纳米技术在污水处理中的应用.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date纳米技术在污水处理中的应用纳米技术在污水处理中的应用纳米技术在污水处理中的应用摘要由于当前社会水污染现象严重,而常规方法并不能行之有效的治理所有类型的水污染,并且其单一效果也不能尽如人意,必须寻求新的合适、有效的处理方法。该论文是以参考前人对纳米技术在污水处理方面的实验、研究结果,加以对比常规污水处理方法从而找的最优方案的综述性文章。对比可知纳米技术相对常规方法能够使
2、粒子具有特殊的功能性,而一些特殊性能刚好在污水处理中期到良好的效果:深度催化法能行之有效的将多类有机污物彻底分解例如卤代烃类、氯代酚类、氰化物、各种有机酸及能够处理金属粒子等;吸附法因对于水体重金属污染处理成本少,操作简单而广泛应用,纳滤膜可以替代吸附和电化学方法,处理制浆与造纸工业废水中大量的污染物;絮凝沉淀法是胶体类废水处理的有效方法之一,可有效地降低废水的浊度和色度,去除多种高分子有机物和某些重金属离子(汞、铅等);有机/无机复合纳米粒子以其同时具有无机材料优越的光、电、磁等性质,有机材料的优良加工性能、生物相容性能,对于许多种难以处理的水污染治理情况,其有着对应的方法,能简洁有效的将问
3、题解决。纳米技术在水处理中的应用研究已展现了广阔的前景,但还需要进一步研究和改善。关键词:污水处理;纳米技术;光催化法;纳米絮凝;纳滤 -Nano technology and Its Application inWater TreatmentAbstractAt present, Chinas water situation is very serious, the current sewage treatment methods include: settlement, flocculation, filtration, adsorption, biological treatment,
4、but these methods will inevitably bring about a pollution, but also the cost of renewable long-term deal with expensive or and other shortcomings. Although sewage traditional biological treatment can be used to deal effectively with the law, but hundreds of highly toxic compounds can not be used to
5、deal with biological methods must be appropriate to seek new, effective ways to deal with.The paper is a reference to sewage treatment in previous experiments, research findings, conclusions and comparison to find the most suitable treatment program overview article.Nanotechnology will enable the fu
6、nction of particles with special properties, and some special properties of the medium-term sewage treatment just to good effect: the depth of catalysis can be more effective and complete decomposition of organic pollutants such as halohydrocarbon category, chloro - phenols, cyanides, various organi
7、c acids and metal particles, etc.; absorption water weight due to the cost of processing is less metal pollution, simple operation and wide application of nanofiltration membrane can be alternatives to the adsorption and electrochemical methods of dealing with pulp and paper industry a large number
8、of pollutants in waste water; flocculation precipitation method is an effective method of wastewater treatment of waste water to be effective in reducing turbidity and color,Removal of a variety of polymeric organic matter and some heavy metal ions (mercury, Fuk, lead); organic / inorganic composite
