绿色化学理念在水处理中的应用
绿色化学是现今国际化学研究的前沿，其根本理念是从源头消除污染，是最为理想的环境污染防治方法。阐述了绿色化学的理念，并介绍了以绿色化学为基础的绿色水处理技术和绿色水处理药剂。
绿色化学;水处理技术;水处理剂
人类进人2l世纪，面临着全球性水资源枯竭和水环境污染的问题。如何解决水处理工业与社会经济之间持续、健康、和谐的发展是未来水处理工业可持续发展的关键，一场以绿色化学为基础的绿色水处理革命已成为2l世纪水处理科学的学科前沿和水处理工业的重点发展方向。
1. 绿色化学
20世纪是化学工业蓬勃发展的世纪，也是人们逐步认识其对人类健康、社区安全、生态环境有危害性的世纪。1992年6月，在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会，通过了“2l世纪议程”，1995年3月16日美国宣布了“总统绿色化学挑战计划”，提出了绿色化学的概念，环境友好化学、清洁化学、绿色技术等名词相继出现。根据美国环保署P．T．Anastas的定义，绿色化学就是用化学的技术和方法，从根本上减少或消除对人类健康和环境有害的原料、产物、副产物、溶剂等的产生和应用。它的核心特点是“原子经济性”，即在获取新物质的转化过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”。
绿色化学的研究目标是运用物理和化学方法，研究和开发环境友好的新反应、新工艺、新技术、新产品，站在可持续发展的高度，实现资源、环境、经济、社会的协调发展。由此可见，绿色化学的理念是从根本上消除污染源，使废物不再产生或得到控制，因此绿色化学是从源头彻底控制污染的化学。近年来，为实施可持续发展战略，在水处理技术和水处理药剂的研究、开发、应用中进一步实施绿色化学理念是2l世纪水处理发展的重要方向之一。
2. 绿色水处理技术
2.1 高级氧化技术(AOP5)
AOP5主要包括O3/UV法、UV/固相催化剂法、H202/UV法、H202/Fe2+ 法、03/H202法等。其原理是反应中产生氧化能力极强的-OH，-OH能够无选择性地氧化水中的有机污染物，使之完全氧化为CO2和H2O。AOP5技术经济指标先进、无毒、无污染，是典型的绿色水处理技术，其中由于光催化氧化法最为经济而成为研究的热点。
2.2 超临界水氧化法(SCWO)
超临界水是指在温度和压力分别超过临界状态温度374。C和临界压力22MPa时，处于超临界状态的水。超临界水对有机物和氧气都是极好的溶剂，有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行，反应不会因相间转移而受限制。
SCWO具有无需催化剂、停留时间短、去除效率高、清洁、广谱等优点，可用于化工、医药、食品、军事工业和核工业废水以及城市污水的处理。但目前国内大多仅是实验室的研究。
2.3 电催化氧化法
电催化氧化法利用电解时特种电极材料的催化作用产生-OH，使有机污染物完全氧化为CO2和H2O。该法处理效果好且速度快，占地面积小，实施过程无污染，后处理简单，不产生毒害中间产物，是一种绿色水处理技术。
目前，电催化氧化法在含烃、醛、醇、醚、酚及染料等有机污染物的处理中逐渐得到应用，但是尚存在实用化的电极材料不多，电极寿命不长，能耗较大等缺点。在实际应用方面，需要解决有效抑制析氢析氧等副反应，提高电流效率，改进填料、电源方式等问题。
2.4 超声波降解技术
超声波降解技术的原理是：在超声波以一定频率与强度作用于液相反应系统时，液体的密度降低到足以使液体介质中“撕裂”出大量瞬间生成又瞬时崩溃的微小“空化泡”，从而将声场的能量集中起来。在压缩过程中，已存在的空化泡被大大压缩、崩溃，在极小的空间内将能量释放出来，产生瞬时局部高温(5000K)和高压(50．7MPa)，即所谓的“热点”，空化过程中伴随着的高温可导致自由基-OH、HO -、H-和超临界水的形成及声致发光现象，高压将在液体中产生强大的冲击波(均相)或高速(>110m/s)射流(非均相)，可以大大加速与促进氧化还原分解反应，特别是非均相反应的进行，使一些需要在较高温度与压力等条件下的反应可在常态下顺利进行。
