当前绿色化学及其技术在水处理中的应用 KSYHPD

当前绿色化学及其技术在水处理中的应用李剑，王拯，饶姗姗（兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州730070）一定水平，即在化学品的制造和应用中降低或消除有毒有害物质。水处理缓蚀剂和阻垢剂作为一类化学品，如果在这些领域应用绿色化学技术，可以减少或消除许多有毒有害的化学品，并在此基础上可以开发新型的可持续发展的绿色水处理技术和水处理药剂。

表1钼酸盐与铬酸盐的毒性比较实验生物药剂名称实验超滤设备时间1TLm50/（mg/L）水蚤钼酸盐554水蚤铬酸盐553520鱼里鱼钼酸盐847540鱼里鱼铬酸盐84296 1前言在世纪之初，世界化学和环境学科的发展方向发生了重大的变革其标志就是“绿色化学”概念的提出。目前，这一全新概念的影响已扩展到自然科学的各个学科，影响到国民经济的各个行业的发展战略。作为专用化学品的水处理剂，其发展战略与绿色化学密切相关，并且关于绿色水处理技术的研究及应用国内外已经取得了一定的进展，本文对此作一综述。

2关于绿色化学的概念随着工业的高度发展，全球性的环境污染和生态破坏日益严重，保护人类生存环境已刻不容缓。1995年3月16日，美国宣布“总统绿色化学挑战计戈I”，提出了“绿色化学”的概念。根据P.T.Anastas等的定义：绿色化学就是用化学的技术和方法，从根本上减少或消灭那些对人类健康或环境有害的原料、产物、副产物、溶剂和试剂等的产生和应用。简单地说，绿色化学是应用化学技术和方法降低或消除副产物、有机溶剂等对人体健康和环境有害的技术。

3绿色化学在水处理缓蚀剂的应用在冷却水、空调水等工业用水处理药剂中，缓蚀剂和阻垢剂是常用的两大类药剂。缓蚀剂是一类化学物质，当它少量加入腐蚀环境可以降低或阻止金属的腐蚀，从而可以使金属或合金得到保护；阻垢剂则是另一类化学物质，加入系统如冷却塔或锅炉可降低或阻止水垢的生成。缓蚀剂通常可分成无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两种。

3.1无机缓蚀剂有的无机缓蚀剂可在没氧存在时具有钝化的功能，包括铬酸盐、亚硝酸盐，它们能氧化金属的表面而生成钝化氧化物膜。其他的无机缓蚀剂则要求有氧存在时工作如磷酸钠、硅酸盐、硼酸盐、钨酸盐和钼酸盐。钼酸盐和钨酸盐是两种近期开发应用的无机缓蚀剂，钼酸钠可添加在冷却系统、汽车防冻系统以及金属切削系统以代替铬酸盐，其防止腐蚀的机理一般认为是钼酸盐离子可吸附在冷却塔金属表面生成金属钼酸盐膜可以防止腐蚀。由表1可知钼酸盐的毒性远低于铬酸盐。

钼酸盐可以作为肥料通常考虑其营养性要比毒性更多，其他可代替铬酸盐的还有肼类，以肼类用于船用柴油机引擎的缓蚀剂为例，在日本已作为专利。

另外钨酸盐系列的复合缓蚀剂的开发一方面考虑到钨是我国独特的丰富自然资源，我国钨的储藏生产和出口量均占世界**，具有资源优势，另一方面经医疗卫生单位测试，LD50值>2000mg/L属低毒物质，具有环境优势，目前已在有关炼油厂和制药厂等单位应用，并由国家环保局评为1998~2002年环保转化项目。新的无机缓蚀剂种类较少，而且无机缓蚀剂要求高浓度才能有效工作。近年来有机缓蚀剂发展则较快但其热稳定性则相对较差。

