先进水处理药剂去除工业废水中污染物效果的评估

李 震

（青岛市昌斯达环保科技有限公司，山东 青岛 266000）

引言

先进的水处理药剂在去除工业废水中污染物方面取得了一定成果，但对于该种药剂在不同工业废水中的适用性和效果评估仍然存在一定的空白，而本研究旨在填补这一空白，并全面评估先进水处理药剂去除工业废水中污染物的效果。

1 先进水处理药剂的发展

1.1 早期的水处理药剂

在早期，水处理主要使用石灰、氯化铁和氯化铝等传统的水处理药剂，这些药剂主要用于沉淀、净化和消除水中的悬浮物、有机物和细菌等污染物。然而，随着人们对水质要求的不断提高，传统水处理药剂已经不能满足人们对水质的高要求。

1.2 化学絮凝剂的引入

为了提高水处理效果，化学絮凝剂开始应用于水处理中。聚合铝盐和聚合硅酸铝等化学絮凝剂的引入，能够更好地去除水中的悬浮物、胶体和有机物。化学絮凝剂可以使污染物凝聚成较大的团块，便于沉降和过滤，提高水质的净化效果[1]。

1.3 吸附剂的应用

随着人们对水污染物了解的深入，人们开始将吸附剂应用于水处理中。活性炭、吸附树脂和纳米材料等吸附剂的使用，能够更有效去除水中的有机物、重金属和微污染物。吸附剂的大比表面积和高吸附能力，使其成为先进水处理药剂的重要组成部分。

1.4 氧化剂的发展

为了处理难降解的有机污染物，人们开始引入氧化剂。应用臭氧、高级氧化剂（如过氧化氢、高锰酸钾等）可以通过氧化反应降解和去除水中的有机物。氧化剂能够产生强氧化性的自由基，使有机物分子断裂，进而降解为无害的物质。

1.5 纳米技术的崛起

近年来，随着纳米技术的快速发展，纳米材料在先进水处理中发挥了重要作用。纳米颗粒具有较大的比表面积和特殊的吸附、催化性能，可用于去除水中的微量有机物、重金属和细菌等污染物。纳米材料的应用在提高水质净化效果和降低药剂用量方面取得了显著成效。

1.6 生物技术的创新

生物技术在水处理中的应用也日益重要。生物膜反应器、生物颗粒和植物净化等生物技术是通过微生物和植物的作用，降解水中的有机物和微污染物，达到高效净化水质的目的。生物技术不仅具有高效性和环保性，还可以实现废水的资源化利用[2]。

1.7 水处理药剂的综合应用与创新发展

当前，先进水处理药剂的发展趋势是综合应用各种技术手段和药剂，提高水处理效果并降低成本。同时，研究人员也在不断探索和创新新型的先进水处理药剂，以适应不断变化的水质污染和处理需求。

2 先进水处理药剂去除污染物的机理

2.1 吸附机理

在先进的水处理药剂中，吸附剂通过静电作用、氢键作用、范德华力等吸附机制，将水中的污染物吸附到表面，实现污染物的去除。吸附剂的选择和表面化学性质的调控可以影响其吸附性能，不同的吸附剂对不同的污染物有不同的去除效果。静电作用是一种重要的吸附机制，涉及到吸附剂表面的正负电荷与污染物电性之间的相互作用。当吸附剂表面带有正电荷时，可以吸附带有负电荷的污染物离子，如重金属离子[3]。相反，当吸附剂表面带有负电荷时，可以吸附带有正电荷的污染物离子，如某些有机物离子。氢键的作用涉及到吸附剂表面的氢键供体或受体与污染物之间的氢键形成，这种作用常见于吸附剂与有机物之间的相互作用。范德华力是一种分子间的作用力，由于吸附剂表面分子之间的范德华力与污染物分子之间的范德华力相互作用，使污染物被吸附到吸附剂表面。

