1　納米TiO₂光催化氧化技術 

1.1　原理和特點 

        自1976年J.H.Cary等人報道了在紫外光照射下納米TiO₂可以使難降解的 多氯聯苯脫氯以來，迄今已發現有數百種有機污染物可通過光催化處理。其作用原理是，在紫外光照射下，納米TiO₂表面會產生氧化能力極強的羥基自由基(-OH)，使水中 的有機污染物氧化降解為無害的CO₂和水。納米TiO₂光催化氧化技術的優點是： ①降解速度快，一般只需幾十分鐘到幾小時即可取得良好的廢水處理效果；②降解無選擇性，幾乎能降解任何有機物，尤其適合于氯代有機物、多環芳烴等；③氧化反應條件溫和，投 資少，能耗低，用紫外光照射或暴露在陽光下即可發生光催化氧化反應；④無二次污染，有機物徹底被氧化降解為CO2和H2O；⑤應用范圍廣，幾乎所有的污水都可以采用。 

1.2　試驗研究情況

        (1)有機磷農藥廢水處理。20世紀70年代發展起來的有機磷農藥占我國農藥產量的80%以上 ，其生產過程中有大量的有毒廢水產生。目前對有機磷農藥廢水的處理多采用生化法，處理后廢水中有機磷的含量仍然高達30 mg/L，迄今尚無理想的解決辦法。據報道，采用納米TiO₂*.SiO₂負載型復合光催化劑，利用其光催化活性及高效吸附性，能使有機磷農藥在其 表面迅速富集，隨光照時間的延長，有機磷農藥的光解率逐漸升高，光照80min，試驗用敵百蟲已完全降解。

        (2)毛紡染整廢水處理。把表面涂覆有納米TiO₂膜的玻璃填料填充于玻璃反應器內，通過潛水泵使廢水在反應器內循環進行光催化氧化處理。由于納米TiO₂具有巨大的比表面積，與廢水中的有機物接觸更為充分，可將它們最大限度地吸附在其表面，并迅速將有機物分解成CO₂和H₂O，處理效果優于生物處理和懸浮光催化氧化處理，COD去除率和脫色率均較高。催化劑能連續使用，不需要分離回收，便于工業應用。

        (3)氯代有機物廢水處理。日本東京大學野口真用納米TiO₂光催化劑與臭氧聯合進行水的凈化處理。在模擬廢水處理的試驗中，以16mg/L 3-氯-酚的水溶液為模擬廢水，分別采用納米TiO₂光催化劑與臭氧聯合、單獨用光催化劑納米TiO₂和單獨用O₃三種方法對其進行處理。納米TiO₂光催化劑與臭氧聯合處理2 h后，3-氯酚的殘留濃度已為0，效果明顯高于其他兩種方法。用內表面涂覆納米TiO₂光催化劑的陶瓷圓管處理5.5 mg/ L苯酚和三氯乙烯水溶液的試驗表明，苯酚在1.5 h后完全分解，三氯乙烯也在2 h內完全分解。

        (4)含油廢水處理。含油廢水中所含的脂肪烴、多環芳烴、有機酸類、酚類等有機物 很難降解，使用納米TiO₂，利用其光催化降解功能，可以迅速地降解這些有機物。 

1.3　應用前景

        納米TiO2光催化氧化技術在徹底降解水中的有機污染物和可以利用太陽能等方面有著突出的優點，特別是當水中的有機污染物濃度很高或用其他方法難以處理時，具有更明顯的優勢， 是其他傳統方法無法比擬的，尤其是近年來高效率的光催化劑、納米粒子負載和金屬摻雜、光電結合的催化方法以及太陽能技術的研究開發，使納米TiO2光催化氧化應用于水處理領域有著良好的前景。目前，日本、美國、加拿大等國家已嘗試把納米TiO2光催化氧化技術 用于水處理，但大都處于實驗室研究階段，關于工業規模的應用開發鮮有報道。如何盡快實現工程化，有待各相關領域的研究人員進一步努力。 

