現代化學凈水手段分析

鄧小滿（廣州市海珠羊城環保有限公司 廣東廣州 510310）

當今，人們面臨著嚴重的資源短缺問題，環境污染越來越嚴重，水資源得不到合理的利用，水污染問題逐漸凸顯。近年來，我國經濟取得了快速平穩增長，但是在經濟增長的同時也付出了一些代價，一些工廠將未經處理的污水隨意排放到河流中，導致水體富營養化，導致大量水生生物的死亡，并使水體環境逐漸惡化，并進而影響普通民眾的生活用水，因此與時俱進，探索有效的凈水手段十分必要。

1 生態混凝土凈水技術

1.1 生態混凝土化學凈水原理

生態混凝土是將材料學和環境科學融合起來的一種新型污水處理技術，它具有獨特的結構與表面特性，能夠與生態環境相結合并達到凈水功效。生態混凝土的原材料一般使用粗骨料，極少使用細骨料，因此生態混凝土內部形成了大量的連通孔，具有很好的透水性，還能夠通過物理作用、化學作用以及生物化學作用實現凈水作用。生態混凝土在水化過程中或者長時間的浸泡過程中會持續釋放石灰，可以調節水的酸堿度，并可以使水中的懸浮物質發生絮凝沉淀，使水變得澄清，并降低水中污染物質的含量。生態混凝土層狀結構中釋放的一些離子能夠與污水中的陰離子、陽離子產生離子交換，例如生態混凝土釋放出的鎂離子能夠與銨離子發生離子交換，銨離子會吸附在生態混凝土的巨大表面上，依靠硝化細菌的生物作用被逐步硝化；鎂離子還會與污水中的磷酸根發生離子交換，生成磷酸氫鎂三水化合物，這種物質難溶于水，會沉淀在水底；生態混凝土釋放出的鋁離子能夠在污水中形成氫氧化鋁膠體，使污水中的懸浮物質發生絮凝沉淀，因此生態混凝土具有十分良好的凈水功效。

1.2 生態混凝土在凈水中的研究與應用

1.2.1 處理生活污水

生態混凝土在生活污水凈化中的研究與應用最初是在日本的實驗室中進行的，我國高校隨之也開展了生態混凝土的相關研究工作。在生態混凝土研究中，有學者根據生態混凝土的特點，設計了推流式的生物濾池，通過污水泵將生活污水注入生物濾池時，并以推流的方式通過生態混凝土濾層，最后在溢流壩上溢出，這種應用方法已經申請了國家專利。在實際凈水工作中，采用該種裝置處理生活污水，有效地去除了污水中的懸浮物，降水效果要遠遠優于其他凈水手段。

1.2.2 凈化水源水

生態混凝土凈水研究學者試驗并考察了生態混凝土對水源地水質的改善情況，發現水源水中藻毒素和胞外藻毒素的比例明顯降低，氮、磷等元素的含量不斷降低，因此生態混凝土能夠很好地改善水體的富營養化狀況，提高水源地的水質等級，可以在我國水源地水質凈化中推廣與使用。

1.2.3 凈化海水

我國擁有綿長的海岸線，隨著工業化進程的不斷推進，海水污染已經成為一個嚴重的問題。我國近岸海域的總體水質呈現輕度污染，渤海灣、遼東灣、膠州灣和閩江口海域等水質較差，長江口、杭州灣和珠江口水質非常差，由于工業廢水未經處理后排放，導致近岸海域經常出現赤潮現象。日本長崎大學利用生態混凝土進行了海水現場試驗，每一個月記錄一次水質，為期一年，分析實驗結果可以發現，生態混凝土具有富集營養物質的功能。在實驗室進行海水凈化實驗時發現，生態混凝土可以去除海水中85.7%的磷、可以去除34.9%到51.6%的鉀，可以很好地改善海水質量，緩解水體富養化化狀況。

1.2.4 處理金屬污染

日本宮城大學研究了多孔生態混凝土對金屬污染的凈化功能，實驗以多孔生態混凝土和鋅含量高的污水為材料，實驗結果發現，鋅的濃度大幅度下降，在掃描電鏡下觀察可以發現，鋅大多數被吸附在多孔混凝土表面經水花作用形成的針狀微粒上，因此生態混凝土可以應用于處理金屬污染。