2.2 氧化机理

先进水处理药剂中的氧化剂通过释放强氧化性自由基、过氧化物等化学物质，将水中的污染物氧化为无害物质。常用的氧化剂有氢氧化物、氯氧化物、高锰酸钾等。不同氧化剂对不同污染物具有不同的氧化效果。氧化剂的选择和使用条件的控制可以影响其氧化效率以及产生的副反应情况。氧化剂在水处理中具有强氧化作用，使污染物与氧化剂发生化学反应。这些反应通常包括电子转移、自由基生成和氧化物生成等。通过氧化作用，有机污染物可以被分解为较小的无害物质，或转化为更易于处理的化合物。此外，氧化剂还可以破坏微生物的细胞膜结构，杀灭微生物。

2.3 还原机理

先进水处理药剂中的还原剂是通过提供电子或氢离子等化学物质，将水中的污染物还原为无害物质。常用的还原剂有亚硫酸盐、硫酸亚铁等，不同的还原剂对不同的污染物具有不同的还原效果。还原剂的选择和使用条件的控制可以影响其还原效率及产生的副反应情况。在水处理中，还原剂通过提供电子或氢离子，将污染物中分子的氧化态还原为较低的氧化态或无机盐。这种还原反应可以使一些有害物质转化为无毒的形式，或使某些难降解的有机物变得更容易降解[4]。

2.4 沉淀机理

先进水处理药剂中的沉淀剂通过与水中的污染物反应生成难溶性物质，使污染物从水中沉淀出来。常用的沉淀剂包括氢氧化钙、氢氧化铁、硫酸铝等。不同的沉淀剂对不同的污染物具有不同的沉淀效果。沉淀剂的选择和使用条件的控制可以影响其沉淀效率及产生副反应的情况。沉淀机理是基于沉淀剂与污染物发生反应，生成难溶性的沉淀物并从水中清除。沉淀剂的选择要考虑到目标污染物的化学特性和沉淀物的处理方式。沉淀剂的加入通常需要调整pH值、溶解度等，以促进沉淀反应的进行。

总之，先进的水处理药剂去除污染物机理不同，在实际应用中，应根据不同污染物的性质和水质情况，选择合适的药剂和机理，并合理调节药剂的用量和使用条件，以达到最佳的去污效果

3 先进水处理药剂的分类

先进水处理药剂是指应用于水处理领域的高效、高性能的化学物质，用于去除水中的污染物、改善水质和并足特定的水质要求。根据其功能和应用方式的不同，可以将其进行分类[5]。

3.1 净化剂

净化剂是一类广泛应用于水处理领域的药剂，主要用于去除水中的各种污染物，主要包括吸附剂、氧化剂、还原剂和沉淀剂等。

3.1.1 吸附剂

吸附剂是通过静电作用、氢键作用、范德华力等机制将水中的污染物吸附至其表面，从而实现污染物去除的药剂。常见的吸附剂包括活性炭、沸石、聚合物吸附树脂等，具有高比表面积和丰富的孔隙结构，能够有效去除工业废水中有机物、重金属离子和溶解性无机物等。

3.1.2 氧化剂

氧化剂通过释放强氧化性自由基、过氧化物等化学物质，将水中的污染物氧化分解为无害物质。常用的氧化剂包括氢氧化物（如过氧化氢、高锰酸钾）、氯氧化物（如次氯酸钠）、高级氧化剂（如臭氧、过氧化氮）等，可以有效氧化有机物、微污染物和微生物，从而改善水质。

3.1.3 还原剂

还原剂是通过提供电子或氢离子等化学物质，将水中的污染物还原为无害物质。常用的还原剂包括亚硫酸盐、硫酸亚铁、二氧化硫等。有些物质能够还原污水中的某些有机物、重金属离子和氧化物，使其转化为无毒、易于处理的物质。

3.1.4 沉淀剂

沉淀剂是通过与水中的污染物反应生成难溶性物质，将污染物从水中沉淀出来。常用的沉淀剂包括氢氧化钙、氢氧化铁、硫酸铝等，这些物质与某些离子形成沉淀，可以有效去除悬浮物、重金属离子和一些无机污染物。

3.2 消毒剂

消毒剂是应用于水处理领域的一类关键药剂，主要作用是杀灭水中的病原微生物，确保水的卫生安全。消毒剂在水处理中具有重要作用，能够有效消除水中潜在的病原体和微生物污染源。

