綠色化學理念在水處理中的應用
綠色化學是現今國際化學研究的前沿，其根本理念是從源頭消除污染，是最為理想的環境污染防治方法。闡述了綠色化學的理念，并介紹了以綠色化學為基礎的綠色水處理技術和綠色水處理藥劑。
綠色化學;水處理技術;水處理劑
人類進人2l世紀，面臨著全球性水資源枯竭和水環境污染的問題。如何解決水處理工業與社會經濟之間持續、健康、和諧的發展是未來水處理工業可持續發展的關鍵，一場以綠色化學為基礎的綠色水處理革命已成為2l世紀水處理科學的學科前沿和水處理工業的重點發展方向。
1. 綠色化學
20世紀是化學工業蓬勃發展的世紀，也是人們逐步認識其對人類健康、社區安全、生態環境有危害性的世紀。1992年6月，在巴西里約熱內盧召開的聯合國環境與發展大會，通過了“2l世紀議程”，1995年3月16日美國宣布了“總統綠色化學挑戰計劃”，提出了綠色化學的概念，環境友好化學、清潔化學、綠色技術等名詞相繼出現。根據美國環保署P．T．Anastas的定義，綠色化學就是用化學的技術和方法，從根本上減少或消除對人類健康和環境有害的原料、產物、副產物、溶劑等的產生和應用。它的核心特點是“原子經濟性”，即在獲取新物質的轉化過程中充分利用每個原料原子，實現“零排放”。
綠色化學的研究目標是運用物理和化學方法，研究和開發環境友好的新反應、新工藝、新技術、新產品，站在可持續發展的高度，實現資源、環境、經濟、社會的協調發展。由此可見，綠色化學的理念是從根本上消除污染源，使廢物不再產生或得到控制，因此綠色化學是從源頭徹底控制污染的化學。近年來，為實施可持續發展戰略，在水處理技術和水處理藥劑的研究、開發、應用中進一步實施綠色化學理念是2l世紀水處理發展的重要方向之一。
2. 綠色水處理技術
2.1 高級氧化技術(AOP5)
AOP5主要包括O3/UV法、UV/固相催化劑法、H202/UV法、H202/Fe2+ 法、03/H202法等。其原理是反應中產生氧化能力極強的-OH，-OH能夠無選擇性地氧化水中的有機污染物，使之完全氧化為CO2和H2O。AOP5技術經濟指標先進、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濟而成為研究的熱點。
2.2 超臨界水氧化法(SCWO)
超臨界水是指在溫度和壓力分別超過臨界狀態溫度374。C和臨界壓力22MPa時，處于超臨界狀態的水。超臨界水對有機物和氧氣都是極好的溶劑，有機物的氧化可以在富氧的均一相中進行，反應不會因相間轉移而受限制。
SCWO具有無需催化劑、停留時間短、去除效率高、清潔、廣譜等優點，可用于化工、醫藥、食品、軍事工業和核工業廢水以及城市污水的處理。但目前國內大多僅是實驗室的研究。
2.3 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，不產生毒害中間產物，是一種綠色水處理技術。
目前，電催化氧化法在含烴、醛、醇、醚、酚及染料等有機污染物的處理中逐漸得到應用，但是尚存在實用化的電極材料不多，電極壽命不長，能耗較大等缺點。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。
2.4 超聲波降解技術
超聲波降解技術的原理是：在超聲波以一定頻率與強度作用于液相反應系統時，液體的密度降低到足以使液體介質中“撕裂”出大量瞬間生成又瞬時崩潰的微小“空化泡”，從而將聲場的能量集中起來。在壓縮過程中，已存在的空化泡被大大壓縮、崩潰，在極小的空間內將能量釋放出來，產生瞬時局部高溫(5000K)和高壓(50．7MPa)，即所謂的“熱點”，空化過程中伴隨著的高溫可導致自由基-OH、HO -、H-和超臨界水的形成及聲致發光現象，高壓將在液體中產生強大的沖擊波(均相)或高速(>110m/s)射流(非均相)，可以大大加速與促進氧化還原分解反應，特別是非均相反應的進行，使一些需要在較高溫度與壓力等條件下的反應可在常態下順利進行。
