綠色水處理技術(shù)的應(yīng)用與展望

綠色水處理技術(shù)的應(yīng)用與展望

國(guó)家減貧是目前全球水資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。為了合理地開(kāi)發(fā)和利用水資源,降低水污染對(duì)環(huán)境的破壞和對(duì)人類(lèi)生活的危害,必須對(duì)工業(yè)廢水和生活用水進(jìn)行科學(xué)的處理。尤其是排放水中含有的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)素(如氮、磷等)對(duì)公共健康和環(huán)境破壞具有很大的影響。許多傳統(tǒng)的方法隨著對(duì)水質(zhì)要求的不斷提高,已經(jīng)不能滿足國(guó)際檢測(cè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)了。這就面臨著開(kāi)發(fā)新的先進(jìn)水處理技術(shù)來(lái)適應(yīng)新的挑戰(zhàn)。1廢水處理及碘處理技術(shù)隨著現(xiàn)代工業(yè)水中所含污染物的種類(lèi)和數(shù)量不斷的增多,污染成分也越來(lái)越復(fù)雜,采用常規(guī)的單一水處理劑已很難滿足要求,必須進(jìn)行深度處理?；钚蕴坎牧弦云浒l(fā)達(dá)的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)以及易改性的表面特性而倍受關(guān)注。此外,活性炭材料來(lái)源充足,可再生利用,對(duì)環(huán)境友好,是一類(lèi)天然綠色化學(xué)品。研究表明,活性炭不僅對(duì)水中溶解的有機(jī)物,如苯類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物、石油及石油產(chǎn)品等具有較強(qiáng)的吸附能力,而且對(duì)用生物法及其它方法難以去除的有機(jī)物,如色度、異臭異味、表面活性物質(zhì)、除草劑、農(nóng)藥、合成洗滌劑、合成染料、胺類(lèi)化合物以及許多人工合成的有機(jī)化合物都有較好的去除效果。單級(jí)活性炭吸附法在水處理中主要可應(yīng)用于:飲用水的凈化處理;含酚廢水的處理;水中鎘、鉻、鎳、銅等重金屬離子的去除;造紙廢水的處理;含氰廢水處理;染料廢水處理;制藥廢水處理;(多氯聯(lián)苯)廢水處理;煉油廢水處理;從低含碘油田水中回收碘?；钚蕴抗潭ù搽娊獠奂夹g(shù)可應(yīng)用于廢水處理中,即在電解槽內(nèi)裝填導(dǎo)電性能良好的活性炭作陽(yáng)極?；钚蕴勘缺砻娣e大、吸附能力強(qiáng),大量污染物先被吸附于活性炭?jī)?nèi)表面,然后被陽(yáng)極氧化性產(chǎn)物氧化為無(wú)害物質(zhì)。活性炭強(qiáng)大的吸附能力大大提高了氧化性產(chǎn)物的利用效率,在相同條件下,活性炭固定床電解槽與普通電解槽相比可節(jié)省電耗30%~40%。用活性炭作催化劑,次氯酸鹽作氧化劑,催化氧化處理蒸氨廢水,在適當(dāng)?shù)臈l件下,廢水中酚的去除率可達(dá)99.5%。利用活性炭對(duì)過(guò)氧化氫的催化分解能力,催化氧化處理氨基碳酸工業(yè)廢水,可使脫色率達(dá)到94.6%。采用人工固定化生物活性炭處理低濃度甲醇廢水,可使甲醇的去除率達(dá)到93.6%~100%。線型酚醛樹(shù)脂和二氧化鈦混合磨碎,經(jīng)炭化、活化處理后制得二氧化鈦/酚醛活性炭光催化復(fù)合材料,對(duì)含酚廢水有較好的光分解作用與吸附作用,其協(xié)同催化效果要明顯優(yōu)于二氧化鈦與活性炭的物理混合形式。根據(jù)處理水水質(zhì)的不同對(duì)活性炭進(jìn)行相應(yīng)的改性有著重要意義。表面化學(xué)改性主要改變活性炭的表面酸、堿性,引入或除去某些表面官能團(tuán),使其具有某種特殊的吸附或催化性能。