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水处理综述
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作者:pmoff9f4d
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发布时间: 2258天前
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随着科学技术的进步与发展，近几年来，各种新型的水处理技术和设备层出不穷，水处理技术在工业、环保等方面都取得了长足的进步。本文从水处理工艺、水处理技术应用领域等方面阐述了水处理技术的最新发展情况，并对国内外水处理技术的研究进展与市场化情况进行了分析，进而对水处理技术的前景进行了展望。
关键词：水处理 水处理技术 国内外水处理发展现状
关键词：水处理 水处理技术 国内外水处理发展现状
1.引言
随着生产力的极大提高，工业废水、废渣、废气的大量排放，造成了地球水污染、土壤污染、大气污染、温室效应等污染问题，使人类面临地球环境恶化和可用淡水资源缺乏的难题。地球水资源虽丰富，但其中海水约占 97%，冰川水约占2%，地面和地下淡水的总量仅占总水量的0.63%[1-2]。世界许多地方淡水资源贫乏，而水污染进一步减少了可用淡水资源，严重威胁人类的生存和发展。因此，必须对水的问题予以高度重视，而正确掌握和合理利用现有水处理技术并研究新的水处理技术是解决水环境污染和合理利用水资源的重要途径。
水处理是指通过物理或化学手段，去除水中一些生产、生活不需要的有害物质的过程，是为了适用于特定的用途而对水质进行的调理过程。由于社会生产、生活与水密切相关。因此，水处理领域涉及的应用范围十分广泛，构成了一个庞大的应用产业。按照水体的来源，水处理可以简单的分成两类，一类是对自然水体进行处理用于人类的生产、生活（即给水处理）。另一类是将生产、生活中产生的污水经过处理，使其中的污染物浓度达到自然界能承受的范围，再将其排放回大自然中（即污水处理）。
目前，水处理方法主要分为物理方法、化学方法和生物方法。其中，物理方法包括沉淀法，过滤法，吸附法等；化学法包括酸碱中和法，氧化还原法，絮凝法等；生物方法则包括需氧法，厌氧法等。实际操作中我们通常从中选择多种组合成能够达到处理要求的工艺流程。
2.水处理技术应用领域
水处理技术主要应用于海水与苦咸水淡化、工业用水处理、中水回用、市政废水处理及饮用纯净水处理等方面。本文将简介海水与苦咸水淡化以及工业水处理技术两个方面。
2.1海水与苦咸水淡化
海水淡化技术也称海水脱盐技术，是分离海水中盐和水的过程。图1 [3]列出了海水淡化法的不同分类，其中除溶剂提取法和气体水化物法外，大多数已实际应用。应用最为广泛的是闪蒸法和反渗透法。
图1 海水淡化方法的分类
国际海水淡化发展趋势主要有以下几方面：
（1）各种海水淡化技术共存互补、并行发展。多级闪蒸的研发重点是新材料的应用、级间抽汽和其他新技术的应用。反渗透海水淡化的研发重点是高性能反渗透膜、新型预处理技术的开发和传统预处理技术的完善、大型高压泵与能量回收系统的开发与完善等。这些研发形成了各种海水淡化技术共存互补的格局；
（2）工程规模日趋大型化。社会需求和技术发展使国际海水淡化工程不断向大型化、规模化方向发展。海水淡化厂的规模已从最初的几百吨/日发展到现在的几十万吨/日，且单台设备的产水量迅速增加；
（3）成本日趋降低。技术进步、规模大型化以及建设和运行管理机制的不断创新使海水淡化的成本逐步降低；
（4）海水淡化与资源利用逐步形成产业链。海水淡化工程与发电厂相结合，利用电厂余热回收淡水和进行后续卤水综合利用，正在成为国际关注的热点。
2.2工业用水处理
