水资源的保护 水体污染治理和ESTD技术应用及前景

近40年来,在我国社会经济的推动下,工业领域进入了一个全新的发展空间,与此同时,随着合成化学工业的发展,高浓度有机废水处理问题凸显,在当今环保形势日趋紧张的情况下,当排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量或水体的环境容量,从而导致水体的物理、化学特征发生不良变化,破坏水中原有的生态系统,影响水体的自净功能及在人类生活和生产中起到了破坏作用,通常称为水体污染。这里既包含了水本身的污染,也包括了水生生物和底质的污染。水体污染使水体及周围的生态平衡遭到破坏,造成环境质量、资源质量、社会福利和人类健康的损失。

上世纪90年代,我国政府开始对环保问题引起重视,号召减排“两废”(即:废气、废水),然而在我国经济高速发展的时代里,我国的各种工业生产者为了追求利益,言听不行,并没有重视我们“青山、绿水、蓝天”的家园,过度的开采、开发和排放。2000年以后国家开始加大力度治理排污问题,强制推行“两废”减排政策,强制“高污”企业上马“两废”处理设备,一些“高污”企业为了生存不得不购置了一些良莠不齐的“两废”处理设备,然而这些设备处理“两废”的成本实在太高,很多的企业就采取了,“听而不从,上而不用,有查就开,过检偷排”的现象。

自立法治理环境以来,恢复“青山、绿水、蓝天”,推行关闭“高污”企业,偷排犯罪,不再以罚代罪的政策以来,青山逐步恢复,蓝天逐步恢复,可是我们赖以生存的水资源依然是“五彩斑斓”,这难道是我们的政府不够重视吗?答案是:否定的,是我们几十年来为了过度的追求经济利益,对环境大肆的破坏造成的,对我们赖以生存的水资源造成了极度的破坏,大量的工业废水、生活污水、农业渗透污水(化肥、农药)、高化合的洗涤废水等等无节制的排放和滥用导致的,然而这一类的废水污水排放了几十年,给我们的江河湖泊造成了极度破坏的同时致使受过污染的水体彻底失去了“自净”功能,在今后的几十年乃至上百年里难以恢复。虽然各地政府纷纷的恢复湿地,让我们的生存环境有所改观,而这类的措施对我们的整体环境来说只是“一叶片舟”而已。

水体的治理必须从根本上治理:

1、早些年我国采用化学施药的方法治理水环境,虽然短时间内见效,但是后来发现这导致了我们的水环境进一步的恶化,污泥不断堵塞河道,水体溶氧量降低,水体富营养化,各种藻类菌类不断占据着水体,使水体生物、植物消失河水恶臭等直至某些河流的消失。

2、“清淤挖污”的方式来改善水体环境,而这些方式不但见效慢而且具有局限性,不能被广泛使用,最大的问题是具有有毒的污泥只是被从东挪到西,重新进入了另一个生态链,这种“掩耳盗铃”的做法又产生了另一个恶性循环,没有被彻底的处理。

3、中水的排放在大多数人心里都认为是无害的,是可以排放的,可是我们忽略了中水排在具有“自净”功能的河流里是可以被降解成无害的水,然而我国现在的河流大部分已经被污染,我们排放的中水里残余的污染物在没有“自净”功能的水体里无疑是在不断的增加污染物的浓度。

城市生活污水,占水质污染的51%以上。据环境部门监测,1999年全国近80%的生活污水未经处理直接进入江河湖海,年排污量达400亿立方米,造成全国三分之一以上水域受到污染。

4、城市污水处理厂的建设:近年来,城市生活污水和工业废水排放量的比例已接近持平。但是,城市污水处理厂的建设远远不能适应经济社会发展的需要。一般情况下,城市污水处理厂的建设周期为3年。从目前的建设进度看,实现"九五"期间国家提出的全国50万人口的城市都要建设集中式污水处理装置的要求,还需要相当长的时间。以淮河为例,按规划,到2000年,淮河流域四省需要建设城市污水处理厂52座,总投资60.8亿元,形成污水处理能力352万吨/天。到1999年6月建成的污水处理厂只有3座,污水处理能力仅为44万吨/天。集中式污水处理设施建设缓慢的原因,除了资金短缺外,地方财政因无力支付污水处理费用,常常使建成后的污水处理厂不能正常运行,环境保护投资不能有效发挥环境效益,至2000年我国水资源2/3被不同程度的污染,经过近20年的大规模环境治理,关闭了高污染的企业,迁移了化工企业,高浓度的污水排放已经得到遏制,这些手段无非是放弃了经济利益换取环境利益,可中水排放量在不断增加,排放在没有“自净”功能的江河湖泊变成了污染浓度不断增加的“污水池”。

