[科普中国]-物理化学净化

简介

污染物进入水体后，水体自身经过一系列极其复杂的物理、化学、物理化学和生物化学的变化使污染物浓度或毒性逐渐降低，经一段时间后恢复到受污染前的净洁状态的过程。水体是一个具有一定结构的功能单位，即一个生态系统，它对外界因素的影响具有一定的调节能力和缓冲作用。从而保持着生态平衡。水体主要是通过互相影响，同时进行的物理净化、化学和物理化学净化、生物净化三类过程实现自净的。

(1)物理净化过程。污染物进入水体后由于水流的湍流扩散而被稀释、混合，经过挥发、沉淀等过程而使浓度降低。沉淀是暂时的、相对的净化作用。

(2)化学和物理化学净化过程。进入水体的污染物是复杂的，由于溶解氧的存在，水体内可发生氧化还原、化合、分解、中和等反应，以及络合、螯合、吸附和凝聚等作用，使污染物挥发、沉淀、变态和降解，从而降低了污染物的浓度和毒性。

(3)生物净化过程。由于水体中存在着形形色色的微生物群，在它们分泌的各种酶的催化作用下，污染物发生各种各样的生物化学反应，从而使污染物氧化分解为无毒物，或被还原为难溶化合物而沉淀，使水中污染物浓度降低。另外，水生生物的吸收富集，也是水体中某些污染物的净化途径。从某种意义上说，水体自净是一种资源，合理而充分利用水体自净能力，可减轻人工处理污染的负担。

净化方法沉降沉降是从油中除去水分和机械杂质的常用方法。利用水分和机械杂质 的密度比油品大，在重力作用下，可使大部分混杂物从油中沉降而被分离 。沉降速度是影响沉降分离的关键因素。若油中机械杂质 的密度或颗粒直径愈大，或油的黏度、密度愈小则混杂物的沉降速度就愈快，其分离效果也愈好。2

离心该法是基于废旧油中的油、水、固体杂质及油泥沉淀物的密度不同， 在离心力的作用下，其运动速度和距离也各不相同的原理，将废旧油置于 离心机内，油最轻，聚集在旋转鼓的中心;水的密度稍大，被甩在油品的 外层;油中杂质最重被甩在最外层，这样三种密度不同的物质在离心机的 作用下被分开。离心法的优点是设备小、占地少、效率高，宜于在船上等场地狭小的 地方使用;但与沉降法相比，其费用高，在场地宽裕的地方，采用沉降法 更为经济合理。2

过滤过滤是利用过滤介质两边的压力差，使废旧油通过过滤介质，油中的 混杂物被截留在介质表面。变压器油脱除固体杂质最有效的手段是过滤， 有些密度与劣化油接近的杂质或者颗粒直径很小的杂质，用沉降或离心的 方法很难除去，而采用适当的过滤材料进行过滤，则可去除，常用的过滤 材料是滤油纸。目前，国内多采用板框式压力滤油机滤油。2

吸附净化利用吸附剂有较大活性表面积， 对废旧油中的酸性组分、树脂、沥青 质、不饱和烃和水等有较强吸附能力 的特点，使吸附剂与废油充分接触， 从而除去上述有害物质。常用的吸附 剂有活性白土、硅胶、活性氧化铝等。

分类变压器油用吸附剂再生，分接触 再生法和渗滤再生法两种。

(1) 接触再生法： 如图所 示，废旧油与吸附剂在搅拌条件下混 合，使其充分接触并在一定温度下保 持一定的时间，以达到预期的效果。 使用的吸附剂为粉末状或为球状，适 用于再生从设备内换下的油。

(2)渗滤再生法： 将吸附剂装入 柱形渗滤器中，废旧油连续地通过渗 滤器与吸附剂接触并反复循环，以获 得较好的再生效果。在渗滤法再生过 程中油流动的动力可以依靠位差自流，也可以是泵送强迫油流动。使用的吸附剂是颗粒状的，适用于再生设备内换下 的油和运行中的油。吸附渗滤法的最大优点：能够对运行中的油进行旁路在线的连续处理。 变压器油在变压器中的带电再生处理2