9、 nanoparticles of inorganic materials at the same time its superior optical, electrical, magnetic, such as the nature of the fine organic material processing performance, biocompatibility can be, for many kinds of water pollution is difficult to deal with the situation, which has a corresponding met
10、hod will be simple and effective solutions to the problem.The paper is based on reference to previous research findings, and conclusions drawn from their comparison of the summarized conclusions of the article.Key words:sewage disposal;nano technology;light catalytic method; nano filtration;nano flo
11、cculation 目 录第一章 引言1第二章 我国水污染现状12.1水污染情况12.2各类水污染的危害2第三章 常规污水处理3第四章 纳米技术在污水处理中的应用34.1纳米技术概况34.2纳米技术在污水处理中的应用44.2.1深度氧化技术44.2.2纳滤技术54.2.3纳米絮凝技术74.2.4有机、无机复合纳米粒子8第五章 结论与展望9参考文献10第一章 引言随着生活的日新月异,越来越多的污水排放成了眼下最令人关注的话题。日益严重的水资源短缺和水环境污染困扰我国经济与社会的发展,而目也己成为制约社会经济可持续发展的重要因素,有没有一种最简洁有效的方法来处理污水是现今谈论最多的一个话题之一。现
12、在一般使用的混凝沉降法、氧化法、电镀法、絮凝法等诸多方法都存在或多或少的问题或者资源浪费,因而希望能有一种更简单而节约的水处理方法。应用纳米技术来处理污水便可达到一些意想不到的效果。纳米技术是当今社会的热门话题,纳米材料的各种特殊性能能够解决许多常规方法不能解决的问题。在污水处理方面,纳米技术较常规方法显示了高度的优越性,纳米技术对于常规方法不能奏效的有机物,尤其是氯代物等有机废物有良好的处理效果。而纳米技术无二次污染的特性更是受到人们的喜爱。由此可以看出,纳米技术是一项十分具有应用前途的技术。第二章 我国水污染现状2.1水污染情况由于社会经济的发展,人类对洁净水的需求量不断增加,合理利用现有
13、水源,保护现有水源不受污染,治理生活和工业废水以及污水回收利用,不仅是我国面临的当务之急,而且是当今世界性问题。我国人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4(约2700m3 ),时空分布又极不均匀,况且我国正处于工业化和城镇化的快速发展时期,对自然资源的开发利用强度很大,污染物排放量随之增大,水污染形势十分严峻。流经城市的河段水质超过3类标准而不适合作为生活用水的达78%,同时50%以上的城市地下水受到不同程度的污染。多年地下水监测1评价的结果显示,目前地下水资源遭受污染的情况较为严重,全国2/3城市地下水水质质量普遍下降,局部地段水质恶化,300多个城市由于地下水污染造成供水紧张状况。在全
14、国195个城市的监测结果中,97%的城市地下水受到不同程度污染,40%的城市地水污染趋势加重:北方17个省会城市中16个污染趋势加重,南方14个省会城市中3个污染趋势加重。地下水污染组分主要有三氮(NO3-, NO2-, NH4+)、酚、氰、重金属、总硬度及有机污染指标COD等,有关部门在一些地区地下水中检出有机污染物达133种。 2.2各类水污染的危害水中溶解性有机污染物对人体健康危害的研究始于20世纪60年代,国外发现用氯消毒对人体有危害,随后通过流行病调查,长期对不同饮水地区居民进行跟踪追查与动物试验等,己经证明排放于水体的人工合成化学物质对人体健康产生了极大的危害。据报道,人类癌症80
15、%-90%与环境因素有关,而在已发现的致癌化学物中,80%为有机污染物。地下水中的硝酸盐身对人体没有危害,但含量过高时会败坏水味,甚至引起泻肚,使肠道机能失调。硝酸盐的危害关键是它在人体内可经硝酸盐还原酶作用生成亚硝酸盐,而亚硝酸盐可以对人体健康构成威胁。亚硝酸进入人体血液后,能与血液中起传送氧气功能的血红蛋白反应形成高铁血红蛋白,从而影响血液中氧的传输能力,使组织因缺氧而中毒,重者可导致呼吸循环衰竭2。当饮用水中硝酸盐含量达到90- 140mg/L时,就能导致婴儿高铁血红蛋白症,俗称“蓝婴病”,当血液中血红素的含量达到70%时,即导致窒息而死3。美国H.H.Comley早在1954年便报道了
16、山于饮用水中高浓度硝酸盐氮而引起婴儿高铁血红蛋白症的病例,瑞典曾在克里斯蒂塔地区对35例癌症患者致病原因的分析表明,其中有一半以上的病例是因饮用高硝酸盐含量的地下水所致4此外,水中的硝酸盐和亚硝酸盐在各种含氮有机化合物(胺、酰胺、尿素、氰胺等)的作用下会形成具有化学稳定性的高度致癌、致畸、致突变物质亚硝基胺和亚硝基酰胺,他们会诱导产生肠道、脑、神经系统、骨骼、皮肤、甲状腺等肿瘤疾病5。重金属是具有潜在危害的重要污染物,重金属污染的威胁在于它不能被微生物分解,相反生物体可以富集重金属,并且能将某些重金属转化为毒性更强的金属-有机化合物。大部分重金属离子的毒性随浓度和作用时间的增长而愈加严重。第三
