『壹』 納濾的應用
納濾分離作為一項新型的膜分離技術,技術原理近似機械篩分。但是納濾膜本體帶有電荷性。這是它在很低壓力下仍具有較高脫鹽性能和截留分子量為數百的膜也可脫除無機鹽的重要原因。
納濾分離愈來愈廣泛地應用於電子、食品和醫葯等行業,諸如超純水制備、果汁高度濃縮、多肽和氨基酸分離、抗生素濃縮與純化、乳清蛋白濃縮、納濾膜-生化反應器耦合等實際分離過程中。與超濾或反滲透相比,納濾過程對單價離子和分子量低於200的有機物截留較差,而對二價或多價離子及分子量介於200~500之間的有機物有較高脫除率,基於這一特性,納濾過程主要應用於水的軟化、凈化以及相對分子質量在百級的物質的分離、分級和濃縮(如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程產物的分級和濃縮)、脫色和去異味等。主要用於飲用水中脫除Ca、Mg離子等硬度成分、三鹵甲烷中間體、異味、色度、農葯、合成洗滌劑,可溶性有機物,及蒸發殘留物質。
隨著對環境保護和資源綜合利用認識的不斷提高,人們希望在治理廢水的同時實現有價物質的回收,比如:大豆乳清廢液中含有1%左右的低聚糖和少量的鹽,亞硫酸鹽法制備化纖漿和造紙漿過程出現的亞硫酸鈣廢液中含有2%~2.5%的六碳糖和五碳糖,製糖工業中出現的廢糖蜜中含有少量的鹽等等。
NF分離是一種綠色水處理技術,在某些方面可以替代傳統費用高,工藝繁瑣的污水處理方 法.其技術特點是:能截留分子量大於100的有機物以及多價離子,允許小分子有機物和單 價離子透過;可在高溫,酸,鹼等苛刻條件下運行,耐污染;運行壓力低,膜通量高,裝置 運行費用低;可以和其他污水處理過程相結合以進一步降低費用和提高處理效果.在水處理 中,NF膜主要用於含溶劑廢水的處理,能有效地去除水中的色度,硬度和異味.NF膜以其特殊的分離性能已成功地應用於製糖,制漿造紙,電鍍,機械加工以及化工反應催化劑的回收等行業的廢水處理.
納濾是一種綠色水處理技術,是國際上膜分離技術的最新發展,在某些方面可以替代傳統費用高、工藝繁瑣的污水處理方法。納米級孔徑且帶有電荷的特殊過濾性能特點是:能截留分子量大於200的有機物以及多價離子,允許小分子有機物和單價離子透過;可在高溫、酸、鹼等苛刻條件下運行,膜耐受的條件范圍寬,濃縮倍數高,耐污染;運行壓力低,膜通量高,裝置運行費用低,能耗極低(唯一驅動力是壓力)。
由於納濾膜特殊的孔徑范圍和制備時的特殊處理(如復合化、荷電化),使得納濾膜具有較特殊的分離性能,其在降低廢水COD、水源水的色度、硬度和去除飲用水中的有機物(TOC)、三鹵代烷(THMs)前驅物等方面的應用近年來受到廣泛重視,已成功地應用於製糖行業、造紙行業、電鍍行業、機械加工行業及化工反應催化劑的回收行業等的廢水處理中。納濾膜的應用研究主要集中在幾個方面:根據中性溶質的分子量大小而進行分離;截留有機物分子而讓單價電解質透過膜層;根據離子價態而實現離子問的分離。根據納濾膜分離的特點,其應用范圍主要適用於下述情況的物質分離:①對單價鹽分離的截留率要求不高;②要求進行不同價態離子的分離,如軟化處理;③需要對高分子量有機物與低分子量有機物進行分離,如葡萄酒脫醇;④鹽和對應的酸的分離;⑤有機物和無機物的分離,如染料脫鹽、乳清濃縮脫鹽和飲用水凈化。
納濾膜具有熱穩定性、耐酸、耐鹼和耐溶劑等優良性質,在廢水的有價物質回收中起到不可估量的作用,廣泛地應用於各種有機廢水的回收處理。比如農葯廢液處理、乳清和抗菌素脫鹽、電鍍廢液中金屬回收、各種石化廢水處理等。在給水處理中,納濾膜主要用於制備軟化水、飲用純凈水,能有效地去除水中的色度、硬度和異味 。
試驗研究及應用
(1)日用化工廢水處理.用NF膜處理日用化工廢水的應用研究表明NF膜耐酸鹼,有優良的截留率,對重金屬有很好的去除率,不存在膜污染問題.據估計,由於NF膜的運行費用低於反滲透技術,對有機小分子有良好的脫除率,可能會覆蓋90%以上的日用化工廢水處理.
(2)石油工業廢水處理.
石油工業廢水主要包括石油開采和煉制過程中產生的含各種無機鹽和有機物的廢水,其成分 非常復雜,處理難度大.採用膜法特別是NF法與其他方法相給合,既可有效處理廢水還可以 回收有用物質.例如,先用NF膜將原油廢水分離成富油的水相和無油的鹽水相,然後把富油 相加入到新鮮的供水中再進入洗油工序,這樣既回收了原油又節約了用水.以前多採用反滲 透 和相分離結合的方法處理石油工業廢水,但存在著膜污染嚴重的問題,如果在反滲透前加一NF膜,就可以解決膜污染的問題.石油工業的含酚廢水中主要含有苯酚,甲基酚,硝基酚以 及各類取代酚,此類物質的毒性很大,必須脫除後才能排放,若採用NF技術,不僅酚的脫除 率可達95%以上,而且在較低壓力下就能高效地將廢水中的鎘,鎳,汞,鈦等重金屬高價離子脫除,其費用比反滲透等方法低得多.
(3)殺蟲劑廢水處理.一般的水處理方法不能除去污染水中的低分子有機農葯.通過研究NF膜對不含酚殺蟲劑的截留性能發現除了二氯化物以外,其他殺蟲劑的截留 率均高於96.7%,所有殺蟲劑在NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影響.採用NF處理含有酚 類殺蟲劑的廢水也十分有效.