除此之外,面源污染对环境造成巨大影响。面源污染是指在降雨和径流冲刷作用下,污染物从非特定的地域进入受纳水体而引起的污染。

面源污染主要来自于①土壤侵蚀,②农田化肥、农药施用、农村家畜粪便与垃圾,③农田污水灌溉,④城镇、矿区、建筑工地和林区地表径流污染,⑤水体人工养殖,⑥大气干湿沉降,⑦底泥二次污染等。其主要特征为:发生区域的随即性、排放途径及排放污染物的不确定性以及污染负荷空间分布的差异性。

目前,全国农村经济发展带来的农药、化肥、畜禽养殖污染量大面广,有一定治理难度。从上世纪50年代到90年代,我国农药施用量增加近100倍,成为世界上农药用量最大的国家。我国每年因农药中毒的人数占世界同类事故中毒人数的50%。而且由于农药的大量流失,造成严重的水体污染。全国化肥使用量也在成倍增加。1995年是1978年的4倍。目前,偏施化学氮肥,使氮、磷、钾比例失调现象比较严重。而且化肥的利用率只有30%左右,大量化肥流失,进入河流、海洋、湖泊,成为水体面源污染的主要来源。同时,由于大量化肥的使用,农村畜禽粪便的农业利用减少,畜禽业的集约化程度提高,加重了养殖业与种植业的脱节。畜禽粪便的还田率只有30%多,大部分未被利用。1998年全国畜禽粪便产生量是当年全国工业固体废物产生量的3.4倍。这些畜禽粪便大部分未经处理直接排入江河湖海。同时,作为农村经济的重要组成部分,乡镇企业的发展也一直是困扰农村环境的一大难题。据1991年和1997年两次全国乡镇工业污染源调查,乡镇工业二氧化硫、烟尘、化学耗氧量和固体废物排放量分别增长了22.6%、56.5%、246.6%和552%;在全国主要工业污染物排放总量有所控制的情况下,乡镇企业排污量却在增长,这将对水环境构成严重威胁,对于湖泊水体,农业面源污染造成的危害范围最大、程度最重,已成为湖泊富营养化的主要污染源。据中科院南京地理所对湖泊富营养化的研究指出,农田肥料污染的负荷平均为47%。如,农业面源污染物中的总磷、总氮分别占滇池水污染物总负荷的46%和53%,占太湖水污染物总负荷的37%和13%。

这些触目惊心的数据向我们表明,我们已经没有可以直接使用的水资源了,要发展还是要环境,这个课题已经困扰我国几十年,我们赖以生存的水资源在哪里?难道就没有方法可以减缓或彻底的解决我们的水资源污染问题吗?答案也是否定的!

“ESTD、TMF”技术与“阵列式EDL装置”的应用与比较

用“ESTD”技术与“阵列式EDL装置”合理的结合,就可以有效的解决上述问题,使江河湖泊的水环境彻底改善,能够使水体环境有一定“自净”功能,直至逆转为具备有完整的生态链,最终达到水体完全具备“自净”功能的水体环境,恢复完整水体生态。

“ESTD/TMF阵列式EDL装置”集合了“ET(电迁移)”、“EF(电絮凝)”、“ETS(电沉降)”、“ED(电分解)”、“EC(电催化)”“OC(超强氧化)”、高频振荡、高频静电失电子处理、高频离子化处理、高频氧化处理、高频磁约束、增强杀灭藻类和菌类等功能同时采用最新的“ESTD”和“TMF”功能整合技术(以下简称为“阵列式DEL复合装置”)实现了有毒污染物的分解,不再有毒,重金属氧化或分离甚至被重新利用,水体里的胶黏体和有机类不能被分解的污染物絮凝沉降直至被水体里的植物吸收,有效的减少水体里的“CODr、BOD”,使水体PH值改变(即:碱性),溶氧量增加彻底改善水环境恢复水体生态平衡。

