1、引言

治理水污染已经成为当前全球水资源可持续利用和国民经济可持续发展的重要战略目标。为了合理地开发和利用水资源，降低水污染对环境的破坏和对人类生活的危害，必须对工业废水和生活用水进行科学的处理。

尤其是排放水中含有的有机营养素(如氮、磷等)对公共健康和环境破坏具有很大的影响。随着对水质要求的不断提高，许多传统的方法已经不能满足国际检测水质标准了。这就要求我们必须开发更先进水处理技术来适应新的挑战。

2、活性碳水处理技术

活性炭是一种由含碳材料制成的外观呈黑色、内部孔隙结构发达、表面积大且具有很强的吸附能力的一类微晶质碳素材料。活性炭表面的微孔直径大多在2-50 nm之间，因此就算是少量的活性炭，也会有巨大的表面积，每克活性炭的表面积是500-1500 m2，活性炭在任何领域的应用，基本上都是基于它的这一特点。

活性炭吸附法指的就是利用活性炭的表面微孔结构，对污水中的一种或者几种物质进行吸附，达到净化水质的目的。

近些年来，国内外对活性炭吸附处理染料废水的研究较多。Arami 等对活性炭吸附模拟染料废水进行了研究。实验选取阴离子染料–直接蓝78 和直接红31 为模式污染物。考察了活性炭投加量，初始染料浓度及盐浓度对染料吸附性能的影响。实验结果表明，活性炭对于染料的吸附速率符合假二级动力学模型。在两种染料各自单独存在的一元体系和两种染料同时存在的二元体系中，吸附都遵循Langmuir 模型。在一元体系中，活性炭对于直接蓝78 和直接红31 的吸附饱和量分别为76. 92和111 mg /g；在二元体系中，吸附饱和分别为76. 92 和125 mg /g。

3、电化学水处理技术

电化学技术是指在特定的电化学反应器内，通过设计的电极反应以及由此而引起的一系列的化学反应、电化学过程或物理过程，使污染物达到降解转化的目的。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为“环境友好”技术。

与生化处理方法相比，电化学技术一般不受生物毒性的影响，可以作为高毒性、高腐蚀性有机物的有效处理方法，也可以作为生化方法的预处理，使有毒的大分子有机物转化成为小分子有机物，提高其生化性，利于进一步生化处理。

电化学法以电子作为反应剂，以电场能为反应动力，能量要求简单，仅为电压和电流，不需要特殊的温度限制，相比于热解、光解有更高的能量转化效率，并能有效脱除一些有色废水中的色度。

目前，该方法已被用于处理铬、氰化物，降解EDTA、染料废水、甲醇、垃圾渗透液、酚类化合物、氯化有机物、硝基苯等。惠州市某电镀厂在生产工艺流程中排出各种清洗废水和废液，这些废水中含有铬、铜、镍、锌等离子，废水毒性很大，必须处理达标后排放。经过研究，他们采用了微电解法对其排放的污水进行了治理。该污水处理装置投入运行后该厂连续15d对污水取样检测，每日一次，采用原子吸收分光光度法测定。检测结果表明，处理后的出水达到了《污水综合排放标准》一级标准。

4、臭氧水处理技术

臭氧是自然界中最强的氧化剂之一，在水中的氧化还原电位为2.07 V，仅次于氟的2.87 V。由于其氧化能力高于氯(1.36 V) 、二氧化氯(1.5 V) 和二氧化氢(1.28 V) ，氧化过程能够破坏分解细菌的细胞壁，迅速扩散渗透细胞内，使细菌的代谢和繁殖过程遭到破坏，近年来被广泛应用于各种水处理工艺当中。

在饮用水处理中，臭氧的可投加方式包括预氧化、中间氧化和消毒。臭氧的预氧化可去除水中的无机物、色度、浊度、悬浮固体，部分分解有机物从而提高混凝-絮凝-沉淀效果。中间氧化主要是分解有毒微污染物，并提高有机污染物的可生化降解性。

臭氧消毒可消灭水中残留微生物，与传统氯消毒相比可有效减少消毒副产物的生成。因此，科学合理地将臭氧应用在给水处理技术中提高饮用水水质，可以达到《生活饮用水卫生标准》中的多数指标。

而对于印染废水、医药废水等工业废水的处理，臭氧同样具有很好的效果。由于臭氧能将发色基团大分子降解成小分子后有效去除，在针对脱除染料废水、印染废水和造纸废水色度中有着广泛应用。

钟里等人根据O3和H2O2反应机理以及它们与废水中污染物的反应机理，建立描述污染物被O3/H2O2氧化降解的速率方程和动力学模型，并预测污染物的O3/H2O2氧化过程是自由基反应控制，衰减速率与O3和H2O2浓度有关，而与污染物浓度关系不大。马军等用此工艺处理水中的二苯甲酮，结果表明，通过臭氧与H2O2的共同作用可以有效氧化水中的二苯甲酮，产生有机羧酸类物质，降低毒性。