该法具有少污染或无污染、设备简单等优点，同时还有杀菌消毒功效，是一种很有潜力的水处理新技术。但由于能量转化效率和能耗的关系，还未在实际中大规模的使用。
2.5 膜分离技术
膜分离技术是一项新兴的高效分离技术，它具有物质不发生相变，分离系数大，在常温下进行，装置简单，适用范围广，操作方便等特点。在废水处理中可实现水的闭路循环，符合可持续发展战略的绿色理念，在水处理技术领域被广泛应用。它包含微滤、超滤、渗析、电渗析、纳滤和反渗透、渗透蒸发、液膜等。
膜分离技术在环境保护的各个领域的应用越来越广泛，已经应用于含油废水、电厂循环冷却水、饮用水的深度处理、锅炉脱盐水、高浓度生活污水等处理过程中。但是，膜法对进水水质要求高，膜需要定期清洗，存在着经常费用和运转费用较高的问题。
3. 绿色水处理药剂
3.1 含磷的水溶性聚合物
含磷的水溶性聚合物是一类比.较特殊的磷聚合物，是由无机次磷酸盐与一种或两种以上有机单体共聚而成，其特点是将羧酸基与磷酸基结合在同一个分子上，其所得产物结构比较复杂，性能差异也较大。按膦基所处的位置，含磷聚合物可分为两类：一类是聚膦基羧酸(简称PAC)，其特点是膦基处于聚合物中间位置，这类聚合物主要是对碳酸钙垢有效，复配后对抑制碳酸钙垢以及分散粘泥和氧化铁亦有协同效果；另一类则被称之为膦酰基羧酸(简称POCA)，其特点是膦基在聚合物的一端，它在冷却水中既能阻垢又能缓蚀，并且有很强的钙容忍度，与氯几乎不起反应，被认为是真正的多功能药剂 。含磷水溶性聚合物的磷含量一般低于3%，如果其用量为5mg/L，则整个循环冷却水体系的含磷量仅0.15 mg/L左右，这样低的磷系配方意味着此类含磷水溶性聚合物部分回归了大自然，对环境保护十分有利，具备了绿色水处理剂的特点。
3.2 烷基环氧羧酸盐
烷基环氧羧酸盐(AEC)的特点是无毒、能耐氯、耐温，有特别优良的碳酸钙阻垢性能，可以取代有机膦酸的无磷阈值阻垢剂。当与一些无机盐(磷酸盐或锌盐等)复配时，对碳钢具有缓蚀作用，因而可组成低磷或低锌配方，用于高pH值、高碱度、高硬度、高浓缩倍数的冷却水系统，并为环境所接受。
AEC循环水处理技术在国内已有应用，系统的腐蚀和结垢情况均得到了很好的控制。
3.3 聚天冬氨酸类(PASP)
PASP是一种水溶性的氨基酸可降解聚合物，主要包括聚天冬氨酸及其钠盐或酯，是以天冬氨酸或马来酸为原料，在催化剂作用下聚合而成，对碳酸钙阻垢效果最佳，相对分子量范围为1000～4000。此外，聚天冬氨酸对磷酸钙、硫酸钙及硫酸钡等也有优异的阻垢性能，且具有生物降解性，是一种可与环境相容的绿色水处理阻垢剂。
3.4 聚环氧琥珀酸类(PESA)
PESA是一种无磷、非氮并具有良好生物降解性的绿色阻垢剂，具有很强的抗碱性，在高钙、高硬度水中，其阻垢性能明显优于常用的有机膦酸类。一般说来，具有最佳阻垢效果的PESA产品的分子量范围为400～800。
有研究表明，PESA的可生物降解性非常好，过程很迅速，且PESA分子中无磷无氨，不会引起水体的富营养化，对环境保护是有利的。
4. 结语
绿色化学的理念其根本就是人与自然的和谐相处和可持续发展，其出发点是从根本上将“先污染后治理”及“防治污染”变为“避免污染”的战略，是从根本上消除污染源，从源头控制污染的化学。随着人类社会的发展，水处理绿色化的进程势必加快，一是要开发高效、低毒或无毒、低能耗、无二次污染的绿色水处理技术，特别是光、声、磁、电、膜技术等多种工艺联用的新型绿色技术；二是要开发无毒、无害、易生物降解的绿色水处理药剂，特别是开发在目标分子、原材料反应的试剂、反应的方式和条件等要素中都是“环境友好”型的药剂。相信随着绿色化学的不断发展和应用，人类必将能够越来越好的解决水污染问题，做到真正的可持续发展。
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