1. 水污染與環境材料

1.1 水污染來源與分類

水污染是指水體因某種物質的介入而導致其化學、物理、生物或者放射性等方面特性的改變，從而影響水的有效利用，危害人群健康或者破壞生態環境，造成水質惡化的現象。

按照污染物進入水體方式，可將水污染分為點源污染和面源污染。

1.2 水污染治理中常用的環境材料

隨著我國社會經濟的快速發展，城鎮化水平不斷提高，廢水排放量持續增加，面對日益嚴重的水環境污染，水污染治理技術面臨著新的機遇和挑戰，環境材料在水污染治理領域的開發與應用研究也受到廣泛的重視。下面將根據環境材料功能性的不同，介紹吸附材料、膜材料、離子交換樹脂以及其他環境材料在污水治理中的應用。

2 .水污染治理中的吸附材料

2.1 活性炭

(www.ws46.coM)

2.2 沸石

沸石的化學通用式為：MxDy(Alx 2ySin-(x 2y)O2n) ?mH2O。式中，M是Na、K等堿金屬或其他一價陽離子；D是Ca、Sr、Ba、Mg等堿土金屬或其他二價陽離子；M、D通稱可交換陽離子。

2.3硅藻土

硅藻土是古代單細胞低等植物硅藻遺體堆積后，經過初步成巖作用而形成的一種具有多孔性的生物硅質巖。硅藻土的主要化學成分是SiO2，并含有少量的Al2O3，P2O3， CaO，MgO 等，是由硅藻的壁殼組成，壁殼上有多級、大量、有序排列的微孔。

3. 水污染治理中的膜材料

3.1 膜的簡介

廢水處理中常用的膜分離方法及其特點

3.2 微濾膜

微濾是一種精密過濾技術，其運用的孔徑范圍介于 0.1~75 μm 之間，運用過程中的攔截能力來自于其對多孔材料的運用，經過物理截留的方式使得水中的雜質顆粒得到有效的去除。

在壓力的作用下，無機離子、有機低分子以及溶液中水等尺寸小的物質可經過微孔運動到膜的另一側，而大尺寸諸如水中的膠體、菌體等則因不能透過纖維墻而被截留下來，這樣，就實現了不同組分的篩選目的，而且上述的過程為常溫操作，微孔濾膜的截留粒子粒徑為 0.1~10 μm，不會發生相態變化，更不會產生二次污染，對水的處理效果良好。

微濾膜主要分為有機微濾膜、無機微濾膜和復合微濾膜。

3.3 超濾膜

超濾膜技術是一種把溶液濾過、分離、和濃縮的膜透過分離技術，屬于微透過和略透過。超濾膜不僅可以濾過顆粒物質及膠體物質，也對兩蟲、藻類、細菌、病毒和水生物起到濾過作用，這樣達到溶液的凈化、分離與濃縮的目的。與傳統工藝相比，超濾膜技術在處理污水方面具有損耗低、使用壓力低、分離效率高、濾過量大、可回收再利用的優點，所以可以廣泛用于凈化飲用水、回收生活污水、回收含油廢水、回收紙漿廢水，海水淡化等。

3.4 納濾膜

納濾膜又稱“疏松型”反滲透膜，它是介于反滲透與超濾之間的一種壓力驅動型膜分離技術。其表面由一層非對稱性結構的高分子與微孔支撐體結合而成，以壓力差為推動力，對水溶液中低分子量的有機溶質截留，而鹽類組分則部分或全部透過，從而使有機溶質得到同步濃縮和脫鹽的目的。商品化納濾膜的膜材質主要有以下幾種：醋酸纖維素（CA）、磺化聚砜（SPS）、磺化聚醚砜（SPES）、聚酰胺（PA）和聚乙烯醇（PVA）等。納濾膜的制備工藝大致有以下幾種：相轉化法、稀溶液涂層法、界面聚合法、熱誘導相轉化法、化學改性法等，其中界面聚合法是制備納濾膜最常用的方法，無機材料納濾膜一般采用溶膠—凝膠法制備。

