化学工程在环境治理中的应用研究

化学工程在环境治理中的应用研究

潘建新   漆光智

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摘要

化学工程在环境治理中的应用研究是近年来取得重大进展的重要领域。例如，以CO2为原料生产聚碳酸酯的无光气工艺、通过改进反应器技术提高甲醇合成效率等，都体现了化工在减少环境污染、提高资源利用率方面的潜力。此外，纳米材料的应用也为环境治理带来了新的机遇，如磁性纳米材料在生物催化和环境治理中的应用，功能化硅纳米线和磁性量子硅在光催化和太阳能电池中的应用等。应用，无不展现出纳米材料在环境修复方面的巨大潜力。

关键词: 化学工程, 环境治理, 污染控制, 可持续发展, 绿色化学

1 引言

当前，世界面临着严重的环境污染问题，其中空气污染、水污染和土壤污染尤为突出。大气污染主要表现为二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等有害物质排放，导致酸雨、雾霾等现象，严重影响人类健康和生态环境。水污染主要来自工业废水、农业废水和生活污水的排放，造成水体富营养化和水质恶化，威胁水生生物的生存，影响人类饮水安全。土壤污染主要来源于工业废渣、农业化肥、农药的过量使用，导致重金属、有机污染物等有害物质在土壤中积累，影响农作物的生长，并通过食物进入人体。链，危害人体健康。这些环境污染问题不仅对人类健康构成严重威胁，而且对生态系统造成不可逆转的破坏。因此，环境治理已成为全球关注的重大问题。

2 化学工程在废水处理中的应用

2.1 物理处理方法

2.1.1 沉淀法

    沉淀法是利用重力或离心力使悬浮于水中的固体颗粒沉降分离的一种物理处理方法。沉淀法主要分为重力沉淀和离心沉淀两种。重力沉淀法是利用重力作用使悬浮颗粒沉降，适用于粒径较大、密度较高的颗粒。离心沉淀法则是利用离心力使悬浮颗粒沉降，适用于粒径较小、密度较低的颗粒。沉淀法在废水处理中主要用于去除悬浮固体，如泥沙、悬浮物等，也可用于去除一些重金属离子。沉淀法操作简单、成本低廉，是废水处理中常用的物理处理方法。

2.1.2 过滤法

    过滤法是利用固体介质截留悬浮物，从而达到分离固液混合物的目的。过滤法在废水处理中应用广泛，可有效去除水中悬浮物、胶体物质和部分溶解性有机物。常用的过滤方法包括砂滤和膜过滤等。砂滤利用砂层截留水中悬浮物，适用于处理悬浮物含量较高的废水。膜过滤则利用膜的孔径大小来分离不同粒径的物质，可用于处理更细小的悬浮物和胶体物质。过滤法具有操作简单、成本低廉、效率高等优点，是废水处理中不可或缺的物理处理方法。

2.1.3 吸附法

    吸附法是利用吸附剂的表面吸附作用去除废水中污染物的物理处理方法。吸附剂的种类很多，常用的有活性炭、离子交换树脂等。活性炭吸附法是利用活性炭的多孔结构和巨大的表面积，吸附废水中的有机污染物、重金属离子等。离子交换吸附法则是利用离子交换树脂的离子交换特性，去除废水中的重金属离子、酸根离子等。吸附法具有操作简单、处理效率高、适用范围广等优点，是废水处理中常用的物理处理方法。

2.2 化学处理方法

2.2.1 氧化法

    氧化法是利用氧化剂将废水中的污染物氧化降解，从而达到去除污染物的目的。常用的氧化剂包括臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等。氧化法具有以下优点：

•氧化效率高，可以有效去除多种污染物，如酚类、氰化物、硫化物等。

•操作简单，易于控制。

•对环境影响较小，不会产生二次污染。

常见的氧化法包括：

•臭氧氧化法：臭氧是一种强氧化剂，可以将废水中的有机物氧化降解，并能有效去除色度、臭味等。

•过氧化氢氧化法：过氧化氢是一种强氧化剂，可以将废水中的有机物氧化降解，并能有效去除重金属离子等。

氧化法在废水处理中具有广泛的应用，是重要的化学处理方法之一。

2.2.2 还原法

    还原法是利用还原剂将废水中的氧化性污染物还原成无害或低害物质的处理方法。还原方法主要有化学还原和生物还原。化学还原法是指利用化学还原剂，如亚硫酸钠、铁粉、硫化物等，将废水中的重金属离子、硝酸盐、铬酸盐等还原成低毒或无毒物质。例如，使用铁粉将六价铬还原为三价铬，然后通过沉淀去除。生物还原法是指利用微生物的代谢作用，将废水中的氧化性污染物还原成无害或低害物质。例如，利用反硝化细菌将硝酸盐还原为氮气，从而去除废水中的氮污染。