(4)化纖,印染工業廢水處理.NF可以用於印染過程排水中染料及助劑的脫除和回用.處 理染料聚合漿料時,由於大多數染料的分子量在幾百到幾千,NF膜可以讓一些無機鹽或小分 子通過,而對較大的染料分子進行截取,粗染料漿液經NF系統後,染料可以富集,而無機鹽 的濃度下降,脫鹽率大於98%,染料損失率小於0.1%,而且可以在高溫下運行.此外,NF還 可以用於纖維加工過程中的含油廢水的處理及回收再利用.
(5)生活污水處理.採用常用的生物降解和化學氧化相結合的方法處理生活污水時,氧化 劑的消耗很大,殘留物多.如果在它們之間增加一個NF系統,讓能被微生物降解的小分子( 分子量小於100)通過,不能生物降解的有機大分子(分子量大於100)被截留下來經化學氧化 後再生物降解,這樣就可以充分發揮生物降解的作用,節省氧化劑或活性炭的用量,降低最 終殘留物的含量.
(6)熱電廠二次廢水的治理及回收利用.熱電廠的二次廢水主要來自沖灰,除塵及冷卻系統,此類廢水中含有大量的懸浮固體,灰份 及高含量的鹽份和部分有機物.利用NF可以把這一類廢水處理成工業回用水.首先用微濾除 去水中的全部懸浮顆粒,質量分數為99%的BOD,98%的COD,73%的總氮和17%的總磷,同時將水中的菌落總數降到3~4個/L,然後加酸降低pH以除去CO2,最後再經NF脫鹽,達到鍋爐用水的質量.澳大利亞太平洋熱電廠的Eraring發電站已用NF對此類廢水進行處理,每天處理1 000~15 000 m3廢水,既減輕了市政供水系統的負荷,每年又可為熱電廠節約 操作費用80萬美元.該熱電廠准備擴大發電規模,用水量也相應增大,估計到2010年,處理 此類廢水量將達5 000 m3/d,效益極其可觀.
(7)酸洗廢液處理.鋼廠的酸洗工序是將鋼材浸入質量分數為20%左右的硫酸酸洗槽中進行 酸洗.隨著酸洗的進行,硫酸濃度逐漸降低,硫酸亞鐵濃度不斷增高,當溶液中硫酸的質量 分數降至6%~8%,生成的硫酸亞鐵濃度超過200~250 g/L時,酸洗速率下降,必須更 換酸洗液,排放酸洗廢液.酸洗好的鋼材必須用清水進行沖洗以除去表面的酸性物質,又造 成了廢酸水的外排.為了保護環境,節約資源,可採用NF工藝處理酸洗廢液.利用NF膜對硫 酸和硫酸亞鐵截留率的不同,先將硫酸亞鐵截留在濃縮液中,然後將濃縮液送入冷卻結晶罐,冷卻結晶出FeSO4·7H2O;透過液再經能截留硫酸的另一NF膜組件,截留後濃縮為20%的 硫酸,再生酸液回收利用,透過液則排至廢酸水站,進一步處理排放或回收.這一工藝回收 了硫酸和硫酸亞鐵,同時實現了酸洗廢液的回收綜合利用和廢酸水達標排放的目的.
(8)造紙廢水處理.採用NF膜技術替代傳統的化學處理 法能更為有效地除去深色木質素.木漿漂白過程產生的氯化木質素 是帶負電的,容易被帶負電性的NF膜截留,並且對膜不會產生污染.另外,因為整個處理過程中對陽離子(Na+)的脫除率並沒有嚴格要求,採用反滲透技術就顯得沒有必要 .採用超濾/納濾處理牛皮紙製造廢水有很好的效果。
工程應用
納濾膜的孔徑范圍介於反滲透膜和超濾膜之間,其對二價和多價離了及分子量在200~1000之間的有機物有較高的脫除性能,而對單價離子和小分子的脫除率則較低。而且,與反滲透過程相比,納濾過程的操作壓力更低(一般在1.0Mpa左右);同時由於納濾膜對單價離子和小分子的脫除率低,過程滲透壓較小,所以,在相同條件下,納濾與反滲透相比可節能15%左右[3]。因而在水處理中,納濾被廣泛應用於飲用水的濃度凈化、水軟化、有機物和生物活性物質的除鹽和濃縮、水中三鹵代物前軀物的去除、不同分子量有機物的分級和濃縮、廢水脫色等領域。
Sibille等研究了法國Auverw-sur-Oise市的地下水,對納濾和生物處理飲用水(臭氧—生物活性炭過濾)進行了對比。結果表明,納濾可以顯著提高飲用水的水質,減少細菌數量和有機物的濃度,從而使後續消毒更有效,也減少了三氯甲烷的形成。但是,研究又指出,少量極易被細菌等吸收的可生物降解的有機物質(BOM:BiologicalOrganicMatter)、可同化有機碳(AOC:AssimilableOrganicCarbon)也能透過納濾膜。
雖然,納濾技術的工程應用在美國、日本等國家的給水行業中已經得到大規模的推廣,但在我國,將納濾技術廣泛地應用於工程實踐的條件還不成熟,尚處於嘗試階段、本要問題是國產納濾膜的性能指標不夠過關。已有工程實例的報道,如國內首套工業化大規模膜軟化系統——山東長島南隍城納濾示範工程,是納濾技術在高硬度海島苦鹹水凈化的實際應用。該工程由國家海洋局杭州水處理中心設計,於1997年4月正式投入生產淡水,系統連續正常運行27個月,淡化水符合國家生活飲用水衛生標准。
有關學者曾採用納濾膜對某市自來水(以污染嚴重的淮河水為原水)進行深度處理試驗,研究了納濾循環制水試驗工藝的效果。結果表明,循環試驗工藝與單級納濾工藝相比,在同樣較低的壓力下,出水率較高,並且能耗降低,減少了濃水排放。即使在回收率較高(80%)的情況下,膜出水中的總有機碳(TOC)仍比自來水低50%;對致會變物的去除十分顯著,使Ames試驗陽性的水轉為陰性。
納濾膜應用問題
納濾膜有較高的膜通量,可以截留有機及無機污染物,而對人體必需的一些離子又有較大的透過率,因此,把納濾膜應用於飲用水的深度凈化較其它的膜分離技術有較大的優勢。把鋼濾膜應用於給水處理領域的主要問題是:
這三個問題是膜分離的基本問題,也是納濾膜法水處理技術難以廣泛應用的主要原因。世界各國的水處理工作者正在進行廣泛的研究,尋求解決這些問題的途徑。納濾技術在給水處理領域的推廣應用還依賴於這些問題的進一步解決。
『貳』 中國藍星集團的產品與服務