2 含氮纖維素和欺甲基纖維素的高效化學凈水劑

我國飲用水凈化大多采用微孔陶瓷、載銀活性碳、離子交換樹脂、逆滲透膜、電解以及化學吸附劑、沉淀劑等，通過物理作用或者化學作用去除飲用水中對人體有害的物質，但是這些方法很難去除飲用水中的重金屬離子，含氮纖維素和欺甲基纖維素的高效化學凈水劑很好地解決了這一問題。

2.1 凈水劑的制備及凈水原理

含氮纖維素和欺甲基纖維素的高效化學凈水劑采用鋸木屑、稻草為原材料，制備纖維素，然后以乙二胺和氛乙酸為原料，通過有機合成的辦法，使其與纖維素接枝共聚，就可以制備含氮纖維素和欺甲基纖維素，這種含氮纖維素和欺甲基纖維素的化學凈水劑通過柱交換，就可以與飲用水中的銅離子、鉛離子、汞離子、鎳離子等重金屬離子發生反應，達到較為滿意的去除效果。降水之后的凈水劑與飽和食鹽水或稀氮水發生反應后可以洗脫再生，實現凈水劑的重復利用，因而是一種高效的化學凈水劑。

2.2 影響降水效果的因素

纖維素是廣泛分布在自然界中的一種多糖，如果用化學試劑與其羥基發生酯化反應、醚化反應或者氧化反應，并按照人們的需求合理控制反應過程的條件，控制其取代過程，就能夠得到很多衍生物，這些衍生物同時攜帶酸性基團和堿性基團，并能夠保持纖維素的結構，因此被稱為纖維素離子交換劑。纖維素離子交換劑十分穩定，能夠吸附一些金屬離子以及高分子物質，離子交換劑的質量會直接影響凈水效果。

2.2.1 顆粒度

顆粒度是影響纖維素離子交換劑質量的關鍵因素之一，只有維持顆粒度的均勻才能保證離子交換的良好效果，顆粒較大會影響到離子交換的效果，顆粒較小又會影響流速，顆粒大小不均勻會影響到裝柱的均一性。要想控制顆粒的均勻，就要在粉碎、過篩、飄洗、澄清等環節下大功夫，如果是要進行大規模生產，就要控制原材料纖維素粉的顆粒度，此外還要選擇合適的干燥方法，將干燥時的溫度控制在一個合理的值，溫度太高，顆粒可能會結成硬塊。

2.2.2 交換容量

交換容量會受到纖維原料、堿濃度、反應溫度、反應時間等的影響。制備纖維素離子交換劑時可以適當增加堿的濃度，但是堿的濃度不能過高，不然會導致纖維素過分溶脹；可以適當提高反應溫度，但是溫度過高會使纖維素呈現黃色；在冰浴上進行纖維素的冷卻，可以使纖維素充分溶脹，使堿液更加充分地滲入纖維素中，但是過分溶脹又會給后續的洗滌等工作造成麻煩，因此從整體上講，可以通過適當增加堿的濃度，適當提高反應溫度，適當進行纖維素溶脹等來提高交換容量。

2.2.3 溶脹

溶脹是纖維素離子交換劑的的一種膨脹能力，它在各種溶液中都能膨脹，但是纖維素的溶脹要有一定的度，溶脹程度較小可以達到一定的柱流速，但是其吸附的蛋白質、酶等高分子物質就不能夠進入，不能被有效去除，因此需要綜合考慮堿的濃度、反應溫度、反應時間等因素，使反應在平穩狀態下進行，避免纖維素離子交換劑過度溶脹而影響交換效果。

3 結語

水污染問題是世界各國面臨的普遍問題，為了保證人們的用水安全，合理利用水資源，各國需要聯合起來，不斷探索科學有效的凈水策略。化學凈水方法是一種十分常用而且有效的凈水方式，隨著科學技術的發展，新型的化學凈水試劑不斷被研發出來，并逐漸應用到實際凈水工作中去，生態混凝土的研發也為凈水工作提供了有力的支持，相信在將來，凈水手段會更加豐富，水污染問題能夠得到有效解決。

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