2.2.3 中和法

   中和法是废水处理中常用的化学处理方法之一。其原理是利用酸碱反应降低废水的pH值或去除重金属离子。当废水中含有酸性物质时，可添加碱性物质进行中和，使废水呈中性或弱碱性；反之，当废水中含有碱性物质时，可添加酸性物质进行中和，使废水呈中性。性或呈弱酸性。中和法也可用于去除废水中的重金属离子。例如，利用氢氧化钠或氢氧化钙等碱性物质与重金属离子反应形成沉淀，从而达到去除重金属离子的目的。中和法操作简单，成本低廉，但需要注意的是，中和法只能降低废水的pH值或去除部分重金属离子，并不能彻底去除所有污染物。因此，中和法常与其他废水处理方法结合使用，以达到最佳的处理效果。

2.3 生物处理方法

2.3.1 活性污泥法

    活性污泥法是一种常用的生物处理方法，利用微生物的新陈代谢作用去除废水中的有机污染物。该方法的核心是曝气池和沉淀池。在曝气池中，通过充氧使微生物保持有氧状态，并提供充足的营养物质，促进微生物的生长繁殖，分解有机污染物。沉淀池用于分离活性污泥和处理水。沉降后的活性污泥可返回曝气池继续参与污水处理。活性污泥法具有处理效率高、操作简便、成本低等优点，广泛应用于城市污水处理、工业废水处理等领域。

2.3.2 生物膜法

    生物膜法是一种利用微生物在载体表面形成生物膜，对废水进行处理的技术。该方法具有以下优点：

•处理效率高： 生物膜中的微生物浓度高，对污染物的降解能力强。

•占地面积小： 与传统的活性污泥法相比，生物膜法所需的反应器体积更小。

•运行稳定： 生物膜法对水质变化的适应性强，运行稳定。

    常见的生物膜法工艺包括生物滤池、生物转盘等。生物滤池利用填料作为载体，使微生物附着在填料表面形成生物膜，通过废水流经填料层，实现对污染物的去除。生物转盘则利用旋转的圆盘作为载体，使微生物附着在圆盘表面形成生物膜，通过废水与圆盘的接触，实现对污染物的去除。

3 化学工程在废气处理中的应用

    吸附法是利用多孔固体吸附剂的表面吸附作用来分离废气中污染物的废气处理方法。吸附法具有操作简单、投资低、适用范围广等优点，在废气处理中得到广泛应用。常见的吸附剂有活性炭、沸石、硅胶等。活性炭吸附法利用活性炭的多孔结构和巨大的表面积来吸附废气中的污染物。活性炭吸附法对多种有机废气，如苯、甲苯、二甲苯、甲醛等具有良好的去除效果，但活性炭吸附法也存在一些缺点，如吸附容量有限、净化难度大等。再生性差，易造成二次污染。沸石吸附法利用沸石的分子筛效应选择性吸附废气中的特定污染物。沸石吸附法对一些极性有机废气，如醇类、酮类、醛类等具有良好的去除效果。沸石吸附法具有吸附容量大、再生性能好、使用寿命长等优点，但其吸附效果对一些非极性有机废气效果较差。吸附法在废气处理中的应用范围取决于污染物的性质、浓度、气体流量等因素。选择吸附方法处理废气时，需要综合考虑吸附剂类型、吸附条件、再生方法等因素，以达到最佳处理效果。

结束语

       在不断发展的征程中，化工技术的应用与创新发挥着至关重要的作用。通过水、大气、土壤和固体废物管理的实践，各国积累了丰富的经验和成功案例。这些案例不仅展示了化学工程技术的强大潜力，也为全球环境保护提供了宝贵的参考。面向未来，我们要继续加强国际合作，共同探索创新技术，为建设清洁美丽的地球家园而不懈努力。

参考文献

[1] 徐坤. 生态护坡技术在河道治理工程中的应用分析[J].水电科技, 2023

[2] 吴康旭. 基于生物修复技术在土壤污染治理中的应用探讨[J].节能环保, 2022

[3] 王震，陶威，刘松. 探讨生物强化技术在水污染治理中的应用[J].节能环保, 2022