藍星在化工新材料、工業清洗和膜與水處理領域居國內領航地位;在石油石化、無機化工、有機原料、精細化工、工程塑料及化工裝備等領域具有較強實力。藍星 商標是中國首個工業服務類馳名商標。
藍星有機硅單體、PVC糊樹脂生產規模居全球第三,蛋氨酸產品生產規模和市場份額均居全球第二位。藍星擁有中國最大的雙酚A裝置,工業硅、鈦白粉、鉻酸酐、環氧樹脂、彩色顯影劑等產品占國內市場主導地位,苯酚、丙酮生產技術居國內領先水平,是中國唯一的離子膜電解槽設備製造商。
藍星開創了中國現代清洗業,擁有技術門類最齊全、裝置最先進的清洗工程公司。藍星的膜工業和水處理技術處於國內領先水平,成功承建了國內鋼鐵業最大的反滲透膜法水處理工程。
藍星擁有健全的科研開發體系和大量的自主知識產權,為藍星集團的發展提供了強有力的科技支撐。中國氟硅工業協會、中國工程塑料協會、中國工業清洗協會、中國膜工業協會和中國海水淡化與資源綜合利用學會等全國性行業組織和協會均以藍星為依託 。
藍星還培育了中國最大的快餐連鎖企業--馬蘭拉麵。
『叄』 對於二次供水所達到的標准又沒有什麼法律法規
二次用水相關規定:
(1)衛生管理
1、二次供水設施必須符合《二次供水設施衛生規范》,取得當地衛生行政部門簽發的《衛生許可證》後方可供水。
2、二次供水產權或管理單位必須建立健全二次供水衛生管理制度並設專人負責管理,組織管水人員每年進行一次健康體檢和衛生知識培訓,取得「健康證」和「衛生知識培訓合格證」後,方可上崗。
3、二次供水設施管理部門負責設施的日常運轉、保養維護,且每年對設施進行一次以上的全面清洗消毒。
4、二次供水單位須持有衛生部門的檢驗報告書及專業水池清洗隊伍提供的有效水池清洗記錄,以便衛生監督部門檢查。
5、二次供水水質異常或發生供水污染事故時,設施的產權或管理單位必須立即採取應急措施保證日常生活用水,同時報告當地衛生部門並協助衛生部門進行調查處理。
(2)二次供水設施的一般衛生要求
1、二次供水設施周圍保持環境整潔,要有很好的排水條件。
2、二次供水設施與飲水接觸表面必須保證外觀良好,光滑平整,不對飲水水質造成影響;所用材料及內防腐塗料必須無毒、無異味,嚴禁採用冷鍍管和不符合衛生要求的塑料管等作為供水用材料。
3、通過設施所供出的飲用水必須符合國家《生活飲用水衛生標准》。
(3)二次供水設施設計的衛生要求
1、二次供水飲用水箱或蓄水池應專用,不得滲漏,水箱應有相應的透氣管和防護罩。水箱入口位置和大小要滿足水箱內部清洗工作的需要;入孔應高出水箱(池)面10-20厘米,並加蓋(反扣式)上鎖;水箱須安裝在有排水條件的底盤上,排水管要設在水箱底部,以利於清洗,徹底排泥與放空;水箱的進水孔、排污管應有密封防護措施,溢水管的開口有防護網罩,溢水管與排水管均不得與下水管道直接連通,應加逆水防污閥,防止污水倒流。
2、二次供水設施完備並定期檢修,設施不得與市政供水管道直接連通;不得與非飲水管道直接連接。
3、樓頂水箱周圍2米范圍內不得設有污水管線及污染,低位蓄水池周圍10米以內不得有溢水坑、化糞池、污水溝、堆放垃圾和有毒有害物品等污染源。
『肆』 城市污水處理中深度處理有哪些工藝
深度處理常見的方法有以下幾種。
1.1 活性炭吸附法與離子交換
活性炭是一種多孔性物質,而且易於自動控制,對水量、水質、水溫變化適應性強,因此活性炭吸附法是一種具有廣闊應用前景的污水深度處理技術。活性炭對分子量在500~3 000的有機物有十分明顯的去除效果,去除率一般為70%~86.7%[1],可經濟有效地去除嗅、色度、重金屬、消毒副產物、氯化有機物、農葯、放射性有機物等。
常用的活性炭主要有粉末活性炭(PAC)、顆粒活性炭(GAC)和生物活性碳(BAC)三大類。近年來,國外對PAC的研究較多,已經深入到對各種具體污染物的吸附能力的研究。淄博市引黃供水有限公司根據水污染的程度,在水處理系統中,投加粉末活性炭去除水中的COD,過濾後水的色度能降底1~2度;臭味降低到0度[2]。GAC在國外水處理中應用較多,處理效果也較穩定,美國環保署(USEPA)飲用水標準的64項有機物指標中,有51項將GAC列為最有效技術[3]。
GAC處理工藝的缺點是基建和運行費用較高,且容易產生亞硝酸鹽等致癌物,突發性污染適應性差。如何進一步降低基建投資和運行費用,降低活性炭再生成本將成為今後的研究重點。BAC可以發揮生化和物化處理的協同作用,從而延長活性炭的工作周期,大大提高處理效率,改善出水水質。不足之處在於活性炭微孔極易被阻塞、進水水質的pH 適用范圍窄、抗沖擊負荷差等。目前,歐洲應用BAC技術的水廠已發展到70個以上,應用最廣泛的是對水進行深度處理[4]。撫順石化分公司石油三廠採用BAC技術,既節省了新鮮水的補充量,減少污水排放量,減輕水體污染,降低生產成本,還體現了經濟效益和社會效益的統一[5]。今後的研究重點是降低投資成本和增加各種預處理措施與BAC聯用,提高處理效果。
1.2 膜分離法
膜分離技術是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術[6,7]。它的最大特點是分離過程中不伴隨有相的變化,僅靠一定的壓力作為驅動力就能獲得很高的分離效果,是一種非常節省能源的分離技術。
微濾可以除去細菌、病毒和寄生生物等,還可以降低水中的磷酸鹽含量。天津開發區污水處理廠採用微濾膜對SBR二級出水進行深度處理, 滿足了景觀、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求[8]。
超濾用於去除大分子,對二級出水的COD和BOD去除率大於50%。北京市高碑店污水處理廠採用超濾法對二級出水進行深度處理,產水水質達到生活雜用水標准,回用污水用於洗車,每年可節約用水4 700 m3[9]。