3.2.1 氯化物

氯化物（如氯气、次氯酸钠）是最常用的消毒剂之一，其强氧化性能可破坏细胞膜、蛋白质和核酸等生物分子，杀灭工业废水中的细菌、病毒和其他微生物，有效消除水中的病原体。

3.2.2 臭氧

臭氧是一种高效的强氧化剂，具有快速杀灭水中微生物的能力，因而能够有效去除水中的异味和颜色，显著改善水质。臭氧的高氧化能力使其能够分解为有机物、破坏细菌和病毒的细胞结构，从而实现高效消毒和净化水源的目的。

3.2.3 次氯酸钠

次氯酸钠是一种常用的消毒剂，具有广谱杀菌作用，可杀灭水中的细菌、病毒、藻类等微生物，表现出较强的灭活效果。在中水回用和游泳池水处理等领域，次氯酸钠因为具有可靠的消毒效果、保障水质安全而被广泛应用。通过投加适量的次氯酸钠，可以杀灭水中的病原微生物，降低水源传播疾病的风险。

3.3 缓蚀剂

缓蚀剂是一种常用的防腐药剂，其主要作用是在金属表面形成一层保护膜，防止金属与水、氧气等腐蚀物质接触，减少金属管道和设备受到腐蚀。缓蚀剂的选择应根据金属材料、介质特性和腐蚀类型等因素进行，常见的缓蚀剂包括磷酸盐、硝酸盐、硅酸盐等。其中，磷酸盐是一种常用的缓蚀剂，可以通过与金属表面形成一层稳定的磷酸膜来防止金属腐蚀。硝酸盐和硅酸盐缓蚀剂也具有较好的防腐性能，可以在金属表面形成一层致密的氧化物或硅酸盐膜，以防止金属与腐蚀物质接触。此外，缓蚀剂的使用还应注意其对环境和人体安全的影响，避免对环境和人体造成污染和伤害。因此，在使用缓蚀剂时应严格按照使用说明和操作规程进行，确保其稳定性、可靠性和安全性。缓蚀剂广泛应用于石油化工、化工、金属加工、电子、冶金等领域，对于保护金属管道和设备的安全运行具有重要作用。

3.4 其他功能药剂

其他功能剂是指用于水处理过程中，除了传统的净水剂、杀菌剂、脱盐剂以外，具有调节水质、保护设备、预防污染等功能的特殊水处理药剂。常见的其他功能剂包括pH调节剂、细菌抑制剂、除垢剂和抗泡剂等。

3.4.1 pH调节剂

pH调节剂是一种调节水质的药剂，是通过调节水的酸碱度保持水的稳定性。水的酸碱度对于水的溶解性、腐蚀性、杀菌效果等具有重要影响。常见的pH调节剂包括碱性物质（如氢氧化钠）和酸性物质（如硫酸），通过加入适量的pH调节剂，可使水的pH值保持在较为稳定的范围内，保证水的质量达到要求[6]。

3.4.2 细菌抑制剂

细菌抑制剂是一种用于控制水中细菌数量的药剂，其作用是抑制细菌的生长和繁殖，防止生物膜的形成。水中的细菌数量过多会引起水质恶化、管道腐蚀、设备损坏等问题，因此使用细菌抑制剂可以有效预防这些问题的发生。

3.4.3 除垢剂

除垢剂是一种用于去除水中水垢和沉淀物的药剂，其作用是保持设备的正常运行。水中的水垢和沉淀物会附着在设备表面，导致管道堵塞、设备损坏等问题，因此使用除垢剂可以有效清除这些污垢和沉淀物，维护设备的正常运行。

3.4.4 抗泡剂

抗泡剂是一种用于降低水中表面张力，减少气泡形成的药剂，其作用是保证水的流动性和传输效率。在水处理过程中，由于水中含有大量的表面活性物质，容易形成泡沫，而泡沫会影响设备的正常运行。使用抗泡剂可以有效地降低水中的表面张力，减少气泡的形成，保证水的流动性和传输效率。

