物理化学在水处理中的应用和发展趋势

物理化学在水处理中的应用和发展趋势摘要:物理化学法处理污水作用也越来越大，像膜分离、离子交换等方法越来越受到重视。在传统的物理化学方法中又出现了很多的革新,介绍了常见的物理化学方法和一些新的改进。关键词:物化常见方法；物化的发展趋势；活性炭纤维；无机絮凝剂；粉煤灰1.物理化学传统方法物理化学是利用传质处理或回收利用废水的技术方法。常见的方法包括：吸附法、离子交换法、膜分离法、汽提法、吹脱法、萃取法、蒸发法、结晶法。1.1吸附法将废水通过多孔性的吸附剂，使得废水中溶解性的有机或无机污染物吸附到吸附剂上的废水处理技术。常用的吸附剂有：活性炭、活性氧化铝、沸石、硅藻土、硅胶、分子筛等，吸附树脂以较大的比表面积和优良孔结构多用在吸附高浓度有机废水的处理中，低浓度有机废水中一般用活性炭。1.2离子交换法是一种借助离子交换剂上的离子与水中离子交换反应而除去水中有害离子的方法。离子交换剂主要分为无机和有机两大类。无机离子交换剂主要是天然沸石和合成沸石等。有机离子交换剂包括磺化煤、离子交换树脂和离子交换纤维等。其中，离了交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有离了交换基团的功能高分了材料。目前，离了交换树脂在水处理领域得到了广泛的应用，具有可深度净化、效率高、能达到综合回收等优点，具有不可替代的作用。离了交换法的另一个重要应用是去除废水中的重金属离了。离了交换法可用于生物法的预处理工艺，除去对微生物有抑制作用的金属离了。1.3萃取法利用溶质在水中和溶剂中溶解度的不同，使废水中的溶质转溶入另一与水不互溶的溶剂中，然后使溶剂与废水分层分离，使废水得到净化的方法。在萃取过程中使用的溶剂称为萃取剂，萃取后的溶剂成为萃取液(相)，废水称为萃余液(相)。1.4吹脱、汽提法吹脱和汽提都属于气一液相转移分离法。即将气体(载气)通入废水中，使之相互充分接触，使废水中的溶解气体和易挥发性溶质穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除污染物的目的。常用空气或水蒸汽作载气，习惯上把前者称为吹脱法，后者称为汽提法。1.5蒸发法蒸发法处理废水的实质是加热废水，使水分子大量气化，得到浓缩的废液以便进一步回收利用;水蒸汽冷凝后又可获得纯水。多用于酸碱废液的浓缩回收及放射性废水的处理。1.6结晶法结晶法用以分离废水中具有结晶性能的固体物其实质是通过蒸发浓缩或降温冷却，使溶液达到饱和，让多余的溶质结晶析出，加以回收利用。1.7膜分离法膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。常用的膜分离方法有扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤、纳滤、微滤和液膜等。2.物理化学法的发展趋势2.1活性炭及活性炭纤维的应用随着科学技术的进步和废水处理的特殊要求，活性炭的研究从本身的孔结构和比表而积逐步发展到研究表而官能团对活性炭吸附性能的影响。例如，活性炭纤维(简称ACF)近年来在处理废水方而受到了科研工作者的重视，它的直径一般为5一20um，其制备原理与传统的活性炭制备相同，即将纤维状碳在8000C以上用水蒸气或二氧化碳活化处理。纤维状活性炭的孔隙结构以微孔为主，中孔很少，几乎没有大孔，比表而积可达2500m’/g.具有吸附和脱附速率决，吸附容量大，导电性高等特点。ACF因物理、化学结构的特殊性而具有优异的吸附性能，可以处理各种浓度的原水或废水，且处理效果好，因此应用前景十分广阔。