研究表明:用臭氧和氫氧化鈉對(duì)活性炭改性后,活性炭表面含氧官能團(tuán),尤其是酚類(lèi)和羧基類(lèi)基團(tuán)明顯增多;而經(jīng)過(guò)硝酸氧化則可顯著增加其表面酸性基團(tuán)的含量。用1:1的硝酸氧化的活性炭在300~400℃下進(jìn)行熱處理,其表面產(chǎn)生較多的酸性基團(tuán),可獲得較高的陽(yáng)離子交換量,對(duì)重金屬離子Cr(III)有很好的吸附交換能力;若將氧化處理的活性炭在高溫下800℃以上灼燒,則其表面會(huì)產(chǎn)生較多的堿性基團(tuán),獲得較高的陰離子交換容量,對(duì)陰離子表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附交換能力。采用酸、堿交替改性方法處理普通活性炭,可提高活性炭對(duì)苯及其同系物的吸附量?；钚蕴颗c超濾或微濾技術(shù)聯(lián)用比傳統(tǒng)的吸附工藝在滿足嚴(yán)格出水水質(zhì)要求方面以及去除微污染物方面有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。活性炭的作用不僅在于吸附難降解有機(jī)物,而且能作為懸浮性生物載體,提高系統(tǒng)的生物量。日本的一項(xiàng)以活性炭作為生物載體使用的生物膜過(guò)濾試驗(yàn),采用活性炭載生物膜技術(shù),不僅BOD和COD等能被除去,而且對(duì)氨具有顯著的硝化功能。其去污能力的各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于二次處理水。此外,采用超濾-活性炭聯(lián)用技術(shù)可以在去除各類(lèi)有機(jī)物的同時(shí),由于活性炭的作用,能大大降低膜過(guò)濾阻力,提高系統(tǒng)的去污效率。2光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用高級(jí)氧化技術(shù)是通過(guò)強(qiáng)活性自由基(如·OH等)來(lái)降解有機(jī)污染物的一種先進(jìn)水處理技術(shù)。·OH的氧化電位是2.8V,僅次于氟的2.87V,它可使難降解有機(jī)污染物發(fā)生開(kāi)環(huán)、斷鍵、加成、取代、電子轉(zhuǎn)移等反應(yīng),使大分子難降解有機(jī)物轉(zhuǎn)變成小分子易降解物質(zhì),甚至可以直接氧化成CO2和H2O,達(dá)到無(wú)害化處理的目的。濕式氧化方法是在高溫(150~350℃)、高壓(0.5~20MPa)下利用氧氣或空氣作為氧化劑,氧化水中呈溶解態(tài)或懸浮態(tài)的有機(jī)物或還原態(tài)的無(wú)機(jī)物,達(dá)到去除污染物的目的,其最終產(chǎn)物是CO2和H2O。其去除有機(jī)物所發(fā)生的氧化反應(yīng)主要是自由基反應(yīng)。與常規(guī)方法比,該法幾乎可以無(wú)選擇地高效氧化各類(lèi)高濃度有機(jī)物。而且處理時(shí)間短(30~60min)、效率高(可達(dá)90%以上)、能耗低,是一種有前景的廢水處理技術(shù)。但該法需要較高的溫度和壓力,因此需要耐高溫高壓、耐腐蝕的設(shè)備。新的思路是采用催化劑降低反應(yīng)的活化能,從而在不降低處理效果的前提下加快反應(yīng)速率,降低設(shè)備成本。使用CuO-ZnO-Al2O3作催化劑(pH=3、5、7、12),在溫度為130~170℃和氧分壓為2.3×105~32.3×105Pa的條件下進(jìn)行的濕式催化氧化研究表明,在30min內(nèi)Cr的去除率可達(dá)到90%;在280℃和80MPa反應(yīng)條件下,對(duì)焦化廠高質(zhì)量濃度焦化污水中的Cr和NH3-N的去除率分別達(dá)到99.5%和99.9%。超臨界水氧化技術(shù)是利用水在超臨界狀態(tài)(溫度大于374.3℃,壓力大于22.05MPa)下的良好特性將廢水中所含有機(jī)物利用氧化劑迅速分解為水,二氧化碳及無(wú)害分子化合物,從而使廢水得以凈化的一種高級(jí)氧化水處理技術(shù)。