反滲透用於降低礦化度和去除總溶解固體,對二級出水的脫鹽率達到90%以上,COD和BOD的去除率在85%左右,細菌去除率90%以上[10]。緬甸某電廠採用反滲透膜和電除鹽聯用技術,用於鍋爐補給水。經反滲透處理的水,能去除絕大部分的無機鹽、有機物和微生物[11]。
納濾介於反滲透和超濾之間,其操作壓力通常為0.5~1.0 MPa,納濾膜的一個顯著特點是具有離子選擇性,它對二價離子的去除率高達95%以上,一價離子的去除率較低,為40%~80%[12]。潘巧明等人採用膜生物反應器-納濾膜集成技術處理糖蜜制酒精廢水取得了較好結果,出水COD小於100 mg/L,廢水回用率大於80%[13]。
我國的膜技術在深度處理領域的應用與世界先進水平尚有較大差距。今後的研究重點是開發、製造高強度、長壽命、抗污染、高通量的膜材料,著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關鍵問題。
1.3 高級氧化法
工業生產中排放的高濃度有機污染物和有毒有害污染物,種類多、危害大,有些污染物難以生物降解且對生化反應有抑制和毒害作用。而高級氧化法在反應中產生活性極強的自由基(如•OH等),使難降解有機污染物轉變成易降解小分子物質,甚至直接生成CO2和H2O,達到無害化目的。
1.3.1 濕式氧化法
濕式氧化法(WAO)是在高溫(150~350 ℃)、高壓(0.5~20 MPa)下利用O2或空氣作為氧化劑,氧化水中的有機物或無機物,達到去除污染物的目的,其最終產物是CO2和H2O[14]。福建煉油化工有限公司於2002年引進了WAO工藝,徹底解決了鹼渣的後續治理和惡臭污染問題,而且運行成本低,氧化效率高[15]。
1.3.2 濕式催化氧化法
濕式催化氧化法(CWAO)是在傳統的濕式氧化處理工藝中加入適宜的催化劑使氧化反應能在更溫和的條件下和更短的時間內完成,也因此可減輕設備腐蝕、降低運行費用[16,17]。目前,建於昆明市的一套連續流動型CWAO工業實驗裝置,已經體現出了較好的經濟性[18]。
濕式催化氧化法的催化劑一般分為金屬鹽、氧化物和復合氧化物3類。目前,考慮經濟性,應用最多的催化劑是過渡金屬氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其鹽類。採用固體催化劑還可避免催化劑的流失、二次污染的產生及資金的浪費。
1.3.3 超臨界水氧化法
超臨界水氧化法把溫度和壓力升高到水的臨界點以上,該狀態的水就稱為超臨界水。在此狀態下水的密度、介電常數、粘度、擴散系數、電導率和溶劑化學性能都不同於普通水。較高的反應溫度(400~600 ℃)和壓力也使反應速率加快,可以在幾秒鍾內對有機物達到很高的破壞效率。
美國德克薩斯州哈靈頓首次大規模應用超臨界水氧化法處理污泥,日處理量達9.8 t。系統運行證明其COD的去除率達到99.9%以上,污泥中的有機成分全部轉化為CO2、H2O以及其他無害物質,且運行成本較低[19]。
1.3.4 光化學催化氧化法
目前研究較多的光化學催化氧化法主要分為Fenton試劑法、類Fenton試劑法和以TiO2為主體的氧化法。
Fenton試劑法由Fenton在20世紀發現,如今作為廢水處理領域中有意義的研究方法重新被重視起來。Fenton試劑依靠H2O2和Fe2+鹽生成•OH,對於廢水處理來說,這種反應物是一個非常有吸引力的氧化體系,因為鐵是很豐富且無毒的元素,而且H2O2也很容易操作,對環境也是安全的[20]。Fenton試劑能夠破壞廢水中諸如苯酚和除草劑等有毒化合物。目前國內對於Fenton試劑用於印染廢水處理方面的研究很多,結果證明Fenton 試劑對於印染廢水的脫色效果非常好。另外,國內外的研究還證明,用Fenton試劑可有效地處理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物質的廢水。
類Fenton試劑法具有設備簡單、反應條件溫和、操作方便等優點,在處理有毒有害難生物降解有機廢水中極具應用潛力。該法實際應用的主要問題是處理費用高,只適用於低濃度、少量廢水的處理。將其作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法,再與其他處理方法(如生物法、混凝法等)聯用,則可以更好地降低廢水處理成本、提高處理效率,並拓寬該技術的應用范圍。
光催化法是利用光照某些具有能帶結構的半導體光催化劑如TiO2、ZnO、CdS、WO3等誘發強氧化自由基•OH,使許多難以實現的化學反應能在常規條件下進行。銳鈦礦中形成的TiO2具有穩定性高、性能優良和成本低等特徵。在全世界范圍內開展的最新研究是獲得改良的(摻入其他成分)TiO2,改良後的TiO2具有更寬的吸收譜線和更高的量子產生率。
1.3.5 電化學氧化法
電化學氧化又稱電化學燃燒,是環境電化學的一個分支。其基本原理是在電極表面的電催化作用下或在由電場作用而產生的自由基作用下使有機物氧化。除可將有機物徹底氧化為CO2和H2O外,電化學氧化還可作為生物處理的預處理工藝,將非生物相容性的物質經電化學轉化後變為生物相容性物質。這種方法具有能量利用率高,低溫下也可進行;設備相對較為簡單,操作費用低,易於自動控制;無二次污染等特點。
1.3.6 超聲輻射降解法
超聲輻射降解法主要源於液體在超聲波輻射下產生空化氣泡,它能吸收聲能並在極短時間內崩潰釋放能量,在其周圍極小的空間范圍內產生1 900~5 200 K的高溫和超過50 MPa的高壓。進入空化氣泡的水分子可發生分解反應產生高氧化活性的•OH,誘發有機物降解;此外,在空化氣泡表層的水分子則可以形成超臨界水,有利於化學反應速度的提高。
