物理化学方法在水处理的地位与发展趋势

【摘 要】物理化学是化学的一个分支。它是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，应用物理学的观察、测量和数学处理方法来探讨化学变化基本规律的学科。物理化学是物理学与化学之间的边缘学科，它既研究化学反应的物理效应，如反应的热效应等现象，也研究物理因素对化学反应的影响，如温度、压力、浓度、光、电等条件与化学反应的关系。物理化学的许多知识，日益渗透到水处理技术中，形成各种废水的物理化学处理方法。

【关键词】物理化学方法 水处理 发展趋势

一、引言

污水的物理化学处理是利用物理和化学反应的作用以去除水中的杂质。它的处理对象主要是污水中的无机或有机的溶解物质或胶体物质。污水可以利用物理化学的原理和化工单元操作以去除水中的杂质，适用于杂质浓度很高的污水（通常用作物质的回收利用）或是杂质浓度很低的污水（通常作为污水的深度处理）。

按照目前国内外污水处理的实际经验和应用来看，城市污水处理几乎都将生物法作为主要的处理工艺，因物理化学方法处理成本过高，污水处理厂很少考虑将其用来处理城市污水。可是对于工业废水、垃圾渗滤液、含油废水等污水的处理，物理化学法是首选方法。

二、常用的物理化学处理法

（一）中和法

在含有重金属离子的废水中，投入中和剂使之生成氢氧化物沉淀，再除去的方法。使用中和法应知道最适宜的pH值和处理后残品在溶液中的重金属离子浓度。中和法常用的中和剂有生石灰、消石灰、碳酸钙、电石渣、苛性钠、碳酸钠等，其中消石灰最为常用。中和法在实际应用中要考虑共沉淀现象和络合现象对金属沉淀的影响。

（二）离子交换法

用离子交换树脂把溶存在废水中的离子交换到离子交换体中，除去或者回收重金属的方法。它是在固相离子交换剂和液相电解质溶液间进行的。离子交换树脂一般以苯乙烯、二乙烯基苯的聚合物为基体，其上附加离子交换基的粒状或膜状树脂，由于离子交换树脂价格昂贵，再生费用也较高，因此，一般废水处理上很少使用，但它在处理少量，毒性大，有回收价值的重金属时也是可行的。

（三）吸附法

吸附法是一种传统的水处理方法，它一直是研究的热点。1956年，瑞典矿物学家Cronsted等发现了自然界中沸石的存在。但直到以美国UCC公司为代表研究成功沸石晶体的水热合成工艺之后，才开始广泛利用这种矿物。目前，它已被广泛应用于消除重金属离子。另外常用的吸附剂是活性炭，有人用这种方法来消除汞污染，当废水中含汞0.1～1.0ppm时，经活性炭吸附后可减少至0.01～0.05ppm。

（四）混凝

混凝是常用的水处理物理化学方法。通过向水中投加混凝剂，使其中的胶粒物质发生凝聚和絮凝分离出来从而净化水。混凝系凝聚作用与絮凝作用的合称，前者系因投加电解质，使胶粒电动电势降低或消除，以致胶体颗粒失去稳定性，脱稳胶粒相互聚结而产生；后者系由高分子物质吸附搭桥，使胶体颗粒相互聚结而产生。

三、物理化学方法发展趋势

近年来，光催化氧化技术、膜法、超声接入技术等新技术在难降解有机工业废水处理方面的应用研究十分活跃，它们对难降解有毒有机废水所表现出的高处理效率引起了人们越来越大的兴趣。这些新技术都将是以后水处理物理化学方法所研究的重点。

（一）光催化氧化技术

光催化氧化是在有催化剂的条件下的光化学降解，分为均相和非均相两种类型。均相光催化降解是以Fe2+或Fe3+及H2O2为介质，通过光助芬顿反应产生羟基自由基使污染物得到降解。非均相催化降解是污染体系中投入一定量的光敏半导体材料，如TiO2、ZnO等，同时结合光辐射，使光敏半导体在光的照射下激发产生电子空穴对，吸附在半导体上的溶解氧、水分子等与电子空穴对作用，产生OH·等氧化能力极强的自由基。目前在水处理领域研究较多的主要是TiO2半导体光催化剂。

（二）膜法水处理技术

膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

反渗透法是一种膜分离技术，该方法是依靠一种半透膜起作用。理想的半透膜能使溶剂通过，而溶质不能通过。当废水一边施加压力超过废水的渗透压时，废水中的水分子就被压过膜而流到清水一边。通过反渗透，废水得到浓缩，而被压过膜的水就得到了澄清。用它处理工业废水，既可回收水中有用物质，又可回收水供重复使用。因此它可以作为废水处理的一种高级手段。

（三）超声接入技术

近年来，随着声化学的兴起，功率超声作为污水处理的一种新兴手段已经得到了应用，其降解条件温和，降解速率快，适用范围广，可以单独或与其他水处理技术联合使用。尤其是对工业废水中的有机物的降解非常显著，对有机物的处理更直接，能将水体中有害有机物转变成CO2、H2O、无机离子或比原有机物毒性小易降解的有机物，且没有二次污染。

在处理难降解、高浓度有机废水，特殊工业废水时，物理化学方法有着不可替代的优势，以其普适性和高处理效率，在今后的水处理界将有着广阔的应用空间。

参考文献：

[1]肖锦.城市污水处理及回用技术[M].北京：化学工业出版社，2002

[2]许保玖.当代给水与废水处理原理[M].北京：高等教育出版社，2000

[3]赵庆良.废水处理与资源化新工艺[M].北京：中国建筑工程出版社，2006

作者简介：王然（1990-）男，长安大学 环境科学与工程学院 硕士研究生，市政工程专业。