在極短的時(shí)間內(nèi)有機(jī)物在富氧的均相中就可以被徹底氧化。與濕式空氣氧化相比,超臨界水氧化技術(shù)的自由基氧化反應(yīng)更劇烈,因而能在更短的時(shí)間內(nèi)以99%以上的去除率徹底破壞有機(jī)物,最終生成二氧化碳、水、氮?dú)獾榷划a(chǎn)生有毒性的中間產(chǎn)物,因而具有更廣泛的應(yīng)用前景。將催化劑引入超臨界水氧化技術(shù)可以加快反應(yīng)速率,降低反應(yīng)溫度。在對(duì)含有高濃度乙酸的溶液處理中發(fā)現(xiàn),不加催化劑時(shí),乙酸的轉(zhuǎn)化率僅為14%,而加適量催化劑后,其轉(zhuǎn)化率可達(dá)97%;對(duì)酚的超臨界氧化試驗(yàn)表明,以V2O5/Al2O3或MnO2/CeO2為催化劑,在390℃和O2過(guò)量的條件下,酚在不到10s的時(shí)間內(nèi)就完全被降解。光氧化水處理技術(shù)是利用氧化劑在光的輻射下產(chǎn)生氧化能力較強(qiáng)的自由基來(lái)氧化污染物的一種高級(jí)氧化技術(shù)。利用紫外/微臭氧方法處理水中常見(jiàn)有機(jī)污染物CCl4的實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)2h處理后,CCl4的去除率可達(dá)90%。美國(guó)環(huán)保局認(rèn)定紫外/臭氧技術(shù)是處理多氯聯(lián)苯的最佳實(shí)用技術(shù)。光催化氧化是在有催化劑的條件下進(jìn)行光化學(xué)降解的過(guò)程,分為均相光催化氧化和非均相光催化氧化兩種類(lèi)型。均相光催化降解主要以Fe2+或Fe3+及H2O2為介質(zhì)產(chǎn)生羥基自由基來(lái)降解有機(jī)污染物;非均相催化氧化是在污染體系中加入一定量的光敏半導(dǎo)體材料(如TiO2和ZnO),同時(shí)結(jié)合光輻射,使光敏半導(dǎo)體在光的照射下激發(fā)產(chǎn)生電子空穴與吸附在半導(dǎo)體上的溶解氧和水分子等作用,產(chǎn)生·OH等氧化能力極強(qiáng)的自由基。利用Fe2+、Mn2+和腐殖酸對(duì)水中甲草胺進(jìn)行了光催化臭氧化研究,表明在中性溶液中催化氧化反應(yīng)主要以產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的·OH氧化水中甲草胺的間接反應(yīng)為主。由表1所列數(shù)據(jù)也可以看到,加入均相金屬催化劑,不僅可以減少臭氧的用量,而且TOC的去除率顯著增大。用Ag和TiO2作催化劑,紫外光作光源,處理200mg/L的氯仿溶液,其降解效率可由TiO2單獨(dú)作催化劑時(shí)的35%提高到44%。高級(jí)氧化技術(shù)實(shí)際上還包括化學(xué)氧化自由基技術(shù)。然而相對(duì)于以上這些技術(shù),化學(xué)氧化法的效率不同,并且往往反應(yīng)不徹底。目前的主要趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)適用的催化劑,發(fā)展催化輔助高級(jí)氧化水處理技術(shù),這可以大大降低設(shè)備要求,并且提高反應(yīng)效率。3超聲技術(shù)的應(yīng)用超聲技術(shù)是利用聲空化過(guò)程把聲場(chǎng)能量集中起來(lái),然后伴隨空化泡崩潰而在極小的空間內(nèi)將能量釋放出來(lái),使之在正常溫度與壓力的液體環(huán)境中產(chǎn)生異乎尋常的高溫(高于5000K)和高壓(高于5×107Pa),形成局部“熱點(diǎn)”,從而加快化學(xué)反應(yīng)速率。利用超聲技術(shù)降解水中的化學(xué)污染物(尤其是難降解的有機(jī)污染物)是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型水處理技術(shù)。它具有去除效率高、反應(yīng)時(shí)間短、設(shè)施簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。