WO3制备了一种具有反蛋白石结构的复合光催化材料，实验结果显示，此复合光催化材料在可见光下具有较好的催化性能，废水中苯酚的去除率较高。

紫外与高级氧化技术联合应用、光催化技术与膜分离技术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的光催化中空纤维膜分离技术，将光催化技术、膜技术和高级氧化技术集于一体，处理苯酚的实验结果显示，有机小分子污染物能被有效去除且膜污染得到有效减轻，膜通量得到有效提高。

1.2 膜处理技术

膜处理技术是指利用膜的选择性分离作用，在压力作用下实现废水中水和盐、病菌、有机污染物及其他污染物的分离，实现对水的净化作用。微滤、超滤、纳滤和反渗透等是主要膜技术，在水处理过程中无需投加外源物质，具有独特优势，但是存在膜污染、膜寿命短、造膜成本高等问题。

在膜处理过程中膜污染是一个不可回避的难题，现在控制膜污染的方法一般有物理、化学和生物法等，改进预处理工艺也是减少膜污染的有效措施。黄乔津[8]等人采取先连续过滤再超滤的水处理工艺并对处理松花江水进行了中试研究，结果显示，预处理工艺为连续过滤时，膜的过滤周期约为50天，前45天总污染增加较慢，不可逆污染增加更缓慢，能够有效缓解膜污染情况，同时能够较好去除水中的浊度、氨氮等，但不太理想的是有机物的去除率较低，他们提出可以利用具有良好吸附性能的活性炭做滤料提高对有机物的去除效果。

另外，膜处理技术在水处理中也逐渐应用于各项实际工程，冀世锋[9]等人研究了江苏某企业预处理-超滤-反渗透工艺处理农药废水的运行情况，结果显示，该系统对有机污染物像农药等的去除率在95%以上，产水率大于70%，系统运行比较稳定，既经济对环境又友好。常莺娜[10]等人研究了利用全膜法(超滤-二级反渗透-电去离子)工艺处理锅炉给水的工程实例，该工程表明，全膜法水处理工艺在成本较低的情况下工艺运行可靠且出水也满足锅炉给水要求。

1.3 超临界水氧化技术

超临界水氧化技术(SCWO)是指反应介质是水的特殊状态(超临界状态)时，发生氧化作用将有机物转化为二氧化碳、水和氮气等对环境无害的小分子物质。该技术的效率较高，应用较广，且没有二次污染。

周海云[11]等人利用SCWO处理含有毒死蜱的污废水，研究结果显示，温度是重要影响因素，若温度高于450℃，有机氮可全都转化为氨氮，有机污染物的去除效果较好但是氨氮的去除率不高，可与脱氮技术联合使用，以实现高效去除COD、氨氮等。

申海霞[12]利用SCWO处理含抗生素的污废水，研究结果显示，停留时间越长、温度越高，COD的去除率越高，COD的去除率还随H2O2量的增加先增大再稳定。

SCWO用于处理有机污染物浓度较高的污废水时还存在一些问题，如反应温度较高、易发生腐蚀、反应时间可能较长等，许多研究者还在不断探索中。张云芳[13]提出了纳滤-超临界水氧化的水处理工艺，此耦合技术一定程度上扩大了SCWO的应用范围，先经过纳滤处理，可有效减轻超临界水氧化阶段的腐蚀和堵塞情况，通过调试各项工作参数，废水能够得到有效处理，此技术具有一定的推广价值。

1.4 磁分离技术

利用废水中具有磁性的杂质颗粒来实现水与污染物分离的技术是磁分离技术，有间接、直接和微生物磁分离法。应用磁分离技术时，除具有占地面积小的优点外，还能节省时间且管理运行较方便，可以看出其在水处理领域有很大的发展空间。

在连续动态流的条件下，王晓杰[14]等人研究了磁絮凝-圆盘磁分离技术处理污染河水的实验，相较于静态实验，更便于优化实际应用的参数。研究表明，若增加PAC和PAM的投加量，COD、TP和SS的去除率呈现的趋势是先增加后稳定，磁体粒径和磁体投加量过大或过小都不好，且投药顺序对处理效果有显著影响，该研究的先同时加磁种和PAC再加PAM是最好的投药方式，该技术可有效去除污染河水中的COD、TP、SS。

污水资源化是水处理的一个发展趋势，实现污水全面资源化也是水处理的一项重要措施。何秋杭[15]等人研究利用磁分离技术实现市政污水中碳源浓缩的可行性，通过碳源浓缩可有效解决厌氧进水碳含量太小的问题。他们进行长期中试研究，结果表明，常规磁盘分离技术可有效回收碳但不能较好去除有机物，投加PACl、PAC等吸附剂强化了磁盘分离技术可以提高碳的回收率，有机物的去除效果也显著增强，而且中试装置运行稳定，具有推广价值。

高蛋白废水的排放不仅会污染环境，还会浪费蛋白资源。陈钱[16]等人应用一种新型磁分离技术(一种新型稀土磁盘分离净化装置)处理高蛋白废水，他们实验研究发现，对于处理高蛋白废水，新型磁分离技术比气浮沉降技术效果好，有机物去除率和蛋白回收率都较高，还有占地面积小，效率高的优点。