应用造纸污水净化首先采用化学方法使溶解态有机污染物从真溶液状态下析出 ，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒，然后采用物理吸附法将污水中各种胶粒和悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体，再依靠流体力学原理，在自行设计的高浊度污水净化器内使絮体与水快速分离，清水经过滤之后回用，污泥则在浓缩室内浓缩，经脱水之后亦可以再利用我们投入一种无机高分子混凝药剂，其示性式为[Fe2(OH)n( SO4 )3-n2]m，其水解反应过程中会放出氢离子 ( H+)，这些H+恰好用于取代污水中的木素羟基或酚基上的钠离子 (Na+)，而生成不溶于水的木素酸，从而起到了从污水中脱除木素的作用。造纸污水中的木素分为“酚基碱木素” ( RONa )和“羟基碱木素” ( RCOONa)。当酚基或羟基上的 Na+ 被H+ 所取代时，即生成不溶于水的木素酸，并带负电荷。3

净化印染废水印染废是织物印花染色等加过程中产生的废水，是纺织行业中最难处理的一股废水。我所与北京印染厂合作，研究成功一种印染废水深度净化新流程。采用化学混凝法除去废水中不溶性染料与浆料，用化学氧化和活性炭吸附相结合除去可溶性染料，再用空气吹脱除去洗涤剂和助剂。经过长期的小型和中型试验表明，处理后出水COD从 500mg/1降到10m gl/，颜 色可从50倍降到10倍以下，除无机盐外其主要指标接近使用的河水水质，污泥量仅万分之七(通常生化法为3 一 6 % )据鉴定认为，染 废冰处理后 出水水质，符合国 家排放标 准；处理后的 出水回用，对棉织物染色整装与河的效果没有明显差别。北京印染厂采用此法建立的 日处理 量五千吨印染废水深度 净化新流程已投于实际使用。处理后的印染废水不仅完全达 到了国家排放标准，而且每天可以回收二千多吨好再回到生产中使用。据初步了解，这一方法已被全国各地的十几个工厂用。4

气体生物净化气态污染物生物净化是利用微生物的生命活动将废气中的污染物转化为二氧化碳、水、硫酸盐和细胞物质等无害或少害物质。但与废水生物处理相比，气态污染物首先要经历由气相转移到液相或生物膜表面的传质过程，然后才能在液相或固相表面被微生物吸收降解。气态污染物的生物净化过程也是人类对自然过程的 强化与工程控制，其过程的速度取决 于：(1)气相向液相、生物相的传质速率 (这与污染物的理化性质和反应器的结 构等因素有关)，2)能起降解作用的活性生物质的量，3)生物降解速率(与污染物的种类生物生长的环境条件、抑制作用等关)。按微生物的存在方式和水分、营养的添加方式的差异，气态 污染物的生物净化设施可分为三类：生物过滤器(biofilter)，生物滴滤器 (Biotrickling filter)，生物洗涤器(Bioscrubber)。生物法作为一种新型的气态污染物的净化工艺自20世纪90年代已得到越来越广泛的研究与应用。 与传统的物理化学净化方法相比，生物法具投资运行费用低较少二次污染等优点。5

优点按照水体的净化机理 ,结合长江口和上海滨岸带近岸水体的物理、化学和生物等因素的实际特征 ,对近岸水体的自然净化作用进行了阐述和分析。并在历史资料和实测资料基础上 ,就近岸水体的自然净化作用进行了评价。评价结果表明，因长江河口近岸水体存在较强的自然净化作用机制，近岸水体的自然净化能力较强，环境容量较大，但由于污染物输入量的不断增加，部分岸段近岸水体的环境质量有逐渐下降的趋势；近岸水体的自然净化作用具有明显的季节性变化，长江口南岸水域洪水季节水体的自然净化作用比枯水季节强，而杭州湾北岸水域的自然净化作用表现为相反的变化趋势，因此建议在近岸污水排放过程中应考虑近岸水体的自然净化能力，遵循水体的自然净化作用规律分析了城市地表水体的污染特性和成因,综述了物理法、化学法、生物法及自然净化法等国内外城市地表污染水体常用的净化技术的特点及应用情况，指出了各种技术在实际应用中存在着应用范围窄、对水域生态系统的结构和功能有一定的负面影响以及净化效果不理想和资金花费大等方面的缺点，同时分析了我国当前经济条件下各种强化净化技术的发展前景。6