3.2有机缓蚀剂大量的有机化合物可作为有机缓蚀剂，目前至少有141个基本品种，有效的有机缓蚀剂其有机化合物必须是“键”的形式与金属表面相结合，通常这种有机化合物与金属能生成吸附键。有机缓蚀剂中*多的一类是有机胺，包括脂肪胺和芳香胺、一元胺、二元胺或聚胺及它们的盐。脂肪胺的吸附是由于它们具有表面活性的一NH2官能团，它能与金属表面生成化学键。如果在有机胺缓蚀剂中应用绿色化学概念，即减少对任何有毒性的胺化合物及其盐的应用，而引入新的低毒性的有机胺化合物来代替，例如以更多的脂肪胺代替和减少芳香胺的应用，又如三乙醇胺盐和醋酸盐可作为缓蚀剂用于润滑和金属加工工厂。

4主要的绿色水处理技术41膜处理技术膜分离过程大多无相变，可在常温下操作，具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点，在水处理应用中发展相当迅速。它包含微滤（MF）、超滤（UF）、渗析（D）、电渗析（ED）、纳滤（NF）和反渗透（RO）、渗透蒸发（PV）、液膜（IM）等。其中，RO、NF技术尤为引人注目。RO技术的大规模应用主要是苦咸水和海水淡化以及难以用其他方法处理的混合物。美国21世纪水处理厂用2套RO装置处理城市污水，产水量18925m3/d处理成本0.254美元/m3，成品水水质达到饮用水标准。NF技术是目前世界膜分离领域研究的热点之一，可用于脱除溶剂、农药、洗涤剂等有机污染物、异味、色度和硬度。澳大利亚用NF对二次污水进行处理，既减轻了市政供水系统的负荷，每年又可为热电厂节约操作费用80万美元。德国采用RO、高压RO和NF集成技术处理垃圾浙出液，自1994年运行以来，水的平均回收率达95%. 4.2高级氧化技术（AOPs）AOPs主要包括O3/UV（紫外线）法、反渗透净水设备厂家UV固相催化剂法、HOz/Fe2+法、3/H2O2法等。其原理是反应中产生氧化能力极强的。OH，°0H能够无选择性地氧化水中的有机污染物，使之完全矿化为CO2和HO.已研究过的半导体光催化剂有Ti2、ZnO、CdS、W3、Fe23、PbS、Sn2、In23、ZnS、SiTi3等十几种。其中，纳米Ti2的综合性能*好。

纳米Ti2光催化氧化法工业应用的主要困难是，光催化反应要求被处理体系具有良好透光性，而高浓度污水往往杂质多、浊度高、透光性差，使反应难以进行。如将该方法用于后期深度处理，先用生物法处理，再用光催化法降肖解即可获得满意结果。

由于光催化剂的固定问题仍未能很好解决，悬浮相催化剂有易失活、易凝聚和难回收等缺点，适于工业应用的光催化反应器急待开发。

4.3超声波降解技术超声波降解有机污染物的原理是，当声能足够强时，在疏松的半周期内，液相分子间的吸引力被打破，形成空化核，空化核的寿命为01，它在爆炸时的瞬间可产生约4000K和100MPa的局部高温和高压环境，并产生速度约为110m/s的具有强烈冲击力的射流。该条件足以使所有的有机物在空化气泡内发生化学键断裂、高温分解或自由基反应而使废水中的有机污染物降解。超声波对硝基苯酚的降解符合假一级反应，其降解机制主要为包含高温反应的界面声空化过程，反应路径为C一N键的断裂，次路径为°OH引起的反应。在20KHz、75W/cm2条件下，25m/l的饱和对硫磷水样经2h超声波处理可完全降解，净化过程主要受自由基反应控制。利用20KHz探头式超声波反应器对硫化氢溶液辐射约25min后，污染物彻底降解为硫酸根。

5结论按照可持续发展的要求，水处理技术的绿色化进程将会加快，开发高效、低毒、低能耗、不造成二次污染的水处理技术特别是光、声、磁、电、无毒药剂氧化、生物氧化等多种手段联用的新型绿色技术将成为水处理技术研究的热点和方向。

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