水處理工藝發展史

A. 純水設備的發展歷程

純水又名高純水，是指化學純度極高的水，其主要應用在生物、化學化工、冶金、宇航、電力等領域，但其對水質純度要求相當高，所以一般應用最普遍的還是電子、醫葯行業。
製作純水的方法有納濾、超濾、反滲透、離子交換法，國內、外多數制葯企業採用離子交換及反滲透、離子交換聯合等方法製得純水。《中國葯典》(2000年版)規定：「純水為採用蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其他適宜的方法製得供葯用的水。」而不再僅局限於「蒸餾」這一種工藝。葯典這一改變是我國制葯用水生產發展史上的一大進步，與世界先進國家的葯典實現了接軌。但目前在我國的純水制備系統當中，納濾還沒有普遍使用。
我國純水設備的發展的歷程僅僅40多年，而其技術在工業領域的應用也只有10多年，在我國的應用更是短暫都不到十年。因此目前對於純水設備專業生產加工還是比較缺少的，大多數純水設備生產企業都是小規模經營，沒有形成大規模配套生產，產品涵蓋范圍廣，品類雜亂。
目前專業從事純水設備製造、安裝、調試、售後的企業並不多見，有的小型加工商看中純水設備這塊蛋糕，極盡所能的採用一切手段爭取合同，卻難以按照葯典要求進行設備施工，更不能通過後續的GMP認證，這是所有顧客在選擇純水設備時值得注意的事項，選擇一家資質高、實力強、服務好的製造商，才能保證純水設備符合要求。
但是隨著國家對生物制葯、醫葯行業的扶持力度增大，純水設備必然成為水處理行業中一個新的增長點，勢必帶動水處理設備不斷改進工藝流程，朝著標准化、規模化的方向發展。

B. 水處理的介紹

水處理的方式包括物理處理和化學處理。人類進行水處理的方式已經有相當多年歷史，物理方法包括利用各種孔徑大小不同的濾材，利用吸附或阻隔方式，將水中的雜質排除在外，吸附方式中較重要者為以活性炭進行吸附，阻隔方法則是將水通過濾材，讓體積較大的雜質無法通過，進而獲得較為干凈的水。另外，物理方法也包括沉澱法，就是讓比重較小的雜質浮於水面撈出，或是比重較大的雜質沉澱於下，進而取得。化學方法則是利用各種化學葯品將水中雜質轉化為對人體傷害較小的物質，或是將雜質集中，歷史最久的化學處理方法應該可以算是用明礬加入水中，水中雜質集合後，體積變大，便可用過濾法，將雜質去除。隨著人類生活不斷提高水體富營養化氨氮、磷等營養鹽問題和國家環保局對污水排放標准一步步提高，沿用了許多年傳統的「一級處理」及「二級處理」水處理工藝技術和設備，已經難以適應當今的高濁度和高濃度污水的處理要求，而且處理工藝流程長，系統龐大，而且還散發大量臭氣。運營者要想達到最新排放標准，需要從新再投入高額的資金擴建原有污水處理系統，加大佔地面積使用和高額的污水處理設備及高額後期維護費用，然而,傳統的污水深度處理再生回用技術系統(如活性炭過濾、微孔過濾、滲透膜凈化等技術系統)投資高、後期維護運行費用高，太多的運營者難以承受。以下來我們詳細介紹幾種水處理工藝：