研究表明,超聲功率對(duì)揮發(fā)性的疏水有機(jī)物影響較小,對(duì)難揮發(fā)的親水性有機(jī)物影響較大。如表2所示,超聲功率的變化對(duì)4-氯酚的降解效果有顯著影響,而對(duì)非水溶性氯苯卻影響不大。將超聲波用于強(qiáng)化微污染水的生物處理實(shí)驗(yàn)表明,通過(guò)一定強(qiáng)度的超聲波處理后,膜生物反應(yīng)器的生物活性得到增強(qiáng),反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷增加,有機(jī)物凈化效率提高。超聲處理促進(jìn)了生物活性,且功率為10W的超聲波促進(jìn)生物活性的效果最為明顯。采用超聲與厭氧生化法相結(jié)合的工藝處理堿法草漿黑液,COD去除率可達(dá)57%~69%,比單純厭氧法提高約20%,且處理后污泥活性增加,綜合毒性降低。用頻率18kHz、聲強(qiáng)0.110W/cm2的超聲波處理垃圾滲濾液,結(jié)果表明,在pH7、溫度為55℃、處理時(shí)間為240min的條件下,滲濾液的COD由37050mg/L降低到14140mg/L,COD去除率達(dá)61.96%。超聲波在污泥處理中主要用于污泥脫水和促進(jìn)厭氧發(fā)酵兩個(gè)方面。超聲波脫水常見(jiàn)工藝為:城市污泥→重力沉降→超聲波處理→機(jī)械脫水。污泥菌膠團(tuán)內(nèi)部包含水約占污泥總水量的27%,而菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,難以被機(jī)械作用(壓濾、離心等)破壞,造成污泥脫水困難。超聲波能有效的破壞菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu),將其內(nèi)部包含水釋放出來(lái),成為較易去除的自由水。研究表明用31kHz、聲能密度0.11W/cm3的超聲波處理可以有效打破菌膠團(tuán),處理30s后污泥平均尺寸從165μm下降到135μm,處理96s后下降到85μm。同時(shí)發(fā)現(xiàn)污泥菌膠團(tuán)的解構(gòu)效率隨超聲波頻率的升高而降低,最佳分解頻率為41kHz。另外研究發(fā)現(xiàn),頻率20kHz、聲能密度0.12W/cm3的超聲波處理4h將污泥中可溶性COD占總COD的比值從36%提高到89%,可溶性N的比值從34%提高到42%,基本取代了污泥水解過(guò)程,從而極大地縮短污泥厭氧發(fā)酵時(shí)間并提高了污泥可生化性。超聲技術(shù)在飲用水殺菌、消毒、阻垢、去除水垢等方面也有明顯效果。有研究表明,當(dāng)頻率為200kHz、聲強(qiáng)為2W/cm2時(shí),超聲滅菌效果最佳,并且不受原水質(zhì)中細(xì)菌濃度的影響。利用超聲-臭氧技術(shù)處理循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的生物垢,發(fā)現(xiàn)用頻率為20kHz、振幅為20%的超聲,可有效地控制生物垢的生長(zhǎng),并且還可以移除90%以上已形成的生物垢。目前超聲技術(shù)在水處理上的研究大都僅局限于實(shí)驗(yàn)室水平,要真正實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的工業(yè)化還必須加大對(duì)其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究,開(kāi)發(fā)出能夠批量運(yùn)行的大型超聲反應(yīng)處理裝置。另外,將超聲技術(shù)與其它氧化技術(shù)相結(jié)合起來(lái)才能更有效地發(fā)揮超聲技術(shù)在水處理中的優(yōu)勢(shì)作用。4廢水的處理和廢水處理利用電化學(xué)水處理技術(shù)根據(jù)電極反應(yīng)發(fā)生的方式不同,大體可分為有電滲析、電絮凝和電催化氧化三種類(lèi)型。電滲析是一種膜分離技術(shù)。