物理方法因?yàn)椴恍枰~外投加化學(xué)藥劑，也不存生物污染等問題，被認(rèn)為是清潔的水處理技術(shù)。因而，按照物理的原理和過程實(shí)現(xiàn)污染物分離、降解、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和資源化，成為水處理領(lǐng)域的重要研究與產(chǎn)業(yè)方向�，F(xiàn)階段已有大量研究或應(yīng)用的主流物理技術(shù)包括：膜分離技術(shù)、磁分離技術(shù)、電轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化技術(shù)、光降解技術(shù)、聲和波處理技術(shù)等。這些技術(shù)改變了傳統(tǒng)的物理化學(xué)和生物處理的基本理論原則，將待處理體系置于一個(gè)或一組非直接的物質(zhì)間交互作用的環(huán)境當(dāng)中，以物理分離的方式轉(zhuǎn)移污染物和凈化水質(zhì)，或在強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)等物理作用下直接轉(zhuǎn)化污染物和凈化水質(zhì)，或通過物理過程產(chǎn)生自由基等活性物種而間接地降解污染物和凈化水質(zhì)。由此可見，物理水處理實(shí)際分為以下4類過程機(jī)理，并因此而適應(yīng)于不同水質(zhì)要求的處理方式。
第一類是水處理的物理分離過程。物理分離的特點(diǎn)是不發(fā)生物質(zhì)降解、轉(zhuǎn)化等導(dǎo)致物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變的過程，一般不產(chǎn)生二次污染。去除水中的污染物，一般是通過截留、沉降、浮移、轉(zhuǎn)移、聚集等分離過程來(lái)實(shí)現(xiàn)。水處理工藝中經(jīng)常采用的沉淀、氣浮、過濾等就是最基本的物理分離方法，但常規(guī)的水處理分離工藝效率較低，無(wú)法直接完成對(duì)水中懸浮物、化學(xué)污染物、藻類、微生物高效去除的目的。同時(shí)，這些單元技術(shù)前往往會(huì)有混凝、氧化等前置工藝，并有化學(xué)藥劑的加入，被認(rèn)為是不太清潔的水處理過程。近10年來(lái)，超濾、微濾、納濾、反滲透等在水處理中廣泛應(yīng)用，使水處理的分離過程不僅可以完成顆粒物質(zhì)的去除，而且還可以去除非溶有機(jī)物、大分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物以及微生物等。膜技術(shù)已帶動(dòng)了水處理理念與工藝的深刻變革，相應(yīng)的前置工藝也在尋求與之相適應(yīng)的發(fā)展和完善，人們正在探索重構(gòu)基于膜分離特征的混凝、沉淀等新理論和新工藝，將在藥劑使用、混合與反應(yīng)參數(shù)以及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行變革與創(chuàng)新，形成全新的混凝-過濾新工藝原理及設(shè)計(jì)運(yùn)行體系。與此同時(shí)，科學(xué)研究也正在挑戰(zhàn)一些我們未曾想象過的水處理分離方法，嘗試將諸如超導(dǎo)等現(xiàn)代高技術(shù)運(yùn)用于水處理過程。超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用主要是分離水中的賦磁顆粒物，這也是磁分離方法應(yīng)用領(lǐng)域的延伸。我們有理由相信，這種應(yīng)用探索也一定會(huì)從另一個(gè)角度促進(jìn)超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。電吸附分離技術(shù)近年來(lái)也被高度關(guān)注，并成為具有前景的脫鹽或離子分離方法。人們?cè)噲D開發(fā)更高容量的電極材料，利用所具有的高電容特性獲得更高效率和更為簡(jiǎn)易的分離除鹽效果。當(dāng)然，膜、磁、電及其它水處理分離方法，都還存在諸多原理和技術(shù)問題，需要不斷地研究探索和應(yīng)用實(shí)踐。
第二類是水處理的物理直接轉(zhuǎn)化過程。這類過程會(huì)涉及污染物或水中共存物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化，包括了物質(zhì)的降解、新物質(zhì)的生成等反應(yīng)。但這類反應(yīng)與高壓脈沖放電等方法不同，不產(chǎn)生羥基自由基等活性物種，是一種直接電降解污染物的過程，在適當(dāng)?shù)碾妷汉头磻?yīng)應(yīng)時(shí)間下，水中有機(jī)物會(huì)得到完全礦化，而不需要額外投加化學(xué)藥品。但直接電降解可能要消耗更多的電能，具有較高的處理成本。同時(shí)，在電壓或反應(yīng)時(shí)間不足的情況下，也可能由于對(duì)污染物轉(zhuǎn)化的不徹底而產(chǎn)生某些有毒害的副產(chǎn)物。因此，人們將改善這種弊端的方法寄托于間接的電降解過程。
第三類是水處理的物理間接降解過程。這一過程會(huì)有中間活性物種的產(chǎn)生和作用，一般是通過電、光、聲、波等物理作用強(qiáng)化產(chǎn)生羥基自由基、原子氫等強(qiáng)氧化還原中間物種，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的強(qiáng)化轉(zhuǎn)化，是物理作用及與其產(chǎn)生的間接化學(xué)反應(yīng)協(xié)同的過程機(jī)制。比如，電芬頓技術(shù)就是通過在亞鐵離子的催化下與陰極產(chǎn)生的過氧化氫反應(yīng)生成強(qiáng)氧化性的羥基自由基，間接對(duì)污染物進(jìn)行高效礦化。而在采用了鈀等催化陰極的電化學(xué)反應(yīng)器中，可能生成原子氫而強(qiáng)化還原水中的氯代有機(jī)物等。同樣，聲、波、光及其協(xié)同反應(yīng)的體系中，水處理過程也會(huì)產(chǎn)生類似羥基自由基的活性物種，而化學(xué)催化材料的輔助可顯著提升對(duì)污染物的礦化效率，降低能量消耗。
第四類是分離和轉(zhuǎn)化的協(xié)同過程。水處理工藝多是不同技術(shù)單元的優(yōu)化組合，也是不同處理功能的集成和優(yōu)化。通過有效的分離而去除顆粒態(tài)或大分子污染物，再通過適當(dāng)?shù)闹苯踊蜷g接轉(zhuǎn)化過程使污染物降解或礦化，這是一種典型的水處理工藝邏輯。但是，現(xiàn)在的主體工藝都是化學(xué)或生物的方法的組合，加入化學(xué)藥劑是最常用的手段，因而可能帶來(lái)處理后水質(zhì)的安全性問題。如果我們采用物理的優(yōu)化組合方法，實(shí)現(xiàn)污染物分離和降解的非化學(xué)及非生物處理過程協(xié)同，那將是一個(gè)更安全、更有魅力的技術(shù)方向。
（本文刊登于《給水排水》雜志2014年第4期）