工业水处理[4]包括循环冷却水处理、锅炉给水处理、油田水处理、工业和城市废水处理等。在城市用水中，工业用水占70-80%，其中冷却水又占工业用水的80%左右。工业用水处理[5]技术主要包括膜分离法、絮凝法、氧化法以及综合处理法。膜分离法被公认为 20 世纪到 21 世纪中期最有发展前景的技术之一。它具有无相变、常温操作、能耗低、设备简单、卫生程度高、自动化程度高等优点，在工业水处理领域具有广泛的应用和广阔的发展前景；絮凝法主要用来降低水的浊度、色度等感观指标，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。工业用水处理应用最广泛的絮凝剂为无机高分子型絮凝剂，具有凝聚性好、絮凝体形成速度快、密集质量大、沉降速度快等优点，而且比有机高分子絮凝剂价格低廉。它在技术上经历了从单一品种到多品种、从单组份到多组份、从一般功能到特殊功能或多功能的发展过程，品种有聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚氯硫酸铁、聚合氯化硫酸铁铝等。由于工业水的复杂性，任何单一的技术都很难达到理想的效果, 必须注意开发和应用水处理的综合技术, 进行集成化研究，如化学-物理结合，化学-生物结合，物理-生物结合等，以谋求高效、低耗、环保的新型处理技术[6]。
3. 水处理国外市场概况
从技术方面讲，目前国内外先进的水处理技术包括循环用水、反渗透海水淡化、超声水处理、绿色水处理剂和臭氧氧化等。其中，反渗透海水淡化技术正在迅速占领大型设施市场，而这一领域过去主要以蒸馏法为主。反渗透法处理效率的提升和渗透膜价格的回落促使反渗透海水淡化市场在过去5年中迅速发展，现在应用反渗透海水淡化技术的已不再是小规模的工厂，大型反渗透海水淡化厂已是司空见惯。污水处理在发达国家已有较成熟的经验，如日本、新加坡、美国、澳大利亚等国家也对污水处理给予了较大的投资，特别是新加坡并没有走先污染后治理的道路，而是采取经济与环境协调发展的政策。国外对污水的处理主要是通过建造污水处理厂，实践证明建造污水处理厂是解决水污染的一条有效途径。美国是目前世界上污水处理厂最多的国家，平均5000 人就有1座污水处理厂，国外城市都在为污水处理普及率达到100%而努力，推广低能耗高性能的污水处理工艺技术，提高水处理排放的标准[7]。
4.我国水处理技术的发展现状及面临问题分析
4.1 我国水处理技术的发展现状
20世纪80年代以后，随着改革开放的深入，给水处理引进吸收了外国先进技术和设备，提高了絮凝加药的自动化水平，开始了提高水质和微污染水源处理技术的发展，消毒剂广泛使用并呈多样化趋势，供水管网水质实现了自动检测，常规水处理技术得到加强[8]。目前，对于经济发展带来的水源污染的生物预处理技术及臭氧活性炭等水的深度处理技术在向实用化发展中，小型膜处理设备也已应用于高品质饮用水处理系统之中。
目前我国工业循环水处理上主要以投加缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂等化学药剂为手段来控制水的腐蚀、结垢和微生物黏泥。需要说明的是在工业水处理中的缓蚀剂20世纪60年代以采用铬酸盐和亚硝酸盐为主，由于毒性大，至20世纪七八十年代受到环境保护的限制逐渐为磷酸盐所取代。然而，近年来由于磷的随水排放又引起了水域富营养化而产生“赤潮”公害，各国已纷纷提出禁磷或限磷要求[9]，因而有机系列的钼系、钨系、硅系等无公害水处理缓蚀剂相继得到开发并逐渐推广应用。
阻垢剂方面，曾用木质素、淀粉类及腐植酸类，目前应用最广的为有机磷酸盐和高分子聚羧酸类。杀菌剂方面早期如氯、次氯酸钠、次氯酸钙等最为普遍，后来又发展了二氧化氯等[10]。然而氯消毒后产生的副产物 THM3 (三卤代甲烷)现已确认为致癌物质，因而目前使用的杀菌灭藻剂已扩大到臭氧、过氧化氢等非含氯的氧化型杀菌剂以及以季铵盐如十二烷基二甲基苄基溴化铵为代表的非氧化型杀菌剂。
在废水处理上，目前主要采用中和、沉淀、曝气、生物处理、混合稀释和过滤等手段，处理的目的是基本满足排放水质的要求，但总体处理率并不高。
4.2 当前我国水处理面临的主要问题
（1）水处理技术的发展缺少完整学科的支持
