水處理新技術研究進展

曹海燕，劉 宇，張鑫洋，孫好芬

(青島理工大學 環境與市政工程學院，山東 青島 266033)

近年來，由于部分水質惡化與日俱增，隨之而來涌現出了許多水處理新技術，為了能夠大規模在實際工程中應用新技術，必須減弱其不利因素使優勢更加突出，因此，水處理新技術吸引了眾多科學家的積極參與。Krit Sirirerkratana[1]等人提到光催化技術在處理廢水方面具有很大應用前景，劉云芳[2]等人提到膜技術對提高水處理能力具有重要意義，受到國內外的高度關注，超臨界水氧化技術在張光偉[3]等人的文獻中提到其具有廣闊的工業化前景，國內外已有相當多的相關文獻，但易腐蝕等依然是SCWO技術存在的問題。水處理新技術還有較多，像磁分離技術、微博輻射技術、微電解技術、礦物質技術等，本文主要介紹光催化技術、膜技術、超臨界水氧化技術和磁分離技術。

1 各種水處理新技術之比較

1.1 光催化技術

光催化技術是指在水中加入導體或半導體做催化劑使有機污染物在可見光或紫外光的作用下降解為二氧化碳和水，使有機污染物能夠得到無害化處理。光催化技術對設備要求比較嚴格，技術含量高，還在不斷完善和發展中。

其中懸浮體系中光催化劑TiO2等難以分離回收，而負載型光催化技術可有效解決此問題。彭勇[4]等人用活性碳纖維(Activated carbon fiber，ACF)來負載TiO2，還利用Sm等提高光催化活性，制備出一種新型的炭基材料復合高效光催化劑，獲得了較好的光催化效果的最佳實驗條件。郝彤遙[5]等人還利用石墨烯作為TiO2的載體處理含阿奇霉素等抗生素的廢水。

為克服TiO2作為光催化劑只能在紫外光照射下起作用得缺點，歐陽科[6]等人利用BiVO4和WO3制備了一種具有反蛋白石結構的復合光催化材料，實驗結果顯示，此復合光催化材料在可見光下具有較好的催化性能，廢水中苯酚的去除率較高。

紫外與高級氧化技術聯合應用、光催化技術與膜分離技術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的光催化中空纖維膜分離技術，將光催化技術、膜技術和高級氧化技術集于一體，處理苯酚的實驗結果顯示，有機小分子污染物能被有效去除且膜污染得到有效減輕，膜通量得到有效提高。

1.2 膜處理技術

膜處理技術是指利用膜的選擇性分離作用，在壓力作用下實現廢水中水和鹽、病菌、有機污染物及其他污染物的分離，實現對水的凈化作用。微濾、超濾、納濾和反滲透等是主要膜技術，在水處理過程中無需投加外源物質，具有獨特優勢，但是存在膜污染、膜壽命短、造膜成本高等問題。

在膜處理過程中膜污染是一個不可回避的難題，現在控制膜污染的方法一般有物理、化學和生物法等，改進預處理工藝也是減少膜污染的有效措施。黃喬津[8]等人采取先連續過濾再超濾的水處理工藝并對處理松花江水進行了中試研究，結果顯示，預處理工藝為連續過濾時，膜的過濾周期約為50天，前45天總污染增加較慢，不可逆污染增加更緩慢，能夠有效緩解膜污染情況，同時能夠較好去除水中的濁度、氨氮等，但不太理想的是有機物的去除率較低，他們提出可以利用具有良好吸附性能的活性炭做濾料提高對有機物的去除效果。

另外，膜處理技術在水處理中也逐漸應用于各項實際工程，冀世鋒[9]等人研究了江蘇某企業預處理-超濾-反滲透工藝處理農藥廢水的運行情況，結果顯示，該系統對有機污染物像農藥等的去除率在95%以上，產水率大于70%，系統運行比較穩定，既經濟對環境又友好。常鶯娜[10]等人研究了利用全膜法(超濾-二級反滲透-電去離子)工藝處理鍋爐給水的工程實例，該工程表明，全膜法水處理工藝在成本較低的情況下工藝運行可靠且出水也滿足鍋爐給水要求。