研究表明利用單極膜電滲析技術(shù)從造紙黑液中回收堿的能耗甚至比氯堿廠生產(chǎn)燒堿和黑液燃燒回收堿都低。日本很多企業(yè)采用電滲析法進(jìn)行黑液的濃縮。電絮凝集中了化學(xué)絮凝的陽(yáng)離子與表面電荷的中和反應(yīng)機(jī)理,涉及水污染物與強(qiáng)電場(chǎng)的反應(yīng),以及電化學(xué)氧化和還原反應(yīng)。電絮凝產(chǎn)生絮體含水少,更穩(wěn)定,更易于過(guò)濾。采用電凝-空氣氧化處理造紙廠草漿蒸煮黑液經(jīng)酸沉析后濾液,在最佳處理?xiàng)l件下,去除率可達(dá)83%左右。用鐵板陽(yáng)極電絮凝法處理造紙廠廢水,可使廢水的COD和色度去除率分別達(dá)到76.6%和82.0%,而能耗僅為1kWh/m3。電催化氧化是通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)直接降解有機(jī)物,通過(guò)陽(yáng)極和催化材料反應(yīng)產(chǎn)生的超氧自由基(·O2)、H2O2、羥基自由基(·OH)等一類(lèi)活性基團(tuán)來(lái)氧化降解水體中的有機(jī)物。該方法具有有機(jī)物氧化徹底,不產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)。電極材料的研究出現(xiàn)了釕鈦涂層的金屬形穩(wěn)陽(yáng)極DSA,這種電極大大提高了電流效率和電極壽命。在金屬基體(如Ti、Zr、Ta、Nb等)上沉積一層幾微米厚的金屬氧化膜而使電極具有良好的穩(wěn)定性(不溶出)和催化活性,已成為電催化氧化水處理技術(shù)的關(guān)鍵。用復(fù)極性固定床電極處理偶氮類(lèi)染料活性藍(lán)和絡(luò)合染料活性艷綠廢水,其COD去除率可達(dá)50%以上,脫色率達(dá)98%以上;對(duì)蒽醌染料廢水的的處理,其COD去除率達(dá)90%以上,脫色率近100%。用Ti/Pt或Ti/Pt/Ir電極處理制革廢水,不僅去除了有機(jī)物,而且能去除NH3-N。在Cl存在條件下,NH3-N的去除率幾乎達(dá)到100%。在電化學(xué)水處理技術(shù)中,電滲析技術(shù)已發(fā)展成一個(gè)大規(guī)模的化工單元過(guò)程,在膜分離領(lǐng)域占有重要地位,隨著具有更好的選擇型離子交換膜的出現(xiàn),電滲析技術(shù)的應(yīng)用前景將更加廣闊;電凝聚電氣浮技術(shù)的運(yùn)用較為成熟,其發(fā)展方向是通過(guò)改進(jìn)電源技術(shù)和研究新型電極材料及結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步降低電能消耗和材料消耗;電化學(xué)氧化處理難生物降解有機(jī)廢水是當(dāng)前的一個(gè)熱門(mén)研究領(lǐng)域,雖然還未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,但隨著高效催化性能電極材料的開(kāi)發(fā),該技術(shù)將會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中逐漸成熟。5納米級(jí)消毒產(chǎn)品抗菌、凈化、光催化染料的應(yīng)用納米材料有高的比表面積和大的表面自由能,在機(jī)械性能、磁、光、電、熱等方面與普通材料有著很大的不同,具有增強(qiáng)的輻射、吸收、催化和吸附等特性。采用納米TiO2-SiO2負(fù)載型復(fù)合光催化劑,能使有機(jī)磷農(nóng)藥在其表面迅速富集,光照80min,試驗(yàn)的敵百蟲(chóng)可完全降解。含油廢水中含有脂肪烴、多環(huán)芳烴、有機(jī)酸類(lèi)和酚類(lèi)等,自身很難降解。采用納米TiO2的光催化氧化技術(shù),可以迅速降解這些有機(jī)物。