表现在：一是当前水处理技术与工程的概念和内涵已经发生了变化，早期给水处理和废水处理的内容已不符合“将水质不合格的原料水加工成符合标准的产品水”的现代水处理观念，原来给水处理与废水处理所存在的明确界限已消失了，并且给水处理和废水处理学科的知识不能满足水处理实践的要求。二是参与水处理工作的主体力量是早期的给排水专业、环境工程专业和化工专业的人员，尚没有能全面掌握给排水和废(污)水处理技术真正意义上的水处理技术与工程专业人员，原有的专业设置格局并未随水处理实践而变化[11]。三是水处理越来越摆脱原来注重结构工程，依赖水力学的传统内容，形成了以改造原有水质的工程特质，特别突出了“水质” 的概念，所解决的问题成了如何在水流条件下，发挥水处理的物理学、化学和生物化学的最佳水处理效果。很明显，水处理的发展正向着以新的概念、新的方法和理论研究水处理效果的方向发展，需要从相关学科中汲取精华，并以独特的形式去发展，原有的基础学科已支撑不了水处理技术和工程的发展。
（2）缺少先进水处理技术支持
目前,我国的水处理技术发展缓慢并且相对落后，与欧美等发达国家相比，差距是比较大的，这从水的利用水平上可见一斑。据估计，目前全国城市污水处理率不到40%[12]。水处理技术落后，水处理产业弱小，研究力量薄弱，导致水的有效利用水平低下，使得在有限的水资源使用上不能发挥水处理技术应有的作用。节约用水技术不发达的现状也从一定程度上导致了缺水形势的恶化。
从企业竞争状况分析，国内水处理企业众多，但经营理念严重滞后，市场观念淡漠，研发动力和能力不足，营销手段单一，信息化水平低，低层次和非市场因素层面的竞争异常激烈，从而加剧了我国企业水处理技术的落后。
（3）水源污染严重
全国97%的大中城市地下水受到严重污染,水库、湖泊由于富营养化藻类滋生而污染严重。近些年，随农药用量的增加和乡镇企业的发展，水体污染有由点向面、由干流向支流扩展的趋势。水源污染增加了水源选择的难度和处理难度。
5.展望
水处理的方法有很多，其处理过程涉及到物理、化学、生物、环境、材料、化工等多种学科，有待于进一步的研究。开发出能耗低、操作简单、运行经济、安全高效、没有二次污染的方法是水处理技术的发展趋势。
率先应用于航天工业的高技术反渗透膜分离技术已经显示出其强大的商业价值和市场前景。由于反渗透工艺对水中的无机盐、有机盐、微生物、热源、胶体等具有良好的去除效果，因此发展与推广很快，目前已经广泛应用于饮料、食品、医药、化工、电子等领域。从市场方面考虑，考虑到技术发展的缓慢，国际大公司开始重视技术服务，甚至包括向客户提供与水相关的完全解决方案，水处理相关的技术服务已经成为产业的主要发展方向。对我国而言，行内企业需要不断加强科研开发的重视和投入，建立水处理技术完整学科的支持，并进一步提高企业的经营管理水平，在吸收国外先进技术的同时重视先进经营理念的学习和引进，加强技术服务水平，从而强化自身的竞争水平。
参考文献
[1] 黄维生.浅谈我国污水处理的现状[J].西南给排水,2005,3(5):18-22.
[2] 季泰.我国水污染状况与防治[N].城市地质.2007,22(12):132-137.
[3] 阮国岭,冯厚军.国内外海水淡化技术的进展[J].中国给水排水,2008,24(20):86-90.
[4] 刘秋改.工业水处理技术的发展概况与技术进步[J].机械管理开发,2005,(2):50-51.
[5] 贾亮,李真.磁化技术在工业水处理中的应用[J].化学工业与工程,2006,23(1):59-64.
[6] 杨文忠,唐永明.循环冷却水处理新化学药剂的发展[J].工业用水与废水,2000,31(6):1-4.
[7] 邱建华,浅谈我国废水处理技术的研究与进展[J].江西化工,2012.
[8] 时桂杰.光催化氧化处理水中污染物的研究现状及发展趋向[J].环境科学与技术,1998,(3):1-4.
[9] 王翠,史佩红.电化学氧化法在废水处理中的应用[J].河北工业科技,2004,21(1):49-53.
[10] 吴桐,姜创,刘军海.污水处理絮凝剂的研究现状[J].化工科技市场,2009.
[11] 张育新,康勇.絮凝剂的研究现状及发展趋势[J].化工进展,2002,21(011),799-804.
[12] 杨威.美国水处理化学品市场现状与展望[J].工业水处理,1998,189(2):12-15.