C. 給水處理中常用技術概述

由於水是一種溶解力很強的溶劑，又與外界環境如空氣、地殼、土壤等廣泛接觸，故而水中必然含有很多雜質，而水的處理或者凈化其實質就是通過各種水處理技術去除水中有關雜質，以獲得達到一定水質標準的水供生活飲用或工業使用。水處理技術包括混凝、過濾、吸附、膜分離和消毒等。
1 混凝技術
混凝技術的處理對象是水中的懸浮物和膠體物質，其關鍵技術是選擇和投加適當的混凝劑，經混凝過程使水中懸浮物和膠體形成大顆粒絮凝體，然後通過澄清、沉澱進行分離。歷史上很早以前就有以明礬凈水的記載，直至今日，我國的水廠大都採用鋁鹽或鐵鹽作為無機混凝劑，近年來也研究開發和應用了一些新的混凝劑如無機聚合態的聚合氯化鋁（PAC）和聚合硫酸鋁（PAS）等，也包括一些有機高分子絮凝劑如聚丙烯醯胺（PAM）等。
給水和廢水的處理過程中，為了滿足用水水質和環境排放的要求，一般在預處理中採用混凝沉澱法，即向水中投加混凝劑或絮凝劑以破壞溶膠穩定性，使水中的膠體和懸浮物顆粒絮凝成較大的絮凝體，以便從水中分離出來，達到水質凈化的目的。混凝處理實際上包括凝聚和絮凝兩種膠體顆粒物的聚集過程，是一種較為經典的水處理工藝，應用十分普遍。近年來，在絮凝動力學、絮凝形態學、新型高效混凝劑以及高效絮凝反應器等方面的研究和應用，有了許多新的發展，推動了混凝技術的進步。
2 過濾技術
過濾技術是選擇和利用多孔的過濾介質（或稱濾料截面）使水中的雜質得到分離的固液分離過程。它通常與混凝、澄清或沉澱結合使用，這樣不僅能有效的降低水的濁度，而且對去除水中某些有機物和細菌、病毒也有一定的效果，因此，在生活飲用水處理中，過濾是必不可少的，在大多數工業用水處理中也常採用作為預處理過程。根據過濾技術的特點可知，在過濾技術中選擇適當的過濾介質-濾料是極為重要的，目前常用的過濾介質--濾料從砂、無煙煤、微孔塑料、陶瓷，到各種高分子分離膜等可以有多種選擇，它們可以去除水中不同粒度的雜質，此外，通過對過濾器進行優化設計可對過濾效果產生較大的影響。
原水經過混凝澄清處理以後，大部分懸浮物已被去除，但此時水質仍無法滿足飲用水標准和後續處理工藝的水質要求，所以在常規水處理工藝中，過濾常被安排在沉澱池或澄清池之後，經過濾後的出水濁度可以降到小於1單位。在原水濁度較低時（25單位以下），也可採用不經澄清直接過濾。
3 吸附技術
吸附是一種物質附著在另一種物質表面的過程，他可以發生在氣--液、氣--固和液--固兩相之間，在水處理中主要討論物質在水與固體吸附劑之間的轉移過程。許多多孔的固相物質可以作為吸附劑，例如活性炭、木屑、活化煤、焦炭、吸附樹脂等，其中以活性炭使用作為廣泛。吸附劑表面的吸附力可分為分子引力（范德華力）、化學鍵力和靜電引力三種，故而吸附可分為物理吸附、化學吸附和離子交換吸附。影響吸附的因素很多，主要有吸附劑、被吸附物質的性質和吸附過程操作條件等，吸附劑的性質又可分為吸附劑微孔的大小、比表面積以及其表面化學特性等。吸附過程操作條件主要與pH值、溫度、接觸時間等因素有關。
活性炭吸附技術目前應用較多的是在給水處理中去除微量有害物質和嗅味等，尤其是去除水中有機污染物效果較好，因而可單獨或與臭氧結合用於給水深度處理。此外，活性炭吸附在廢水處理中也有廣泛的應用。近年來在新的吸附劑方面又發展了有關的離子交換樹脂和KDF等吸附劑已在給水處理中應用較廣，值得重視。
4 膜分離技術
膜分離技術是利用特殊的有機高分子或無機材料製成的膜將溶液隔開，使溶液中的某些溶質或水滲透出來，從而達到分離的目的。膜分離的優點是分離截面效果好，一般沒有相的變化，設備容易操作，便於產業化等。當然，膜分離技術也存在一定的局限性，例如對待處理的原水水質要求嚴格，處理能力相對較小，需要注意膜的堵塞與清洗等，目前常用的膜分離技術主要有反滲透（RO）、電滲析（ED或ERD）、納濾（NF）、超濾（UF）、和微濾（MF）等，主要用途也各不相同，ED或ERD的局限性是可去除帶電雜志，但對病菌和大多數有機物效果較差；UF和MF去除顆粒直徑較大，但運行時所需壓力較低，膜的成本和運行費用較低；而RO和NF由於它們分離的顆粒直徑小，對病菌、有機物和無機物均有較好的效果，因此具有較廣泛的處理能力和應用范圍，既可用於工業水處理，也可應用於飲用水處理，尤其是近幾年發展迅速的NF技術，因其運行壓力較低，膜的成本和運行成本大幅減少，目前正成為水處理中優先發展的技術和領域。由於水資源緊缺是21世紀全球的一個突出矛盾，而且近年來相關法律法規不斷完善與嚴格，水質分析檢測技術不斷改進，膜的生產成本及銷售價格有下降趨勢，因此，膜技術在水處理方面必將得到越來越廣泛的應用。
5 消毒技術
水的消毒主要是為了殺滅或抑制水中對人體有害的致病微生物。水的消毒技術可分為化學消毒和物理消毒兩大類，化學消毒中採用的消毒劑又可分為氧化型消毒劑和非氧化型消毒劑，氧化型消毒劑中應用最廣的是氯及其製品，這是由於氯的價格低廉、消毒效果良好、使用較方便等特點，在非氧化型消毒劑中如季銨鹽等在工業冷卻水的殺菌，滅藻中應用較多。物理消毒中應用較多的是臭氧消毒和紫外線消毒，臭氧消毒的特點是殺菌效果好，不需很長的接觸時間，受水中的PH值和氨氮影響較小，能通過強氧化作用消除水中的有機物，對水中的鐵、錳、色度和嗅味也有一定的去除效果，其缺點是耗電較多，運行費用高，同時，臭氧需邊生產、邊使用，不易存儲；紫外消毒的缺點是消毒作用有一定的作用距離和范圍，當水中的懸浮物和濁度高時會妨礙紫外線的透射等。
近年來以氯為主要消毒劑已發展了一些新品種，如二氧化氯（ClO2）、
氯代異氰酸鹽（TCCA與DCCA）以及一些加氯的增效劑，如等三嗪類化合物等，此外，含溴的消毒劑也有相應的發展，在非氧化型消毒劑中出現了異噻唑啉酮、季銨鹽等新品種。物理消毒中臭氧和紫外消毒也發展較快，這可能和加氯後產生消毒副產物有關，如鹵代甲烷類化合物等，有的已確認為致癌物而引起廣泛關注，因此非氯消毒劑也有很大的發展前景。
6 結語
給水處理技術的目的是通過各種必要的處理技術改善原水水質，使他們符合生活飲用或工業使用的要求，因此水處理需要根據原水水質和出水水質的要求加以確定，為了達到處理的要求，應根據實際情況選用合適的技術，有時往往將幾種處理技術結合或復合使用。
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D. 電絮凝（EC)技術發展史