“阵列式EDL复合装置”处理大环境水体和传统方式处理大环境水体的反应与比较:

1、“阵列式EDL复合装置”是最近发展起来的处理有毒、难生化降解污染物的新型有效技术,它通过分解反应直接降解有机物,或通过电分离反应产生羟基自由基(·OH)、臭氧(O、O)一类的氧化剂降解、絮凝、分解、沉淀有机物,通过多种种途径使有机物分解更加彻底,不易产生毒害中间产物,更符合环境保护的要求,“ESTD”这种技术通常被称为有机物和无机物的重新化合、氧化、迁移的化学作用和物理作用。

2、水体传统施药处理(化学处理),传统方法是在水体里不断的大量的使用絮凝剂、杀菌剂使水体溶氧量降低,水体富营养化,酸度增加导致大量的藻类菌类快速繁殖,造成水体发黑、恶臭、淤泥增加,并不能解决有毒物质,无异于“饮鸩止渴”。“阵列式EDL复合装置”中的ESTD作用机理和传统施药机理的比较:在常规的化学施药催化作用中,反应物和催化剂之间的电子传递是在限定区域内进行的,因此,在反应过程中,既不能从外电路中送入电子,也不能从反应体系导出电子或获得电流。

“ESTD”反应中电子的传递过程与此不同,有纯电子的转移。电极作为一种非均相催化剂既是反应场所,又是电子的供、受场所,即“ESTD”电化学反应同时具有催化化学反应和使电子迁移的双重功能。

3、在常规化学催化反应中,电子的迁移过程也无法从外部加以控制。在电化学反应过程中可以利用外部回路来控制超电压,从而使反应条件、反应速度比较容易控制,并可以实现一些剧烈的电解和氧化---还原反应的条件、改变水体特性(即PH值碱性偏移)。

“ESTD”电化学反应输出的电流则可以用来作为测定反应速度快慢的依据。在“ESTD”电催化反应中,反应前后的自由电能变化幅度相当大。在大多数场合下,由反应的种类和反应条件就可以对反应进行的方向预先估出。因此对于电解反应来说,通过改变电极电位,就可以控制氧化反应和还原反应的方向。电子迁移只在电离场及废水组分之间进行,不需另外添加氧化还原试剂,无二次污染问题;目前“ESTD”氧化法技术因为具有比一般的化学反应更强的氧化和还原能力、不消耗化学药剂、适应性强、可回收金属等有用物质以及易于实现自动化控制等优点其可用于有机废水处理 、含烃废水处理 、含醛废水处理 、含酚废水处理 、含胺废水处理 、印染废水处理 、含铬废水处理 、垃圾渗滤液处理 、海洋油田废水处理、烟道气的电解脱硫以及消毒等等,而且近年来其在各个领域都得到了广泛的应用。

4、大环境湖泊水体应用实例:

“ESTD、TMF”技术与“阵列式EDL装置”的弊端

“ESTD阵列式EDL复合装置”在处理污染源前必须了解污染源的成分和数据,预先设计好相应的装置和参数,根据各项参数生产相应的“ESTD阵列式EDL复合装置”,理论上是一种环境一种“ESTD阵列式EDL复合装置”,不能做到同一种“ESTD阵列式EDL复合装置”广泛治理所有污染源。

“ESTD、TMF”技术与“阵列式EDL装置”的应用前景

“ESTD阵列式EDL复合装置”作为一种新兴的技术,主要是投入少,维护成本低,主要反应:(1)电化学燃烧,在电分解过程中产生强氧化性的物质,使有机污染物均相或异相地被彻底氧化降解成二氧化碳和水;(2)电化学转化,把生物难降解的有机物通过电化学方法转化为易生物降解的有机小分子或把有毒有机物转变成无毒有机物,主要是通过电分解使环状化合物开环,生成易生物降解的脂肪类化合物。“ESTD阵列式EDL复合装置”电化学法处理有机废水由于其独特的优点,不产生二次污染,是一种很有潜力的高级氧化技术,在有机废水的前处理、江河湖泊的大环境净化逆转处理和深度处理方面有着极其广阔的应用前景。