現(xiàn)代化學(xué)凈水手段分析

鄧小滿（廣州市海珠羊城環(huán)保有限公司 廣東廣州 510310）

當(dāng)今，人們面臨著嚴(yán)重的資源短缺問題，環(huán)境污染越來越嚴(yán)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(jīng)濟(jì)取得了快速平穩(wěn)增長，但是在經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)也付出了一些代價(jià)，一些工廠將未經(jīng)處理的污水隨意排放到河流中，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致大量水生生物的死亡，并使水體環(huán)境逐漸惡化，并進(jìn)而影響普通民眾的生活用水，因此與時(shí)俱進(jìn)，探索有效的凈水手段十分必要。

1 生態(tài)混凝土凈水技術(shù)

1.1 生態(tài)混凝土化學(xué)凈水原理

生態(tài)混凝土是將材料學(xué)和環(huán)境科學(xué)融合起來的一種新型污水處理技術(shù)，它具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與表面特性，能夠與生態(tài)環(huán)境相結(jié)合并達(dá)到凈水功效。生態(tài)混凝土的原材料一般使用粗骨料，極少使用細(xì)骨料，因此生態(tài)混凝土內(nèi)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(xué)作用以及生物化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)凈水作用。生態(tài)混凝土在水化過程中或者長時(shí)間的浸泡過程中會持續(xù)釋放石灰，可以調(diào)節(jié)水的酸堿度，并可以使水中的懸浮物質(zhì)發(fā)生絮凝沉淀，使水變得澄清，并降低水中污染物質(zhì)的含量。生態(tài)混凝土層狀結(jié)構(gòu)中釋放的一些離子能夠與污水中的陰離子、陽離子產(chǎn)生離子交換，例如生態(tài)混凝土釋放出的鎂離子能夠與銨離子發(fā)生離子交換，銨離子會吸附在生態(tài)混凝土的巨大表面上，依靠硝化細(xì)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(fā)生離子交換，生成磷酸氫鎂三水化合物，這種物質(zhì)難溶于水，會沉淀在水底；生態(tài)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(zhì)發(fā)生絮凝沉淀，因此生態(tài)混凝土具有十分良好的凈水功效。

1.2 生態(tài)混凝土在凈水中的研究與應(yīng)用

1.2.1 處理生活污水

生態(tài)混凝土在生活污水凈化中的研究與應(yīng)用最初是在日本的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，我國高校隨之也開展了生態(tài)混凝土的相關(guān)研究工作。在生態(tài)混凝土研究中，有學(xué)者根據(jù)生態(tài)混凝土的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shí)，并以推流的方式通過生態(tài)混凝土濾層，最后在溢流壩上溢出，這種應(yīng)用方法已經(jīng)申請了國家專利。在實(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他凈水手段。

1.2.2 凈化水源水

生態(tài)混凝土凈水研究學(xué)者試驗(yàn)并考察了生態(tài)混凝土對水源地水質(zhì)的改善情況，發(fā)現(xiàn)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(tài)混凝土能夠很好地改善水體的富營養(yǎng)化狀況，提高水源地的水質(zhì)等級，可以在我國水源地水質(zhì)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(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，海水污染已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)重的問題。我國近岸海域的總體水質(zhì)呈現(xiàn)輕度污染，渤海灣、遼東灣、膠州灣和閩江口海域等水質(zhì)較差，長江口、杭州灣和珠江口水質(zhì)非常差，由于工業(yè)廢水未經(jīng)處理后排放，導(dǎo)致近岸海域經(jīng)常出現(xiàn)赤潮現(xiàn)象。日本長崎大學(xué)利用生態(tài)混凝土進(jìn)行了海水現(xiàn)場試驗(yàn)，每一個(gè)月記錄一次水質(zhì)，為期一年，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，生態(tài)混凝土具有富集營養(yǎng)物質(zhì)的功能。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行海水凈化實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，生態(tài)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(zhì)量，緩解水體富養(yǎng)化化狀況。

1.2.4 處理金屬污染

日本宮城大學(xué)研究了多孔生態(tài)混凝土對金屬污染的凈化功能，實(shí)驗(yàn)以多孔生態(tài)混凝土和鋅含量高的污水為材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋅的濃度大幅度下降，在掃描電鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)，鋅大多數(shù)被吸附在多孔混凝土表面經(jīng)水花作用形成的針狀微粒上，因此生態(tài)混凝土可以應(yīng)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(xué)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(xué)吸附劑、沉淀劑等，通過物理作用或者化學(xué)作用去除飲用水中對人體有害的物質(zhì)，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(xué)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(xué)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(jī)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(xué)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(fā)生反應(yīng)，達(dá)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(fā)生反應(yīng)后可以洗脫再生，實(shí)現(xiàn)凈水劑的重復(fù)利用，因而是一種高效的化學(xué)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(xué)試劑與其羥基發(fā)生酯化反應(yīng)、醚化反應(yīng)或者氧化反應(yīng)，并按照人們的需求合理控制反應(yīng)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(shí)攜帶酸性基團(tuán)和堿性基團(tuán)，并能夠保持纖維素的結(jié)構(gòu)，因此被稱為纖維素離子交換劑。纖維素離子交換劑十分穩(wěn)定，能夠吸附一些金屬離子以及高分子物質(zhì)，離子交換劑的質(zhì)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(zhì)量的關(guān)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(huán)節(jié)下大功夫，如果是要進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，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(shí)的溫度控制在一個(gè)合理的值，溫度太高，顆粒可能會結(jié)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(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等的影響。制備纖維素離子交換劑時(shí)可以適當(dāng)增加堿的濃度，但是堿的濃度不能過高，不然會導(dǎo)致纖維素過分溶脹；可以適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，但是溫度過高會使纖維素呈現(xiàn)黃色；在冰浴上進(jìn)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(xù)的洗滌等工作造成麻煩，因此從整體上講，可以通過適當(dāng)增加堿的濃度，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，適當(dāng)進(jìn)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(dá)到一定的柱流速，但是其吸附的蛋白質(zhì)、酶等高分子物質(zhì)就不能夠進(jìn)入，不能被有效去除，因此需要綜合考慮堿的濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素，使反應(yīng)在平穩(wěn)狀態(tài)下進(jìn)行，避免纖維素離子交換劑過度溶脹而影響交換效果。

3 結(jié)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(lián)合起來，不斷探索科學(xué)有效的凈水策略。化學(xué)凈水方法是一種十分常用而且有效的凈水方式，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型的化學(xué)凈水試劑不斷被研發(fā)出來，并逐漸應(yīng)用到實(shí)際凈水工作中去，生態(tài)混凝土的研發(fā)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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