電絮凝技術發展史如下：

• 起源與早期發展：

  • 電絮凝技術的起源可追溯至1889年的英國，當時這項技術作為環保水處理技術初露端倪。
  • 1901年，英國學者首次提出了電絮凝的概念，並開始了深入的研究與實踐。
  • 美國學者隨後憑借專利推動了這項技術的大規模應用，建設了先進的處理設施。

• 20世紀50年代後的廣泛應用：

  • 電絮凝技術因其高效且原位反應無二次污染的特性，在20世紀50年代以後廣泛應用於廢水處理領域。
  • 其優勢包括高有效成分含量、低污泥產生和操作簡便。
  • 然而，這一時期技術發展中也面臨著挑戰，如電導率要求高、陽極更換頻繁、金屬離子殘留以及電極鈍化等問題。

• 強化電絮凝的研究與發展：

  • 強化電絮凝理論的根基在於優化化學絮凝，通過增加絮凝劑用量來增強有機物去除效果。
  • 自2000年後，電絮凝研究逐年升溫，尤其是強化電絮凝領域，著重於凈水機理、電極技術、電源技術以及集成技術的研究。
  • 集成技術成為強化電絮凝的熱點，盡管仍在基礎研究階段，但其潛力巨大。

• 電源技術的革新：

  • 電絮凝電源技術如脈沖電源和光伏電源正在解決電極鈍化問題，提高絮凝效率。
  • 脈沖電源能有效處理氟和重金屬，而光伏電源則為偏遠地區提供了綠色能源解決方案。
  • 未來電源技術的創新方向包括空氣陰極的應用、無線技術及電極材料改良。

• 集成與協同處理的突破：

  • 電絮凝與其他技術的集成，如電絮凝活性炭吸附和超聲技術，優化了能耗和處理性能。
  • 電絮凝與光/電催化、臭氧氧化等技術結合，拓寬了污染物處理范圍，並與MBR技術相結合，提升膜壽命。

• 未來發展趨勢：

  • 強化電絮凝在生活污水和中水處理中展現優勢，未來研究將深入理解強化機理，開發新型電極和反應器設計。
  • 推動技術從實驗室向實際應用的轉化，以實現更大規模和經濟性的水處理系統。