利用太陽(yáng)光和納米TiO2粉末對(duì)苯酚水溶液和對(duì)十二烷基苯磺酸鈉水溶液進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明在多云和陰天條件下,日光照射12h后,濃度為0.5mmoL/L的苯酚已完全降解,濃度為1mmoL/L的對(duì)十二烷基苯磺酸鈉亦基本完成降解。納米無(wú)機(jī)抗菌材料具有很高的活性。如TiO2、ZnO等在紫外線照射下,在水和空氣中產(chǎn)生高活性氧,能與多種有機(jī)物發(fā)生反應(yīng),從而把大多數(shù)病菌、病毒殺死。實(shí)驗(yàn)證明,在玻璃上涂一層薄層TiO2,光照3h,可達(dá)到殺滅大腸桿菌的效果;光照4h,可使毒素的含量控制在5%以下。以銀鋅復(fù)合體為主抗菌體,以超細(xì)TiO2和SiO2等為載體,由于超細(xì)納米級(jí)粉體的顆粒特殊效應(yīng)大大提高了整體的抗菌效果,使耐溫性、粉體細(xì)度、分散性和功能效應(yīng)都得到了充分的發(fā)揮。粘土礦物夾層納米復(fù)合材料的大比表面積以及有機(jī)基團(tuán)和孔徑尺寸的可調(diào)變性,使之可作為吸附劑應(yīng)用于液體分離、離子交換、絡(luò)合物交換等。采用有機(jī)胺改性粘土礦物吸附可去除可溶性苯酚、氯苯酚等。用四甲基胺基交換有機(jī)粘土能吸附苯、甲苯、二甲苯。用十六烷基三甲基溴化銨-膨潤(rùn)土吸附有機(jī)物,對(duì)非極性及弱極性有機(jī)化合物,主要起分配作用,等溫吸附曲線呈線性;對(duì)中等極性有機(jī)化合物,除分配作用外還有吸附作用;對(duì)強(qiáng)極性有機(jī)化合物,主要是表面吸附作用,等溫吸附曲線呈非線性。納濾分離技術(shù)能截留分子量大于100的有機(jī)物及二價(jià)和多價(jià)離子,允許小分子有機(jī)物和單價(jià)離子透過(guò),操作壓力低,水通量大。試驗(yàn)表明,納濾膜可去除消毒過(guò)程中產(chǎn)生的微毒副產(chǎn)物、痕量的除草劑、殺蟲(chóng)劑、重金屬、天然有機(jī)物、硫酸鹽及硝酸鹽等,同時(shí)能保留大多數(shù)人體必須的無(wú)機(jī)離子,出水pH值變化不大,符合飲用水的要求。故納濾技術(shù)已成為當(dāng)前飲用水凈化的主要技術(shù)之一。納濾膜耐酸堿,有優(yōu)良的截留率,對(duì)重金屬有很好的去除率,不存在膜污染問(wèn)題。據(jù)報(bào)道:石油工業(yè)的含酚廢水采用納濾技術(shù),酚的脫除率可達(dá)95%以上,且在較低壓力下就能高效脫除廢水中的鎘、鎳、汞、鈦等重金屬;化纖、印染工業(yè)廢水中的染料及助劑可用納濾技術(shù)脫除和回收再利用;造紙工業(yè)中,采用納濾技術(shù)可以有效地除去廢水中深色木質(zhì)素和氯化木質(zhì)素;鋼鐵廠的酸洗廢液經(jīng)納濾技術(shù)處理后可實(shí)現(xiàn)廢液中的鎳、鐵、銅、鋅等重金屬的濃縮回收和廢酸水的達(dá)標(biāo)排放的目的;熱電廠的二次廢水中含有大量懸浮固體、灰份、高含量的鹽份及部分有機(jī)物,利用納濾技術(shù)可方便地把此類(lèi)廢水處理成工業(yè)回用水。納米技術(shù)對(duì)環(huán)境保護(hù)已產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,并有廣泛的應(yīng)用前景。利用納米技術(shù)解決污染問(wèn)題將成為未來(lái)環(huán)境保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。將納米技術(shù)與其它水處理技術(shù)聯(lián)合使用必將為人類(lèi)解決水污染問(wèn)題發(fā)揮最終作用。6無(wú)磷、非氮和可生物降解的綠色阻垢劑水處理劑是當(dāng)前水工業(yè)、污染治理與節(jié)水回用處理工程技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的產(chǎn)品,包括絮凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、殺生劑等,主要用于去除水中懸浮固體和有毒物質(zhì),控制水垢、污泥的形成,減少對(duì)水接觸材料的腐蝕,除臭殺菌、脫色、軟化、穩(wěn)定水質(zhì)及海水淡化等。