該法具有少污染或無污染、設備簡單等優點，同時還有殺菌消毒功效，是一種很有潛力的水處理新技術。但由于能量轉化效率和能耗的關系，還未在實際中大規模的使用。
2.5 膜分離技術
膜分離技術是一項新興的高效分離技術，它具有物質不發生相變，分離系數大，在常溫下進行，裝置簡單，適用范圍廣，操作方便等特點。在廢水處理中可實現水的閉路循環，符合可持續發展戰略的綠色理念，在水處理技術領域被廣泛應用。它包含微濾、超濾、滲析、電滲析、納濾和反滲透、滲透蒸發、液膜等。
膜分離技術在環境保護的各個領域的應用越來越廣泛，已經應用于含油廢水、電廠循環冷卻水、飲用水的深度處理、鍋爐脫鹽水、高濃度生活污水等處理過程中。但是，膜法對進水水質要求高，膜需要定期清洗，存在著經常費用和運轉費用較高的問題。
3. 綠色水處理藥劑
3.1 含磷的水溶性聚合物
含磷的水溶性聚合物是一類比.較特殊的磷聚合物，是由無機次磷酸鹽與一種或兩種以上有機單體共聚而成，其特點是將羧酸基與磷酸基結合在同一個分子上，其所得產物結構比較復雜，性能差異也較大。按膦基所處的位置，含磷聚合物可分為兩類：一類是聚膦基羧酸(簡稱PAC)，其特點是膦基處于聚合物中間位置，這類聚合物主要是對碳酸鈣垢有效，復配后對抑制碳酸鈣垢以及分散粘泥和氧化鐵亦有協同效果；另一類則被稱之為膦酰基羧酸(簡稱POCA)，其特點是膦基在聚合物的一端，它在冷卻水中既能阻垢又能緩蝕，并且有很強的鈣容忍度，與氯幾乎不起反應，被認為是真正的多功能藥劑 。含磷水溶性聚合物的磷含量一般低于3%，如果其用量為5mg/L，則整個循環冷卻水體系的含磷量僅0.15 mg/L左右，這樣低的磷系配方意味著此類含磷水溶性聚合物部分回歸了大自然，對環境保護十分有利，具備了綠色水處理劑的特點。
3.2 烷基環氧羧酸鹽
烷基環氧羧酸鹽(AEC)的特點是無毒、能耐氯、耐溫，有特別優良的碳酸鈣阻垢性能，可以取代有機膦酸的無磷閾值阻垢劑。當與一些無機鹽(磷酸鹽或鋅鹽等)復配時，對碳鋼具有緩蝕作用，因而可組成低磷或低鋅配方，用于高pH值、高堿度、高硬度、高濃縮倍數的冷卻水系統，并為環境所接受。
AEC循環水處理技術在國內已有應用，系統的腐蝕和結垢情況均得到了很好的控制。
3.3 聚天冬氨酸類(PASP)
PASP是一種水溶性的氨基酸可降解聚合物，主要包括聚天冬氨酸及其鈉鹽或酯，是以天冬氨酸或馬來酸為原料，在催化劑作用下聚合而成，對碳酸鈣阻垢效果最佳，相對分子量范圍為1000～4000。此外，聚天冬氨酸對磷酸鈣、硫酸鈣及硫酸鋇等也有優異的阻垢性能，且具有生物降解性，是一種可與環境相容的綠色水處理阻垢劑。
3.4 聚環氧琥珀酸類(PESA)
PESA是一種無磷、非氮并具有良好生物降解性的綠色阻垢劑，具有很強的抗堿性，在高鈣、高硬度水中，其阻垢性能明顯優于常用的有機膦酸類。一般說來，具有最佳阻垢效果的PESA產品的分子量范圍為400～800。
有研究表明，PESA的可生物降解性非常好，過程很迅速，且PESA分子中無磷無氨，不會引起水體的富營養化，對環境保護是有利的。
4. 結語
綠色化學的理念其根本就是人與自然的和諧相處和可持續發展，其出發點是從根本上將“先污染后治理”及“防治污染”變為“避免污染”的戰略，是從根本上消除污染源，從源頭控制污染的化學。隨著人類社會的發展，水處理綠色化的進程勢必加快，一是要開發高效、低毒或無毒、低能耗、無二次污染的綠色水處理技術，特別是光、聲、磁、電、膜技術等多種工藝聯用的新型綠色技術；二是要開發無毒、無害、易生物降解的綠色水處理藥劑，特別是開發在目標分子、原材料反應的試劑、反應的方式和條件等要素中都是“環境友好”型的藥劑。相信隨著綠色化學的不斷發展和應用，人類必將能夠越來越好的解決水污染問題，做到真正的可持續發展。
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