与常规水处理技术相比较，臭氧高级氧化技术由于促进臭氧分解产生强氧化性的羟基自由基，而具有使用范围广、反应速率快、对有机物降解效果好等特点。然而，臭氧制备设备复杂、臭氧利用率低和较高的处理成本等问题，且氧化过程中各种副产物的生成还是应引起足够的重视。所以，在选择使用臭氧高级氧化技术时，应有针对性的对原水进行检测和预处理，避免生成有害的消毒副产物。

活性炭因其具有巨大表面积及方便实用的特点，是一种较好的催化剂，而臭氧/活性炭协同降解有机污染物处理技术近年得到了长足的发展。张彭义指出，与单独臭氧作用相比，臭氧/活性炭可加快对苯甲酸、对氯苯甲酸和乙酸钠3种有机物的降解速率，且活性炭对有机物臭氧化影响的作用与有机物的种类有关。

5、膜技术在水处理中应用

膜技术是新的水处理技术，主要包括微滤(MF) 、超滤(UF) 、钠滤(NAF) 、反渗透(ＲO) 以及电除盐(EDI) 等，这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料，选择性地分离水和水中的杂质，其突出的优点是在水处理过程中不需酸、碱，操作方便，出水水质好，性能稳定。锅炉补给水制备工艺中，可采用反渗透替代阳、阴床一级除盐，用EDI替代混床离子交换。许多电厂应用“水→预处理→超滤→反渗透→电除盐→锅炉补给水”工艺，进行锅炉补给水处理。

随着膜技术的发展出现的全膜法即三膜处理工艺(微滤MF/UF→ＲO→EDI) 不再需要离子交换，可避免离子交换的缺点，此工艺已成为发电厂纯水制造工艺的发展趋势。

我国沿海的江苏、上海以及西南地区的成都，华北地区的北京等地，一些液晶面板、LED、半导体生产企业等的新建厂房开始逐步使用全膜法技术来制备超纯水。在目前这些企业中，超纯水的制备流程一般为：超滤→双极反渗透→EDI→抛光床→超纯水，在超滤前通过添加杀菌剂NACLO来杀灭水中的细菌，并且通过加入NaHSO3，安装ORP在线仪表时刻防止膜被氧化，在水中添加阻垢剂，防止钙、镁等难溶盐在反渗透浓水侧结垢。

针对进水水质较差的条件，可以选用抗污染的、高脱盐率的低压复合膜，这种膜的5年脱盐率在97%以上是完全可以保证的。所以，当原水的浊度＜4000 us/cm时(考虑到保险系数)，“全膜法”完全可以适合。而且设备可以去除上一级处理产生的中间产物，并且将水中浓度极低的残留离子去除，保证出水的电阻率大于18.2 MΩ(25℃下)。

6、超声水处理技术

超声技术是利用声空化过程把声场能量集中起来，然后伴随空化泡崩溃而在极小的空间内将能量释放出来，使之在正常温度与压力的液体环境中产生异乎寻常的高温(高于5000 K)和高压(高于5×107 Pa)，形成局部“热点”，从而加快化学反应速率。

利用超声技术降解水中的化学污染物(尤其是难降解的有机污染物)是近几年来发展起来的一种新型水处理技术。它具有去除效率高、反应时间短、设施简单等特点。

研究表明，超声功率对挥发性的疏水有机物影响较小，对难挥发的亲水性有机物影响较大。将超声波用于强化微污染水的生物处理实验表明，通过一定强度的超声波处理后，膜生物反应器的生物活性得到增强，反应器有机负荷增加，有机物净化效率提高。超声处理促进了生物活性，且功率为10 W的超声波促进生物活性的效果最为明显。采用超声与厌氧生化法相结合的工艺处理碱法草浆黑液，COD去除率可达57%-69%，比单纯厌氧法提高约20%，且处理后污泥活性增加，综合毒性降低。

超声技术在饮用水杀菌、消毒、阻垢、去除水垢等方面也有明显效果。有研究表明，当频率为200 kHz、声强为2 W/cm2 时，超声灭菌效果最佳，并且不受原水质中细菌浓度的影响。

目前，超声技术在水处理上的研究大都局限于实验室水平，要真正实现这项技术的工业化还必须加大对其反应动力学的研究，开发出能够批量运行的大型超声反应处理装置。另外，将超声技术与其它氧化技术相结合起来才能更有效地发挥超声技术在水处理中的优势作用。

7、结论

水资源决定着人类生存和发展的连续性，合理开发和利用水资源取决于对水资源的认识和其再生能力的发掘。“绿色化学”的应用为水处理工程提供了新的思路。

本文所涉及的五大类先进水处理技术顺应了国际绿色化学发展的要求，因而具有潜在的可开发应用前景。每一种水处理技术本身并不是单一的，几种技术协同使用才能发挥增强的处理效果，相信对于水处理行业研究人员的思维将起到积极的拓宽作用。