2　納濾(米)膜技術 

2.1　原理和特點 

        膜分離是利用膜對混合物中各組分的選擇滲透作用性能的差異，以外界能量或化學位差為 推動力對雙組分或多組分混合的氣體或液體進行分離、分級、提純和富集的方法。膜孔徑處于納米級，適宜于分離分子量在200～1000，分子尺寸約為1 nm的溶解組分的膜工藝被 稱為納濾(NF)。NF膜分離需要的跨膜壓差一般為0.5～2.0 MPa，比用反滲透膜達到同樣的 滲透能量所必需施加的壓差低0.5～3 MPa。根據操作壓力和分離界限，可以定性地將NF排 在反滲透和超濾之間，有時也把NF稱為"低壓反滲透"或"疏松反滲透"。20世紀70年代J. E. Cadotte研究NS-300膜，即為研究NF膜的開始。當時，以色列脫鹽公司用" 混合過濾"(Hybrid Filtration)來表示介于反滲透與超濾之間的膜分離過程，后來美國的Film*.Tech公司把這種膜技術稱為納濾，一直沿用至今。之后，NF發展得很快，膜組件于80 年代中期商品化。目前，NF已成為世界膜分離領域研究的熱點之一。

        NF分離是一種綠色水處理技術，在某些方面可以替代傳統費用高、工藝繁瑣的污水處理方法。其技術特點是：能截留分子量大于100的有機物以及多價離子，允許小分子有機物和單 離子透過；可在高溫、酸、堿等苛刻條件下運行，耐污染；運行壓力低，膜通量高，裝置運行費用低；可以和其他污水處理過程相結合以進一步降低費用和提高處理效果。在水處理中，NF膜主要用于含溶劑廢水的處理，能有效地去除水中的色度、硬度和異味。NF膜以其特殊的分離性能已成功地應用于制糖、制漿造紙、電鍍、機械加工以及化工反應催化劑的回收等行業的廢水處理。 

2.2　試驗研究及應用情況

        (1)日用化工廢水處理。用NF膜處理日用化工廢水的應用研究表明，NF膜耐酸堿，有優良的截留率，對重金屬有很好的去除率，不存在膜污染問題。據估計，由于NF膜的運行費用低于反滲透技術，對有機小分子有良好的脫除率，可能會覆蓋90%以上的日用化工廢水處理。

        (2)石油工業廢水處理。石油工業廢水主要包括石油開采和煉制過程中產生的含各種無機鹽和有機物的廢水，其成分 非常復雜，處理難度大。采用膜法特別是NF法與其他方法相給合，既可有效處理廢水還可以回收有用物質。例如，先用NF膜將原油廢水分離成富油的水相和無油的鹽水相，然后把富油相加入到新鮮的供水中再進入洗油工序，這樣既回收了原油又節約了用水。以前多采用反滲透和相分離結合的方法處理石油工業廢水，但存在著膜污染嚴重的問題，如果在反滲透前加一NF膜，就可以解決膜污染的問題。石油工業的含酚廢水中主要含有苯酚、甲基酚、硝基酚以及各類取代酚，此類物質的毒性很大，必須脫除后才能排放，若采用NF技術，不僅酚的脫除 率可達95%以上，而且在較低壓力下就能高效地將廢水中的鎘、鎳、汞、鈦等重金屬高價離子脫除，其費用比反滲透等方法低得多。

        (3)殺蟲劑廢水處理。一般的水處理方法不能除去污染水中的低分子有機農藥。通過研究NF膜對不含酚殺蟲劑的截留性能，發現除了二氯化物以外，其他殺蟲劑的截留率均高于96.7%，所有殺蟲劑在NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影響。采用NF處理含有酚類殺蟲劑的廢水也十分有效。

        (4)化纖、印染工業廢水處理。NF可以用于印染過程排水中染料及助劑的脫除和回用。處理染料聚合漿料時，由于大多數染料的分子量在幾百到幾千，NF膜可以讓一些無機鹽或小分 子通過，而對較大的染料分子進行截取，粗染料漿液經NF系統后，染料可以富集，而無機鹽的濃度下降，脫鹽率大于98%，染料損失率小于0.1%，而且可以在高溫下運行。此外，NF還可以用于纖維加工過程中的含油廢水的處理及回收再利用。

        (5)生活污水處理。采用常用的生物降解和化學氧化相結合的方法處理生活污水時，氧化劑的消耗很大，殘留物多。如果在它們之間增加一個NF系統，讓能被微生物降解的小分子( 分子量小于100)通過，不能生物降解的有機大分子(分子量大于100)被截留下來經化學氧化后再生物降解，這樣就可以充分發揮生物降解的作用，節省氧化劑或活性炭的用量，降低最 終殘留物的含量。

