21世紀水行業(yè)向綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展
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在世紀之交，世界化學和化工學科的發(fā)展方向發(fā)生了重大的革命性的變革，其標志就是“綠色化學”概念的提出。作為大量使用化學品、化學技術的水處理行業(yè)，其發(fā)展戰(zhàn)略與綠色化學密切相關。綠色化學概念的提出隨著工業(yè)的高度發(fā)展，全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞日益嚴重，保護人類生存環(huán)境已刻不容緩。
1992年6月，在巴西里約熱內(nèi)盧召開了聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會，通過了“21世紀議程”，要求各國制定和組織實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、計劃和政策，迎接人類社會面臨的共同挑戰(zhàn)。隨之，社會的可持續(xù)發(fā)展及其所涉及的生態(tài)、環(huán)境、資源、經(jīng)濟等方面的問題越來越成為國際社會關注的焦點，被提高到發(fā)展戰(zhàn)略的高度，更為嚴厲的保護環(huán)境的法規(guī)不斷出臺，促使人們尤其是化工界把注意力集中到從本源上杜絕或減少廢棄物的產(chǎn)品，即原始污染的預防而并非污染后的治理。
1995年3月16日，美國宣布“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)計劃”，提出了“綠色化學”的概念。環(huán)境友好化學、潔凈化學、原子經(jīng)濟性、綠色技術等一系列新的名詞也相繼出現(xiàn)。根據(jù)P。T。Anastas等的定義，綠色化學就是用化學的技術和方法，從根本上減少或消滅那些對人類健康或環(huán)境有害的原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、溶劑和試劑等的產(chǎn)生和應用。原子經(jīng)濟性概念首先由美國著名有機化學習B。M。Trost提出，即高效的化學合成應最大限度地利用原料分子的每一個原子，使之結合到目標分子中（如完全的加成反應：A+B→C），達到零排放。 在人類面臨全球性水資源枯竭和水環(huán)境污染的今天，如何解決水處理工業(yè)與社會經(jīng)濟之間持續(xù)、健康、和諧的發(fā)展關系是未來水處理工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵，一場以綠色化學為基礎的綠色水處理技術革命已成為21世紀水處理科學的學科前沿和水處理工業(yè)的重點發(fā)展方向。
所謂綠色技術是指在綠色化學基礎上發(fā)展起來的技術，綠色技術又稱環(huán)境無害技術、環(huán)境友好技術或清潔技術等。滿足技術經(jīng)濟指標先進、無毒和不污染環(huán)境3項基本要求的技術。目前主要的綠色水處理技術主要有以下幾種方法：
1、高級氧化技術(AOPs)
AOPs主要包括O3/UV(紫外線)法、UV/固相催化劑法、H2O2/UV法、H2O2/Fe2+法、O3/H2O2法等。其原理是反應中產(chǎn)生氧化能力極強的-OH，-OH能夠無選擇性地氧化水中的有機污染物，使之完全礦化為CO2和H2O。AOPs技術經(jīng)濟指標先進、無毒、無污染，是典型的綠色水處理技術，其中由于光催化氧化法最為經(jīng)濟而成為研究的熱點。
由于光催化劑的固定問題仍未能很好解決，懸浮相催化劑有易失活、易凝聚和難回收等缺點，適于工業(yè)應用的光催化反應器急待開發(fā)。
2、電催化氧化法
電催化氧化法利用電解時特種電極材料的催化作用產(chǎn)生-OH，使有機污染物完全氧化為CO2和H2O。該法處理效果好且速度快、占地面積小、實施過程無污染、后處理簡單、不產(chǎn)生二次污染、是一種綠色水處理技術。
在實際應用方面，需要解決有效抑制析氫析氧等副反應，提高電流效率，改進填料、電源方式等問題。
3、超臨界水氧化法(SCWO)
SCWO的原理是以超臨界水為反應介質(zhì)，在氧化劑(如氧氣、過氧化氫等)存在下，經(jīng)過高溫高壓下的自由基反應，將有機物氧化分解為CO等。
在超臨界狀態(tài)，水的密度接近于液體，黏度接近于氣體，具有類似于氣體的較強穿透能力和類似于液體的較大密度和溶解度，可與非極性物質(zhì)(如烴類)、有機物和氣體(如空氣、氧氣)等完全互溶，避免了相際傳質(zhì)阻力，使污染物的降解速率提高。
與焚燒法、濕式空氣氧化法相比，SCWO具有無需催化劑、停留時間短、去除效率高、清潔、廣譜等優(yōu)點，可用于化工、醫(yī)藥、食品、軍事工業(yè)和核工業(yè)廢水以及城市污水的處理。
SCWO在技術上還有許多難點，如研究開發(fā)廣譜性催化劑，有效控制高溫高壓，解決固體顆粒對設備的堵塞問題和抑制結垢，以最大效率回收熱能等。對其熱力學和動力學亦缺乏深入研究，使得工程設計和過程開發(fā)難以進行。
4、超聲波降解技術
超聲波降解有機污染物的原理是，當聲能足夠強時，在疏松的半周期內(nèi)，液相分子間的吸引力被打破，形成空化核，空化核的壽命為0。1μs，它在爆炸時的瞬間可產(chǎn)生約4 000 K和100 MPa的局部高溫和高壓環(huán)境，并產(chǎn)生速度約為110 m/s的具有強烈沖擊力的射流。該條件足以使所有的有機物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學鍵斷裂、高溫分解或自由基反應而使廢水中的有機污染物降解。
目前對超聲波降解技術的研究尚處于探索階段，許多問題尚需解決，如有機物降解的強化途徑、降解機理、反應器的合理設計、高頻超聲波發(fā)生器研制、反應過程的定量化描述、空化泡界面特性研究、連續(xù)化處理工藝開發(fā)、多相體系中污染物降解特性和避免有毒中間體產(chǎn)生等。
5、膜處理技術
膜分離過程大多無相變，可在常溫下操作，具有能耗低、效率高、工藝簡單、投資小和污染輕等優(yōu)點，在水處理應用中發(fā)展相當迅速。它包含微濾(MF)、超濾(UF)、滲析(D)、電滲析(ED)、納濾(NF)和反滲透(RO)、滲透蒸發(fā)(PV)、液膜(LM)等。其中，RO、NF技術尤為引人注目。
RO技術的大規(guī)模應用主要是苦咸水和海水淡化以及難以用其他方法處理的混合物。為進一步提高膜的可靠性，尚需要研究膜的吸附機理、更好的膜材料和膜表面結構的優(yōu)化，以改進膜的水通量、選擇性、耐高溫性和抗氧化能力。
新的世紀里，隨著科技的不斷進步，隨著我國環(huán)境政策的不斷加強，政府及公眾對生活環(huán)境的不斷重視，綠色技術的研究和推廣速度到了前所未有的程度，一些新型綠色水處理技術將逐步走出實驗室，應用到實際工程中來，成為水處理領域新的焦點。
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