超聲波對含鹵化物的脫鹵、氧化效果顯著,氯代苯酚、氯苯、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等含氯有機物最終的降解產物為HCl、H2O、CO、CO2等。超聲降解對硝基化合物的脫硝基也很有效。添加O3、H2O2、Fenton試劑等氧化劑將進一步增強超聲降解效果。超聲與其他氧化法的組合是目前的研究熱點,如US/O3、US/H2O2、US/Fenton、US/光化學法。目前,超聲輻射降解水體污染物的研究仍處於試驗探索階段。
1.3.7 輻射法
輻射法是利用高能射線(γ、χ射線)和電子束等對化合物的破壞作用所開發的污水輻射凈化法。一般認為輻射技術處理有機廢水的反應機理是由於水在高能輻射的作用下產生•OH、H2O2、•HO2等高活性粒子,再由這些高活性粒子誘發反應,使有害物質降解。
輻射法對有機物的處理效率高、操作簡便。該技術存在的主要難題是用於產生高能粒子的裝置昂貴、技術要求高,而且該法的能耗大、能量利用率較低;此外為避免輻射對人體的危害,還需要特殊的保護措施。更多資料可登錄易凈水網查看。因此該法要投入運行,還需進行大量的研究探索工作。
1.4 臭氧法
臭氧具有極強的氧化性,對許多有機物或官能團發生反應,有效地改善水質。臭氧能氧化分解水中各種雜質所造成的色、嗅,其脫色效果比活性炭好;還能降低出水濁度,起到良好的絮凝作用,提高過濾濾速或者延長過濾周期。目前,由於國內的臭氧發生技術和工藝比較落後,所以運行費用過高,推廣有難度。
『伍』 目前用於環境水處理領域的光催化劑主要種類有哪些
目前用於環境水處理領域的光催化劑主要種類有哪些
深度處理常見的方法有以下幾種。
1.1 活性炭吸附法與離子交換
活性炭是一種多孔性物質,而且易於自動控制,對水量、水質、水溫變化適應性強,因此活性炭吸附法是一種具有廣闊應用前景的污水深度處理技術。活性炭對分子量在派改500~3 000的有機物有十分明顯的去除效果,去除率一般為70%~86.7%[1],可經濟有效地去除嗅、色度、重金屬、消毒副產物、氯化有機物、農葯、放射性有機物等。
常用的活性炭主要有粉末活性炭(PAC)、顆粒活性炭(GAC)和生物活性碳(BAC)三大類。近年來,國外對PAC的研究較多,已經深入到對各種具體污染物的吸附能力的研究。淄博市引黃供水有限公司根據水肢肆污染的程度,在水處理系統中,投加粉末活性炭去除水中的COD,過濾後水的色度能降底1~2度;臭味降低到0度[2]。GAC在國外水處理中應用較多,處理效果也較穩定,美國環保署(USEPA)飲用水標準的64項有機物指標中,有51項將GAC列為最有效技術[3]。
GAC處理工藝的缺點是基建和執行費用較高,且容易產生亞硝酸鹽等致癌物,突發性污染適應性差。如何進一步降低基建投資和執行費用,降低活性炭再生成本將成為今後的研究重點。BAC可以發揮生化和物化處理的協同作用,從而延長活性炭的工作周期,大大提高處理效率,改善出水水質。不足之處在於活性炭微孔極易被阻塞、進水水質的pH 適用范圍窄、抗沖擊負荷差等。目前,歐洲應用BAC技術的水廠已發展到70個以上,應用最廣泛的是對水進行深度處理[4]。撫順石化分公司石油三廠採用BAC技術,既節省了新鮮水的補充量,減少污水排放量,減輕水體污染,降低生產成塵飢判本,還體現了經濟效益和社會效益的統一[5]。今後的研究重點是降低投資成本和增加各種預處理措施與BAC聯用,提高處理效果。
1.2 膜分離法
膜分離技術是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術[6,7]。它的最大特點是分離過程中不伴隨有相的變化,僅靠一定的壓力作為驅動力就能獲得很高的分離效果,是一種非常節省能源的分離技術。
微濾可以除去細菌、病毒和寄生生物等,還可以降低水中的磷酸鹽含量。天津開發區污水處理廠採用微濾膜對SBR二級出水進行深度處理, 滿足了景觀、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求[8]。
超濾用於去除大分子,對二級出水的COD和BOD去除率大於50%。北京市高碑店污水處理廠採用超濾法對二級出水進行深度處理,產水水質達到生活雜用水標准,回用污水用於洗車,每年可節約用水4 700 m3[9]。
反滲透用於降低礦化度和去除總溶解固體,對二級出水的脫鹽率達到90%以上,COD和BOD的去除率在85%左右,細菌去除率90%以上[10]。緬甸某電廠採用反滲透膜和電除鹽聯用技術,用於鍋爐補給水。經反滲透處理的水,能去除絕大部分的無機鹽、有機物和微生物[11]。
納濾介於反滲透和超濾之間,其操作壓力通常為0.5~1.0 MPa,納濾膜的一個顯著特點是具有離子選擇性,它對二價離子的去除率高達95%以上,一價離子的去除率較低,為40%~80%[12]。潘巧明等人採用膜生物反應器-納濾膜整合技術處理糖蜜制酒精廢水取得了較好結果,出水COD小於100 mg/L,廢水回用率大於80%[13]。
我國的膜技術在深度處理領域的應用與世界先進水平尚有較大差距。今後的研究重點是開發、製造高強度、長壽命、抗污染、高通量的膜材料,著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關鍵問題。
1.3 高階氧化法
工業生產中排放的高濃度有機污染物和有毒有害污染物,種類多、危害大,有些污染物難以生物降解且對生化反應有抑制和毒害作用。而高階氧化法在反應中產生活性極強的自由基(如•OH等),使難降解有機污染物轉變成易降解小分子物質,甚至直接生成CO2和H2O,達到無害化目的。
1.3.1 溼式氧化法