1.3 超臨界水氧化技術

超臨界水氧化技術(SCWO)是指反應介質是水的特殊狀態(超臨界狀態)時，發生氧化作用將有機物轉化為二氧化碳、水和氮氣等對環境無害的小分子物質。該技術的效率較高，應用較廣，且沒有二次污染。

周海云[11]等人利用SCWO處理含有毒死蜱的污廢水，研究結果顯示，溫度是重要影響因素，若溫度高于450℃，有機氮可全都轉化為氨氮，有機污染物的去除效果較好但是氨氮的去除率不高，可與脫氮技術聯合使用，以實現高效去除COD、氨氮等。

申海霞[12]利用SCWO處理含抗生素的污廢水，研究結果顯示，停留時間越長、溫度越高，COD的去除率越高，COD的去除率還隨H2O2量的增加先增大再穩定。

SCWO用于處理有機污染物濃度較高的污廢水時還存在一些問題，如反應溫度較高、易發生腐蝕、反應時間可能較長等，許多研究者還在不斷探索中。張云芳[13]提出了納濾-超臨界水氧化的水處理工藝，此耦合技術一定程度上擴大了SCWO的應用范圍，先經過納濾處理，可有效減輕超臨界水氧化階段的腐蝕和堵塞情況，通過調試各項工作參數，廢水能夠得到有效處理，此技術具有一定的推廣價值。

1.4 磁分離技術

利用廢水中具有磁性的雜質顆粒來實現水與污染物分離的技術是磁分離技術，有間接、直接和微生物磁分離法。應用磁分離技術時，除具有占地面積小的優點外，還能節省時間且管理運行較方便，可以看出其在水處理領域有很大的發展空間。

在連續動態流的條件下，王曉杰[14]等人研究了磁絮凝-圓盤磁分離技術處理污染河水的實驗，相較于靜態實驗，更便于優化實際應用的參數。研究表明，若增加PAC和PAM的投加量，COD、TP和SS的去除率呈現的趨勢是先增加后穩定，磁體粒徑和磁體投加量過大或過小都不好，且投藥順序對處理效果有顯著影響，該研究的先同時加磁種和PAC再加PAM是最好的投藥方式，該技術可有效去除污染河水中的COD、TP、SS。

污水資源化是水處理的一個發展趨勢，實現污水全面資源化也是水處理的一項重要措施。何秋杭[15]等人研究利用磁分離技術實現市政污水中碳源濃縮的可行性，通過碳源濃縮可有效解決厭氧進水碳含量太小的問題。他們進行長期中試研究，結果表明，常規磁盤分離技術可有效回收碳但不能較好去除有機物，投加PACl、PAC等吸附劑強化了磁盤分離技術可以提高碳的回收率，有機物的去除效果也顯著增強，而且中試裝置運行穩定，具有推廣價值。

高蛋白廢水的排放不僅會污染環境，還會浪費蛋白資源。陳錢[16]等人應用一種新型磁分離技術(一種新型稀土磁盤分離凈化裝置)處理高蛋白廢水，他們實驗研究發現，對于處理高蛋白廢水，新型磁分離技術比氣浮沉降技術效果好，有機物去除率和蛋白回收率都較高，還有占地面積小，效率高的優點。

2 結論

總之，目前隨著科技水平的逐步提升，水處理新技術也獲得較大發展，出現了許多新的水處理實際工程案例，各地可以根據各水處理新技術特點、當地的環境和經濟條件等適當地應用水處理新技術以有更好效益。當然，水處理新技術還需不斷完善發展，將較成熟的工藝應用于實際水處理過程中，為“青山綠水”的再造工程貢獻綿薄之力。