4 先进水处理药剂去除工业废水中污染物的效果

4.1 高效去除效果

不论是有机污染物、重金属污染物还是无机污染物，药剂的应用都能够显著降低废水中污染物的浓度，使其达到环境排放标准。与传统处理药剂相比，先进水处理药剂在去除效果上具有明显的优势，并能够有效减少废水对环境的影响。先进水处理药剂通过创新的分子结构和化学反应机制，针对不同类型的污染物实现了高效去除。例如，在处理有机污染物时，药剂通过与有机物发生化学结合或氧化还原反应，将有机物分解为无毒或低毒的物质。对于重金属污染物，药剂利用络合剂、沉淀剂或吸附剂的作用，能够高效地将重金属离子从废水中去除。

4.2 广谱适用性

不同行业的废水中含有不同种类和浓度的污染物，而先进水处理药剂能够通过选择和调整不同的药剂组分，实现最佳去除效果。这种广谱适用性使药剂能够满足多样化的工业废水处理需求，具有较强的实际应用优势。例如，在纺织、皮革、印染等行业的废水中常含有大量的有机染料和化学品残留物。先进水处理药剂可以通过调整药剂中活性组分的形式和比例，针对不同染料的结构特征进行选择性吸附或氧化分解，从而高效去除这些有机污染物。在电镀和金属加工行业的废水中存在着高浓度的重金属离子，先进水处理药剂则可以利用络合剂或沉淀剂与这些重金属形成稳定的沉淀物，实现污染物的高效去除。

4.3 操作简便性

药剂一般以液体或固体形式使用，可以直接加入废水中进行混合和反应，无需复杂的处理过程。这种操作简便性降低了处理系统的运行和维护成本，同时也提高了处理效率和经济性。传统的废水处理方法常常需要依赖复杂的设备和工艺，例如曝气槽、沉淀池、过滤器等，不仅造价高昂，还需要大量能源和维护成本。而先进水处理药剂的简便操作则避免了这些问题，只需根据废水的特点和处理要求，合理选择药剂类型和投加量即可。通过直接加入废水中，药剂可以与污染物快速发生反应，提高了处理效率，而且节约了大量的设备和能源投入。

4.4 稳定性和持久性

先进水处理药剂具有较高的稳定性和持久性，在长时间处理过程中能保持较好的效果。药剂分子结构稳定，具有较强的耐受性和耐污染性，能够在废水中保持活性和去除能力。这种特性使药剂能够持续发挥去除污染物的作用，确保废水处理系统的稳定运行。同时能够降低废水对环境的影响，保护环境和人类健康。

4.5 环境友好性

先进水处理药剂的选择和设计注重环境友好性，在去除污染物的同时对环境影响相对较小，减少了对环境的二次污染和危害。例如，生物处理法可以通过微生物代谢将废水中的有机物转化为CO2和H2O等；氧化法通过氧化剂将废水中的有机物和部分无机物转化为CO2和H2O等。同时，药剂的使用量相对较少，能够有效减少化学物质的使用和废弃物的产生，具有较好的环境保护效益。此外，药剂的研发和生产技术也在不断提升，进一步得到提高了药剂的环境友好性，更好地满足了环境保护的需求。

4.6 经济性和可持续性

先进水处理药剂在经济性和可持续性方面具有优势。药剂的应用能够提高废水处理效率，减少处理成本和能耗。例如，生物处理法利用微生物代谢的能量去除废水中的污染物；氧化法利用氧化剂的氧化能力去除废水中的污染物。同时，药剂的研发和生产技术也在不断提升，使药剂的成本逐渐降低，进一步促进了其经济可行性和可持续性。此外，药剂的使用也可以有效减少废弃物的产生，减少对环境的影响，实现了经济和环境的双重效益。

5 结语

总之，先进水处理药剂在去除工业废水中的污染物方面具有巨大的潜力和应用前景。通过不断的研究和实践，可以进一步完善和提升其处理效果，为保护环境、改善水质做出更大的贡献。在未来的研究和实践中，进一步改进药剂的性能，将有助于推动先进水处理药剂在工业废水处理领域的更广泛应用，并为环境保护和可持续发展做出贡献。