溼式氧化法(WAO)是在高溫(150~350 ℃)、高壓(0.5~20 MPa)下利用O2或空氣作為氧化劑,氧化水中的有機物或無機物,達到去除污染物的目的,其最終產物是CO2和H2O[14]。福建煉油化工有限公司於2002年引進了WAO工藝,徹底解決了鹼渣的後續治理和惡臭污染問題,而且執行成本低,氧化效率高[15]。
1.3.2 溼式催化氧化法
溼式催化氧化法(CWAO)是在傳統的溼式氧化處理工藝中加入適宜的催化劑使氧化反應能在更溫和的條件下和更短的時間內完成,也因此可減輕裝置腐蝕、降低執行費用[16,17]。目前,建於昆明市的一套連續流動型CWAO工業實驗裝置,已經體現出了較好的經濟性[18]。
溼式催化氧化法的催化劑一般分為金屬鹽、氧化物和復合氧化物3類。目前,考慮經濟性,應用最多的催化劑是過渡金屬氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其鹽類。採用固體催化劑還可避免催化劑的流失、二次污染的產生及資金的浪費。
1.3.3 超臨界水氧化法
超臨界水氧化法把溫度和壓力升高到水的臨界點以上,該狀態的水就稱為超臨界水。在此狀態下水的密度、介電常數、粘度、擴散系數、電導率和溶劑化學效能都不同於普通水。較高的反應溫度(400~600 ℃)和壓力也使反應速率加快,可以在幾秒鍾內對有機物達到很高的破壞效率。
美國德克薩斯州哈靈頓首次大規模應用超臨界水氧化法處理污泥,日處理量達9.8 t。系統執行證明其COD的去除率達到99.9%以上,污泥中的有機成分全部轉化為CO2、H2O以及其他無害物質,且執行成本較低[19]。
1.3.4 光化學催化氧化法
目前研究較多的光化學催化氧化法主要分為Fenton試劑法、類Fenton試劑法和以TiO2為主體的氧化法。
Fenton試劑法由Fenton在20世紀發現,如今作為廢水處理領域中有意義的研究方法重新被重視起來。Fenton試劑依靠H2O2和Fe2+鹽生成•OH,對於廢水處理來說,這種反應物是一個非常有吸引力的氧化體系,因為鐵是很豐富且無毒的元素,而且H2O2也很容易操作,對環境也是安全的[20]。Fenton試劑能夠破壞廢水中諸如苯酚和除草劑等有毒化合物。目前國內對於Fenton試劑用於印染廢水處理方面的研究很多,結果證明Fenton 試劑對於印染廢水的脫色效果非常好。另外,國內外的研究還證明,用Fenton試劑可有效地處理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物質的廢水。
類Fenton試劑法具有裝置簡單、反應條件溫和、操作方便等優點,在處理有毒有害難生物降解有機廢水中極具應用潛力。該法實際應用的主要問題是處理費用高,只適用於低濃度、少量廢水的處理。將其作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法,再與其他處理方法(如生物法、混凝法等)聯用,則可以更好地降低廢水處理成本、提高處理效率,並拓寬該技術的應用范圍。
光催化法是利用光照某些具有能帶結構的半導體光催化劑如TiO2、ZnO、CdS、WO3等誘發強氧化自由基•OH,使許多難以實現的化學反應能在常規條件下進行。銳鈦礦中形成的TiO2具有穩定性高、效能優良和成本低等特徵。在全世界范圍內開展的最新研究是獲得改良的(摻入其他成分)TiO2,改良後的TiO2具有更寬的吸收譜線和更高的量子產生率。
1.3.5 電化學氧化法
電化學氧化又稱電化學燃燒,是環境電化學的一個分支。其基本原理是在電極表面的電催化作用下或在由電場作用而產生的自由基作用下使有機物氧化。除可將有機物徹底氧化為CO2和H2O外,電化學氧化還可作為生物處理的預處理工藝,將非生物相容性的物質經電化學轉化後變為生物相容性物質。這種方法具有能量利用率高,低溫下也可進行;裝置相對較為簡單,操作費用低,易於自動控制;無二次污染等特點。
1.3.6 超聲輻射降解法
超聲輻射降解法主要源於液體在超聲波輻射下產生空化氣泡,它能吸收聲能並在極短時間內崩潰釋放能量,在其周圍極小的空間范圍內產生1 900~5 200 K的高溫和超過50 MPa的高壓。進入空化氣泡的水分子可發生分解反應產生高氧化活性的•OH,誘發有機物降解;此外,在空化氣泡表層的水分子則可以形成超臨界水,有利於化學反應速度的提高。
超聲波對含鹵化物的脫鹵、氧化效果顯著,氯代苯酚、氯苯、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等含氯有機物最終的降解產物為HCl、H2O、CO、CO2等。超聲降解對硝基化合物的脫硝基也很有效。新增O3、H2O2、Fenton試劑等氧化劑將進一步增強超聲降解效果。超聲與其他氧化法的組合是目前的研究熱點,如US/O3、US/H2O2、US/Fenton、US/光化學法。目前,超聲輻射降解水體污染物的研究仍處於試驗探索階段。
1.3.7 輻射法
輻射法是利用高能射線(γ、χ射線)和電子束等對化合物的破壞作用所開發的污水輻射凈化法。一般認為輻射技術處理有機廢水的反應機理是由於水在高能輻射的作用下產生•OH、H2O2、•HO2等高活性粒子,再由這些高活性粒子誘發反應,使有害物質降解。
輻射法對有機物的處理效率高、操作簡便。該技術存在的主要難題是用於產生高能粒子的裝置昂貴、技術要求高,而且該法的能耗大、能量利用率較低;此外為避免輻射對人體的危害,還需要特殊的保護措施。更多資料可登入易凈水網檢視。因此該法要投入執行,還需進行大量的研究探索工作。
1.4 臭氧法