17、章 常规污水处理尽管如今大力提倡清洁生产、绿色化工,但要完全实现清洁生产将是一个漫长的过程因而末端处理仍然十分必要,即工业废水和城市生活污水必须经过处理才能排放。当前治理污水的方法主要有:沉降、絮凝6、过滤7、吸附8、生物处理9等,但这些方法不可避免地带来一次污染,而且还有再生费用昂贵或处理周期长等缺点。生活污水虽然可用传统的生物处理法有效地处理,但数百种剧毒化合物不能用生物法处理10,必须寻求新的合适、有效的处理方法。常规的水处理工艺主要去除对象是水源水中的悬浮物、胶体杂质和细菌。对于水中的溶解性有机污染物,常规工艺处理效果很不理想。国内外的试验研究和实际生产结果表明11,受污染水源水经常规
18、处理只能去除20%-30%的有机物,且由于溶解性有机物存在,不利于破坏胶体的稳定性而使常规工艺对原水浊度去除效果也明显下降(仅为50%-60% )。而且,由于常规工艺对水中氯化物不仅不能去除,反而因絮凝剂的作用在处理过程中使氯化后的出水中卤代物增多,而且优先控制污染物及毒性污染物数量也有明显上升,出水的有害物质较处理前增加了50%-60%【12】。因此,常规工艺已经不能与现有的水源和水质标准相适应,必须开发新的水处理技术。第四章 纳米技术在污水处理中的应用4.1纳米技术概况 纳米科学技术(Nano-ST)是20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技,它是研究由尺寸在0.1-100nm之间物
19、质组成体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。主要包括:纳米体系物理学;纳米化学;纳米材料学;纳米生物学;纳米电子学;纳米加工学;纳米力学13 。纳米材料是纳米科技发展的重要基础,也是纳米科技最为重要的研究对象。自1861年以来,随着胶体化学的建立,人们开始了对直径1 nm - 100 nm的粒子系统即所谓胶体的研究,但真正有意识地把纳米粒子作为研究对象始于20世纪60年代。广义上,纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料,即纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系,或纳米结构排列于一定基体中分散形成的体系,包括纳米超微粒
20、子、纳米块体材料和纳米复合材料等。组成纳米材料的基本单元在维数上可分为三类:零维,指在空间三维尺寸均在纳米尺度内,如纳米尺度颗粒、原子簇等;一维,指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米竹等;二维。是指在三维空间中有一维处于纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超品格等。构成纳米材料的物质的类别可以有多种,分为金属纳米材料、半导体纳米材料、纳米陶瓷材料、有机一无机纳米复合材料及纳米介孔固体与介孔复合体材料等。纵观纳米材料的发展历史,大致可以分为二个阶段,第一个阶段限于合成纳米颗粒粉体或合成块体等单一材料和单相材料;第一个阶段则集中于各类纳米复合材料的研究;到第二个阶段表现为对纳米自组装、人工组
21、装合成的纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系等纳米结构材料的关注。纳米材料的研究内涵也从最初的纳米颗粒以及由它们所组成的薄膜与块体,扩大至纳米丝、纳米棒、纳米竹、微孔和介孔材料等范畴14 。4.2纳米技术在污水处理中的应用现今,纳米技术在污水处理中的应用主要有以下几点:深度氧化技术,絮凝法,纳滤膜法,和有机/无机复合纳米粒子的应用。4.2.1深度氧化技术 基于紫外辐射和光催化氧化机理的高级氧化技术也叫深度氧化技术,深度氧化最常见的是光催化氧化技术,是近年来研究较多的废水处理技术,其利用高效光催化剂,在反应中产生活性极强的自由基,与有机化合物作用,使污染物氧化降解,最终生成无毒无害的H2O,
22、 CO2。已有研究证明,光催化氧化可有效地处理卤代烃类、氯代酚类、氰化物、各种有机酸及金属粒子等,其技术的关键在于光氧化催化剂。目前TiO2被认为是最有效的光氧化催化剂15。基于纳米Ti02巨大的比表面积、表面自由能和强力吸收紫外线、吸附废水中有机物的特性,在紫外光照射下,在反应中产生氧化能力极强的经基自由基(-OH),光催化氧化快速降解有机物,高效处理废水,并可避免二次污染16。在1976年发现TiO2光催化氧化可使多氯联苯全部脱氯:纳米TiO2光催化氧化漂白废水可降解氯代酚等氯代芳香族化合物17,可使含高分子的制浆废水浊度完全消失;用含氯漂白剂漂白纸浆可形成剧毒的氯代二苯及二噁英等,用Ti
23、O2, O2 , UV处理这类废水,对这类剧毒致癌有机物有快速降解作用18。TiO2氧化还原性较强,在较大pH值范围内稳定且价廉、无毒。但其吸收光谱只占太阳光谱中很小一部分,同时,其光量子效率也有待提高,研究者从多种途径对纳米TiO2,进行了改性研究。改性后的纳米Ti02在保持纯纳米TiO2优点的同时,可以显著地提高其光催化活性,扩展光吸收波长的范围。目前对于TiO2,的改性手段主要有表面染料光敏化、表面贵重金属沉淀、离子掺杂、复合半导体、表面还原处理等,其中离子掺杂具有方法简单,改性效果好,更有利于提高光催化反应的速率等优点,因而倍受人们的重视19.迄今已发现有数百种有机污染物可通过光催化进
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- 纳米技术 污水处理 中的 应用
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