納濾膜分為兩類：傳統軟化納濾膜和高產水量荷電納濾膜。

3.5 反滲透膜

反滲透膜一般用高分子材料制成，如醋酸纖維素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。膜表面微孔的直徑一般在0.5~10 nm之間。以膜兩側靜壓差為推動力而實現對液體混合物分離的選擇性分離膜，其操作壓力一般為1.5~10.5 Mpa，反滲透膜只能通過溶劑（通常是水）而截留離子或小分子物質。透過性的大小與膜本身的化學結構有關。

根據反滲透膜具備的性能及其影響因素，目前較常用的膜類型有：①醋酸纖維膜（CA膜）。CA膜又可以分為平膜、管式膜和中空纖維膜幾類。CA膜具有反滲透膜所需的三個基本性質：高透水性、對大多數水溶性組分的滲透性相當低，具有良好的成膜性能。②聚酰胺膜（PA膜）。聚酰胺膜又可分為脂肪族聚酰胺膜、芳香聚酰胺膜（成膜材料為芳香聚酰胺、芳香聚酰胺-酰肼以及一些含氮芳香聚合物）。③復合膜。這是近年來開發的一種新型反滲透膜，它是由很薄且致密的符合層與高空隙率的基膜復合而成，它的膜通量在相同的條件下比非對稱膜高約50%~100%。

4. 離子交換樹脂

4.1 陽離子交換樹脂

陽離子交換樹脂，包括強酸性陽離子交換樹脂和弱酸性陽離子交換樹脂。

陽離子交換過程可用下式表示：

R-A B =R-B A （1）

式中 R--樹脂本體；A樹脂上可被交換的離子；B溶液中的交換離子。

如是陽離子樹脂受到污染，可用酸或食鹽水除去污染物。

4.2 陰離子交換樹脂

陰離子交換樹脂包括強堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。

強堿性陰離子交換樹脂，這類樹脂含有強堿性基團，如季胺基（亦稱四級胺基） -NR3OH （R為碳氫基團），能在水中離解出OH－而呈強堿性，這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。這種樹脂的離解性很強，在不同pH值下都能正常工作。

弱堿性陰離子交換樹脂，這類樹脂含有弱堿性基團，如伯胺基（亦稱一級胺基） -NH2、仲胺基（二級胺基）- NHR、或叔胺基（三級胺基） -NR2，它們在水中能離解出OH-而呈弱堿性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。這種樹脂在多數情況下是將溶液中的整個其他酸分子吸附，其只能在中性或酸性條件下工作。

陰離子交換過程可用下式表示：

R C- D-=R D- C-

5. 水污染治理的微生物固定化材料

微生物的固定方法主要有吸附法、包埋法、共價結合法、介質截留法和無載體固定化5種方法。以上各種固定化方法中，各有自身的優勢，但也都存在著不同的缺點，其性能比較見表。

5.1 腐殖酸

腐殖酸(humic acids)是分布最為廣泛的天然有機物質,幾乎所有的環境中都有分布,如土壤、水體和沉積物等。

根據腐殖酸的來源分類：腐殖酸有“天然腐殖酸”和“人造腐殖酸”之分。天然腐殖酸指在土壤、泥炭和褐煤等天然物質中含有的腐殖酸；“人造腐殖酸”主要有生物發酵腐殖酸、化學合成腐殖酸和氧化再生腐殖酸。腐殖酸能有效絡合金屬離子和吸附有機物，但多保持溶解狀態，易隨水流遷移和易為生命有機體吸收。如何將其固定或通過腐殖酸提高吸附劑對被吸附物質的吸附性能，目前已經成為國際新的研究熱點。

5.2 煤矸石

煤矸石是在煤炭開采及精選過程中產生的黑色碳質頁巖和少量灰色、雜色砂質頁巖等非煤質組分，主要由黏土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石）、石英、方解石及碳質等原生礦物組成；同時，往往伴生黃鐵礦、磁黃鐵礦等還原性硫化礦物。

利用煤矸石可以吸附水中的有機物和金屬離子。煤矸石制備吸附材料的工藝：(1)硫酸活化工藝：原始矸石-粉碎-磨細-高溫焙燒(500～800℃)-硫酸活化-水洗-烘干-成品。(2)蒸汽活化工藝：原始矸石—粉碎-磨細-高溫焙燒(500～800℃)-配料混合-成型-蒸汽活化烘干-吸附材料成品。