由于當(dāng)前使用的絕大多數(shù)水處理劑,無(wú)論是無(wú)機(jī)類(lèi)還是有機(jī)類(lèi),均會(huì)由于材料設(shè)計(jì)的缺陷導(dǎo)致二次污染,對(duì)人的健康以及環(huán)境安全都帶來(lái)潛在的危害,因而有必要發(fā)展綠色水處理劑來(lái)滿足人類(lèi)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。絮凝劑是水處理劑中用量最大的一種藥劑,其綠色化主要著眼于天然高分子絮凝劑。多糖類(lèi)物質(zhì)因?yàn)榧羟蟹€(wěn)定性、生物可降解性及其接枝產(chǎn)物比直鏈合成聚合物具有更大的空間位阻特性而成為研究首選。淀粉分子結(jié)構(gòu)中帶有羥基,通過(guò)對(duì)這些羥基的酯化、醚化、氧化、交聯(lián)等反應(yīng),可對(duì)淀粉改性。陽(yáng)離子淀粉與含有帶負(fù)電荷的有機(jī)物或膠體的水體系混和時(shí),可以與水中有機(jī)物或膠體微粒起電荷中和及吸附架橋作用,它可以使體系中的微粒脫穩(wěn),起到絮凝作用,同時(shí)通過(guò)除去水中帶負(fù)電荷的有機(jī)物而起到脫色的作用,它在造紙行業(yè)應(yīng)用極其普遍;淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物是以淀粉親水的剛性鏈為骨架,配以柔性的聚丙烯酰胺支鏈形成的剛?cè)嵯酀?jì)的網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu),它有很強(qiáng)的捕集、吸附、絮凝能力,在水處理行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,羧甲基淀粉因含有的羧基,有的羧基有較強(qiáng)的螯合金屬離子的能力,比較多地用于去除溶液中的金屬離子。甲殼素及其衍生物是另一類(lèi)重要的天然高分子絮凝劑。由于殼聚糖是目前自然界中唯一發(fā)現(xiàn)的堿性多糖類(lèi)天然高分子,從而使其具有非常特殊的性能和用途。殼聚糖的改性產(chǎn)物如殼聚糖-丙稀酰胺接枝共聚物比殼聚糖有更高的架橋絮凝能力,而且與無(wú)機(jī)絮凝劑有很強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng),適合于含重金屬離子的綜合廢水處理。阻垢劑主要通過(guò)螯合金屬,吸附分散微晶和晶格畸變作用,從而阻止水中致垢鹽類(lèi)在設(shè)備表面沉積。聚天冬氨酸型綠色水處理劑主要包括聚天冬氨酸及其鈉鹽和酯,是以從自然界中提取且制備過(guò)程清潔無(wú)污染的天冬氨酸或馬來(lái)酸酐為原料制成,其特點(diǎn)是具有生物降解性和較高的阻垢性及對(duì)鈣的高容忍度。Donlar公司因開(kāi)發(fā)聚天冬氨酸而獲得了1996年度美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)并就此獲得了22項(xiàng)專利。一種無(wú)磷、非氮和可生物降解的綠色阻垢劑聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)具有優(yōu)良的生物降解性,對(duì)鈣、鎂、鐵等離子的螯合力強(qiáng),用量小,阻垢性能優(yōu)異,可廣泛用于鍋爐水、冷卻水、污水處理及海水淡化和膜分離等。表3示出為PESA和六偏磷酸鹽對(duì)硬水垢BaSO4的阻垢性能對(duì)比,可以看到PESA這種綠色無(wú)磷阻垢劑的性能明顯要比傳統(tǒng)阻垢劑效果優(yōu)良。緩蝕劑是在腐蝕環(huán)境中,能對(duì)金屬腐蝕具有良好抑制作用的藥劑,主要為磷系水處理劑。由于磷的排放會(huì)導(dǎo)致水源富營(yíng)養(yǎng)化,引起赤潮現(xiàn)象,同時(shí)有些是高度非生物降解的,從而影響生態(tài)環(huán)境。因此,