物理方法因為不需要額外投加化學藥劑，也不存生物污染等問題，被認為是清潔的水處理技術。因而，按照物理的原理和過程實現(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用的主流物理技術包括：膜分離技術、磁分離技術、電轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化技術、光降解技術、聲和波處理技術等。這些技術改變了傳統(tǒng)的物理化學和生物處理的基本理論原則，將待處理體系置于一個或一組非直接的物質(zhì)間交互作用的環(huán)境當中，以物理分離的方式轉(zhuǎn)移污染物和凈化水質(zhì)，或在強磁場、強電場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，物理水處理實際分為以下4類過程機理，并因此而適應于不同水質(zhì)要求的處理方式。
第一類是水處理的物理分離過程。物理分離的特點是不發(fā)生物質(zhì)降解、轉(zhuǎn)化等導致物質(zhì)結構改變的過程，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、聚集等分離過程來實現(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，無法直接完成對水中懸浮物、化學污染物、藻類、微生物高效去除的目的。同時，這些單元技術前往往會有混凝、氧化等前置工藝，并有化學藥劑的加入，被認為是不太清潔的水處理過程。近10年來，超濾、微濾、納濾、反滲透等在水處理中廣泛應用，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物、大分子有機物和無機物以及微生物等。膜技術已帶動了水處理理念與工藝的深刻變革，相應的前置工藝也在尋求與之相適應的發(fā)展和完善，人們正在探索重構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、混合與反應參數(shù)以及反應器結構等方面進行變革與創(chuàng)新，形成全新的混凝-過濾新工藝原理及設計運行體系。與此同時，科學研究也正在挑戰(zhàn)一些我們未曾想象過的水處理分離方法，嘗試將諸如超導等現(xiàn)代高技術運用于水處理過程。超導技術的應用主要是分離水中的賦磁顆粒物，這也是磁分離方法應用領域的延伸。我們有理由相信，這種應用探索也一定會從另一個角度促進超導技術的發(fā)展和進步。電吸附分離技術近年來也被高度關注，并成為具有前景的脫鹽或離子分離方法。人們試圖開發(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易的分離除鹽效果。當然，膜、磁、電及其它水處理分離方法，都還存在諸多原理和技術問題，需要不斷地研究探索和應用實踐。
第二類是水處理的物理直接轉(zhuǎn)化過程。這類過程會涉及污染物或水中共存物質(zhì)的結構和形態(tài)變化，包括了物質(zhì)的降解、新物質(zhì)的生成等反應。但這類反應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?shù)碾妷汉头磻獞獣r間下，水中有機物會得到完全礦化，而不需要額外投加化學藥品。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，在電壓或反應時間不足的情況下，也可能由于對污染物轉(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、波等物理作用強化產(chǎn)生羥基自由基、原子氫等強氧化還原中間物種，實現(xiàn)對污染物的強化轉(zhuǎn)化，是物理作用及與其產(chǎn)生的間接化學反應協(xié)同的過程機制。比如，電芬頓技術就是通過在亞鐵離子的催化下與陰極產(chǎn)生的過氧化氫反應生成強氧化性的羥基自由基，間接對污染物進行高效礦化。而在采用了鈀等催化陰極的電化學反應器中，可能生成原子氫而強化還原水中的氯代有機物等。同樣，聲、波、光及其協(xié)同反應的體系中，水處理過程也會產(chǎn)生類似羥基自由基的活性物種，而化學催化材料的輔助可顯著提升對污染物的礦化效率，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?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或生物的方法的組合，加入化學藥劑是最常用的手段，因而可能帶來處理后水質(zhì)的安全性問題。如果我們采用物理的優(yōu)化組合方法，實現(xiàn)污染物分離和降解的非化學及非生物處理過程協(xié)同，那將是一個更安全、更有魅力的技術方向。
（本文刊登于《給水排水》雜志2014年第4期）