臭氧具有極強的氧化性,對許多有機物或官能團發生反應,有效地改善水質。臭氧能氧化分解水中各種雜質所造成的色、嗅,其脫色效果比活性炭好;還能降低出水濁度,起到良好的絮凝作用,提高過濾濾速或者延長過濾周期。目前,由於國內的臭氧發生技術和工藝比較落後,所以執行費用過高,推廣有難度。
通俗意義上講觸媒就是催化劑的意思,光觸媒顧名思義就是光催化劑。催化劑是加速化學反應的化學物質,其本身並不參與反應。光催化劑就是在光子的激發下能夠起到催化作用的化學物質的統稱。
1光催化劑的種類:
二氧化鈦(TiO2);氧化鋅(ZnO);氧化錫(SnO2);二氧化鋯(ZrO2);硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體,其中二氧化鈦(Titanium Dioxide)因其氧化能力強,化學性質穩定無毒,成為世界上最當紅的奈米光觸媒材料。
2光催化劑的發展:在早期,也曾經較多使用硫化鎘(CdS)和氧化鋅(ZnO)作為光觸媒材料,但是由於這兩者的化學性質不穩定,會在光催化的同時發生光溶解,溶出有害的金屬離子具有一定的生物毒性,故發達國家目前已經很少將它們用作為民用光催化材料,部分工業光催化領域還在使用。
3光催化劑二氧化鈦:它是一種半導體,分別具有銳鈦礦(Anatase),金紅石(Rutile)及板鈦礦(Brookite)三種晶體結構,其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化特性。
吸附法、厭氧生物處理、組合生物處理等。
化學法:投加氨氮降解劑
通俗意義上講觸媒就是催化劑的意思,光觸媒顧名思義就是光催化劑。催化劑是加速化學反應的化學物質,其本身並不參與反應。光催化劑就是在光子的激發下能夠起到催化作用的化學物質的統稱。
光催化技術是在20世紀70年代誕生的基礎奈米技術,在中國大陸我們會用光觸媒這個通俗詞來稱呼光催化劑。典型的天然光催化劑就是我們常見的葉綠素,在植物的光合作用中促進空氣中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。總的來說奈米光觸媒技術是一種奈米仿生技術,用於環境凈化,自清潔材料,先進新能源,癌症醫療,高效率抗菌等多個前沿領域。
世界上能作為光觸媒的材料眾多,包括二氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO),氧化錫(SnO2),二氧化鋯(ZrO2),硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體,其中二氧化鈦(Titanium Dioxide)因其氧化能力強,化學性質穩定無毒,成為世界上最當紅的奈米光觸媒材料。在早期,也曾經較多使用硫化鎘(CdS)和氧化鋅(ZnO)作為光觸媒材料,但是由於這兩者的化學性質不穩定,會在光催化的同時發生光溶解,溶出有害的金屬離子具有一定的生物毒性,故發達國家目前已經很少將它們用作為民用光催化材料,部分工業光催化領域還在使用。
二氧化鈦是一種半導體,分別具有銳鈦礦(Anatase),金紅石(Rutile)及板鈦礦(Brookite)三種晶體結構,其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化特性。
二氧化鈦是氧化物半導體的一種,是世界上產量非常大的一種基礎化工原料,普通的二氧化鈦一般稱為體相半導體以與奈米二氧化鈦相區分。具有Anatase或者Rutile結構的二氧化鈦在具有一定能量的光子激發下[光子激發原理參考光觸媒反應原理]能使分子軌道中的電子離開價帶(Valence band)躍遷至導帶(conction band)。從而在材料價帶形成光生空穴[Hole+],在導帶形成光生電子[e-],在體相二氧化鈦中由於二氧化鈦顆粒很大,光生電子在到達導帶開始向顆粒表面活動的過程中很容易與光生空穴復合,從而從巨集觀上我們無法觀察到光子激發的效果。但是奈米的二氧化鈦顆粒由於尺寸很小,所以電子比較容易擴散到晶體表面,導致原本不帶電的晶體表面的2個不同部分出現了極性相反的2個微區-光生電子和光生空穴。由於光生電子和光生空穴都有很強的能量,遠遠高出一般有機污染物的分子鏈的強度,所以可以輕易將有機污染物分解成最原始的狀態。同時光生空穴還能與空氣中的水分子形成反應,產生氫氧自由基亦可分解有機污染物並且殺滅細菌病毒。這種在一個區域內2個微區截然相反的性質並且共同達到效果的過程是奈米技術典型的應用,一般稱之為二元論。該反應微區稱之為二元協同介面。
從上面介紹我們可以看到,二氧化鈦的光催化反應過程,很大程度依靠第一步的光子激發,所以有足夠激發二氧化鈦的光子,才能提供足夠的能量,我們也可以知道,光催化反應並不是憑空產生的它也是需要消耗能量的,符合能量守恆原則,它消耗的是光子,也就是光能。如果是太陽光照射光觸媒就利用太陽能,燈光就是利用光能。聯合國將光觸媒開發列為21世紀太陽能利用計劃的重要組成部分。
什麼樣的光子能激發二氧化鈦呢?從理論結構上來說,銳鈦二氧化鈦的導帶與價帶之間的間隙[我們稱之為能隙]是3.2eV 而金紅石二氧化鈦為3.0eV,所以金紅石需要光能大於3.0eV的光子而銳鈦需要大於3.2eV的光子。光子的能量E與波長λ(Lambda)與之具有反比關系E = h C / λ,所以可以知道波長小於380nm的光可以激發銳鈦型二氧化鈦。雖然銳鈦礦需要略多的能量來激發,但是同樣的銳鈦礦的二氧化鈦光觸媒具有更強的氧化能力,所以被更為廣泛的使用。有研究表明接近7nm粒徑時,銳鈦礦要比金紅石更為穩定,這也是很多奈米光觸媒採用銳鈦型的原因。
優點:1、合適的能帶電位
2、高化學穩定性
3、無毒無害
4、較高的光電轉換效率
5、低成本
6、高活性