但是从目前的应用现状看，ACF在水处理中的应用多限于水质净化和工业废水的处理，且主要是小型装置，尚无大型装置的应用。限制ACF广泛应用的主要因素是其价格较高，其次是微孔孔径较小，对小分子物质有较好的吸附性能，而对大分子物质的吸附性则较差，这决定了ACF处理微污染原水和较低浓度废水的使用价值较高。因此，今后ACF在水处理中的应用应在以下四个方向加强研究和开发：（1）提高ACF的制造工艺.降低成本；（2）研发特定功能的ACF；（3）利用ACF处理城市生活污水；（4）ACF与其他技术的结合利用。2.2新型高效无机絮凝剂在染料废水和印染废水絮凝中的应用通过研制开发出了新型高效无机絮凝剂，经实验证明，新型高效无机絮凝剂对活性染料废水和印染废水的絮凝效果优于等量的硫酸亚铁、聚铁、聚合氧化铝铁。鉴于有机和无机絮凝剂的局限性，目前研究的重点和方向将是微生物絮凝剂，它在废水处理中有广阔的应用前景。考虑到我国国情、废水处理成本的限制，絮凝剂的研制开发应主要集中在两个方面:（1）高效价廉的改进型絮凝剂;(2）现况较好的生物絮凝剂的实用开发。2.3粉煤灰的研究进展粉煤灰在我国的年排量巨大，是一种能够综合利用的宝贵二次资源，但我国目前资源综合利用率还较低，堆存既占用土地又污染环境。利用粉煤灰制备水处理剂具有市场用量大、制备简单、成本低、化废为宝等优点已显示出很好的应用前景。随着粉煤灰制备水处理剂的研究，以及人们对粉煤灰结构和性质认识的不断深入，粉煤灰作为水处理剂的工业应用和开发前景将更为广阔。今后对粉煤灰的研究应注重以下几个方面：（1）重视粉煤灰作为不同水处理剂的基本原理研究，结合无机高分子混凝剂的特征，对以粉煤灰为原料制取水处理剂的形态分布及转化规律、生产工艺流程及反应过程的控制和反应器等方面进行全面系统的研究，特别是产业化生产及应用研究。（2）开发以廉价粉煤灰为原料的新型高效净水剂的新工艺和配方的研究，提高产品的净水性能和稳定性。对于粉煤灰混凝剂应制取出稳定性高、分子量大、荷电量多、适应性强的优质产品，充分发挥絮凝剂的吸附中和、吸附架桥和吸附卷扫的作用。（3）进一步开展粉煤灰水处理剂的应用研究，探讨净水机理和净水动力学研究，确定水处理工业应用的最佳工艺条件及应用范围，进一步提高产品的净水效果。2.4含油废水的处理随着生态环境要求的不断提高，含油废水处理的出水水质要求也不断提高，上述方法各有不同的适用范围，需要针对不同的情况进行研究，确定适合的工艺。同样，以上各种处理单元在含油废水处理中并不是单一出现的，各种方法都有其局限性，根据废水成分、油分存在的形式、回收利用的深度以及排放方式等多因素的影响。如果只使用单一的处理方法，难以达到满意的效果。在实际应用中通常是采用几种方法结合在一起，形成多级处理的工艺，从而实现良好的除油效果，使出水水质达到废水排放标准。2.5物理化学法处理重金属废水一般地，物理化学法处理重金属废水有很多优点，如处理过程快，容易操作和控制，温度改变灵活。而且物理化学处理技术能容纳变化的负荷，另外，处理系统需要小的空间和安装费用。这些优点，要大于物理化学处理法的缺陷，如由于使用化学试剂而导致的高的操作费用，高能源消耗和高的污泥处理费用。然而，随着化学药剂的降低和可行的污泥处理方法，物理化学处理法被证实是最有效的重金属处理方法之一。2.6超滤膜的应用目前超滤膜正越来越多地应用到反渗透的预处理中，构成所谓的集成膜处理系统(IMS)，用超滤代替传统的砂滤、活性炭、微滤是今后水处理工艺的一个新的发展趋势。但超滤膜的选用需结合水源地的水质情况来选用，若源水污染严重，超滤膜设备去除溶解性有机物存在很大局限性，必须与其他技术组合才能达到超滤的预定效果。