        (6)熱電廠二次廢水的治理及回收利用。熱電廠的二次廢水主要來自沖灰、除塵及冷卻系統，此類廢水中含有大量的懸浮固體、灰份及高含量的鹽份和部分有機物。利用NF可以把這一類廢水處理成工業回用水。首先用微濾除去水中的全部懸浮顆粒，質量分數為99%的BOD、98%的COD、73%的總氮和17%的總磷，同時將水中的菌落總數降到3～4個/L，然后加酸降低pH以除去CO2，最后再經NF脫鹽，達到鍋爐用水的質量。澳大利亞太平洋熱電廠的Eraring發電站目前已用NF對此類廢水進行處理，每天處理1 000～15 000 m3廢水，既減輕了市政供水系統的負荷，每年又可為熱電廠節約 操作費用80萬美元。該熱電廠準備擴大發電規模，用水量也相應增大，估計到2010年，處理此類廢水量將達5 000 m3/d，效益極其可觀。

        (7)酸洗廢液處理。鋼廠的酸洗工序是將鋼材浸入質量分數為20%左右的硫酸酸洗槽中進行酸洗。隨著酸洗的進行，硫酸濃度逐漸降低，硫酸亞鐵濃度不斷增高，當溶液中硫酸的質量 分數降至6%～8%、生成的硫酸亞鐵濃度超過200～250 g/L時，酸洗速率下降，必須更 換酸洗液，排放酸洗廢液。酸洗好的鋼材必須用清水進行沖洗以除去表面的酸性物質，又造 成了廢酸水的外排。為了保護環境，節約資源，可采用NF工藝處理酸洗廢液。利用NF膜對硫酸和硫酸亞鐵截留率的不同，先將硫酸亞鐵截留在濃縮液中，然后將濃縮液送入冷卻結晶罐，冷卻結晶出FeSO4?7H2O；透過液再經能截留硫酸的另一NF膜組件，截留后濃縮為20%的 硫酸，再生酸液回收利用，透過液則排至廢酸水站，進一步處理排放或回收。這一工藝回收了硫酸和硫酸亞鐵，同時實現了酸洗廢液的回收綜合利用和廢酸水達標排放的目的。

        (8)造紙廢水處理。采用NF膜技術替代傳統的化學處理法能更為有效地除去深色木質素。木漿漂白過程產生的氯化木質素是帶負電的，容易被帶負電性的NF膜截留，并且對膜不會產生污染。另外，因為整個處理過程中對陽離子(Na+)的脫除率并沒有嚴格要求，采用反滲透技術就顯得沒有必要 。采用超濾/納濾處理牛皮紙制造廢水有很好的效果。 

2.3　前景 

        NF膜對水中分子量為幾百的有機小分子具有分離性能，對色度、硬度和異味有很好的去除能力，并且操作壓力低，水通量大，因而將在水處理領域發揮巨大的作用。目前，在NF膜的制備、表征和分離機理方面，還有大量的技術問題需要解決，尚需要開發廉價而性能優良的膜，并能提供給用戶各種準確的膜性能參數，這些都是納濾技術在廢水處理及其他應用中的關鍵。 

3　可用于水處理的其他納米技術 

        除了納米TiO2和NF技術之外，還有許多其他納米技術也可用于水處理。例 如，一些廢水中含有貴金屬金、釕、鈀、鉑等對人體非常有害的物質，其排放不僅污染環境，也是對資源的浪費，采用納米技術可以將廢水中的貴金屬完全提煉出來，變害為寶。一種新型的納米凈水劑具有很強的吸附能力和絮凝能力，是AlCl3的10～20倍，可以將廢水中的懸浮物完全吸附并沉淀下來。采用納米磁性物質，能有效地去除水中的鐵銹、泥沙等污染物和異味。

4　結語

        納米科技是一門新興的學科，其在水處理中的應用才剛開始，但已初顯端倪。可以預見 ，隨著研究工作的不斷深入和實用化水平的提高，納米水處理技術將在21世紀得到發展，并對解決全球性的水荒和水體污染問題起到十分重要的作用。
 

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