缺點:無可見光吸收
在選擇和設計金屬催化劑時,常考慮金屬組分與反應物分子間應有合適的能量適應性和空間適應性,以利於反應分子的活化。然後考慮選擇合適的助催化劑和催化劑載體以及所需的制備工藝,並嚴格控制制備條件,以滿足所需的化學組成和物理結構,包括金屬晶粒大小和分布等。
光催化劑的起源:光催化技術是在20世紀70年代誕生的基礎奈米技術,在中國大陸我們會用光觸媒這個通俗詞來稱呼光催化劑。典型的天然光催化劑就是我們常見的葉綠素,在植物的光合作用中促進空氣中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。總的來說奈米光觸媒技術是一種奈米仿生技術,用於環境凈化,自清潔材料,先進新能源,癌症醫療,高效率抗菌等多個前沿領域。
補充:
世界上能作為光觸媒的材料眾多,包括二氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO),氧化錫(SnO2),二氧化鋯(ZrO2),硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體,其中二氧化鈦(Titanium Dioxide)因其氧化能力強,化學性質穩定無毒,成為世界上最當紅的奈米光觸媒材料。
客觀上講應該是沒有的,要不然怎麼用來處理環境污染物呢,當然,現在一些粉體的話,飛散起來的話對小范圍的環境是有點,但不是本質上的污染,使用的時候注意就好了。
『陸』 電廠水處理反滲透系統與陰陽床的原理分別是什麼各自有什麼優缺點謝謝
反滲透膜的基本工作原理是:
運用特製的高壓水泵,將原水加至6—20公斤壓力,使原水在壓力的作用下滲透過孔徑只有0.0001微米的反滲透膜。化學離子和細菌、真菌、病毒體不能通過,隨廢水排出,只允許體積小於0.0001微米的水分子和通過。反滲透膜具有設備構造緊湊,佔地面積小,單位產水量高,能量消耗少,去除雜質徹底,使用范圍廣,自動化程度高,使用操作方便,無污染等多種優點。
陰、陽樹脂的工作原理:
離子交換樹脂原理即是離子交換樹把溶液中的鹽分脫離出來的過程:
離子交換樹脂作用環境中的水溶液中,含有的金屬陽離子(Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)與陽離子交換樹脂(含有的磺酸基(—SO3H)、羧基(—COOH)或苯酚基(—C6H4OH)等酸性基團,在水中易生成H+離子)上的H+ 進行離子交換,使得溶液中的陽離子被轉移到樹脂上,而樹脂上的H+交換到水中,(即為陽離子交換樹脂原理)。
水溶液中的陰離子(Cl-、HCO3-等)與陰離子交換樹脂(含有季胺基[-N(CH3)3OH]、胺基(—NH2)或亞胺基(—NH2)等鹼性基團,在水中易生成OH-離子)上的OH-進行交換,水中陰離子被轉移到樹脂上,而樹脂上的OH-交換到水中,(即為陰離子交換樹脂原理)。而H+與OH-相結合生成水,從而達到脫鹽的目的。
『柒』 我們為什麼要安裝凈水器
1.水源污染:國家環境部門統計,我國82%的河流受到不同程度的污染;在我國七大水系中,不適合做飲用水源的河段已接近40%;城市水域中78%的河段不適合做飲用水源;約50%的城市地下水受到污染。
2.我國自來水廠由於設備及工藝相對簡單,依靠原有的絮凝、沉澱、氣浮、粗濾、加氯的常規處理工藝已經不能滿足高質量飲水要求。
3.自來水輸水管網二次污染:自來水出廠後,需經過漫長的輸水管網及水塔、水箱等設施,接觸的污染物甚多,存在嚴重的污染隱患,如:管道破裂、紅蟲滋生、生銹、結垢、腐蝕、等。
4.小區高層供水三次污染:多數的高樓水箱、水塔長期無專人護理,得不到及時清洗,水箱內各種沉積物越來越多,甚至長出青苔;密封條件差,滋生細菌、病毒等,甚至出現腐爛的動物屍體,嚴重污染了自來水水質。
5.礦業、工業和農業的高速發展,造成礦場的重金屬被雨水沖刷進入河流,工業排污將有機物苯、酚、塑化劑排入水體,農業使用的農葯殘留物和膠體也會污染水源。水中有毒有害物質(如重金屬、苯酚、塑化劑、農葯殘留、膠體、雜質和細菌、放射性物質及熒光物質等)對身體的危害,特別是影響青少年及女性的身體健康。
6.隨著礦業開采水中鈣鎂離子增加,造成水硬度逐步增加。特別是北方地區,水垢現象日益嚴重。結垢會影響涉水電器的工作。特別是熱水器、廚寶等電器,可能會導致漏電風險。危及家人安全。
7.隨著國人生活質量的提高,更佳注重家人飲水健康和便捷。居民對飲用水的標准越來越高,需要對飲用水深度凈化,以達到能夠直飲、健康安全、衛生及改善口感為目的。
『捌』 活性炭在處理飲用水中都有哪些作用
活性炭在處理飲用水中起到吸附雜質、凈化水質的作用。
活性炭吸附是建專立在常規給水處理基礎上,屬一般設置在砂過濾之後,也可與砂濾料組成雙層濾料過濾或以活性炭過濾代替砂過濾。
在利用活性炭吸附進行飲用水深度處理的過程中,發現在活性炭濾料上生長有大量的微生物,使出水水質提高且再生延長,於是發展了一種經濟有效的去除水中的微污染物質的生物活性炭工藝,流程為原水—(加入混凝劑)—澄清—過濾(加入臭氧)再利用活性炭吸附,最後是出水。
(8)反滲透膜和苯酚擴展閱讀:
活性炭相比其他材料的過濾器,還具有效率高,維護費用低,易於清洗更換,一次性投入,水頭損失小,進水水質要求比較寬松,出水要穩定,也易於擴建,佔地面積比較小,外形美觀。
活性炭吸附較廣用於各個領域,可以滿足液壓系統對過濾精度的要求,可以阻擋一定的雜質進入系統,濾芯具備足夠的強度,不會因為壓力大而受到損壞。
為了避免活性炭過濾器受到影響,在過濾的時候還是要有選擇性的進行過濾,比如濃度大,佷稠的液體不要過濾,還有就是鹼性強的溶液,因為鹼性溶液會影響活性炭吸附的效果。