飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)的思路

趙宸宇

中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院

飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)的思路

趙宸宇

中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院

工業(yè)行業(yè)的高速發(fā)展在為人們帶來便利的同時(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了破壞性的影響。尤其是重金屬的排放嚴(yán)重污染了人們生活用水，導(dǎo)致水污染環(huán)境突發(fā)事件頻繁發(fā)生，對(duì)人類健康造成威脅與傷害，不利于社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展。對(duì)此，明確水體重金屬污染現(xiàn)狀，并采用有效措施，包括物理應(yīng)急處理技術(shù)、生物應(yīng)急處理技術(shù)、化學(xué)應(yīng)急處理技術(shù)、新工藝技術(shù)等進(jìn)行治理具有重要現(xiàn)實(shí)意義?；诖?，本文對(duì)飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)進(jìn)行了分析與討論。

飲用水；重金屬污染；應(yīng)急處理技術(shù)

引言

重金屬對(duì)水體水源具有嚴(yán)重污染性，并在一定程度上威脅著人類的生命健康。目前，我國正處于水污染突發(fā)事件高發(fā)期，飲用水重金屬污染已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的日常生活與社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展，成為新時(shí)期環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)工作之一。由此可見，對(duì)飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)的研究至關(guān)重要。

1 水體重金屬污染現(xiàn)狀

目前對(duì)于重金屬并無明確定義，一般是將密度大于5g/cm3等金屬稱之為重金屬。而飲用水重金屬污染則是指水體水源中重金屬或重金屬化合物的含量超過正常指標(biāo)而形成的污染。通常情況下飲用水較常見的重金屬污染主要由砷（As）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pd）等等，這些重金屬多來源于工業(yè)、化工業(yè)、冶金行業(yè)等廢棄物或污水的排放[1]。由于重金屬穩(wěn)定性較強(qiáng)，在水體中不易降解，因此通過直接或間接作用對(duì)人體生命健康具有嚴(yán)重的威脅性。近年來據(jù)有關(guān)調(diào)查與統(tǒng)計(jì)顯示，我國水污染突發(fā)事件每年可達(dá)上百起，尤其是廣東、廣西、四川、貴州、湖南等金屬礦產(chǎn)資源豐富地區(qū)，水體重金屬污染事件頻繁發(fā)生。如，“廣東北江鎘污染事件（2005）”，“貴州都柳江砷污染事件（2008）”、“陜西寶雞血鉛污染事件（2009）”、“云南曲靖鉻污染事件（2011）”、“廣東武江銻污染事件（2011）”、“廣西龍江河鎘污染事件（2012）”等等。由此可見，對(duì)飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)

2.1 飲用水重金屬安全指標(biāo)

重金屬污染通過飲用水對(duì)人類生命健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅與損害。對(duì)此，為保障飲用水安全性，避免飲用水污染突發(fā)事件影響性的擴(kuò)大，我國以及其他國家針對(duì)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)以及飲用水安全重金屬指標(biāo)制定了明確的規(guī)定，詳細(xì)情況可見表1。

由表1可知，我國所規(guī)定的飲用水重金屬指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)與國際實(shí)現(xiàn)了接軌，正在一定程度上對(duì)我國飲用水檢測與管理工作提出了更高的要求[2]。凈水廠傳統(tǒng)的飲用水重金屬處理工藝技術(shù)已經(jīng)無法滿足標(biāo)準(zhǔn)需求，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)化，提升飲用水重金屬應(yīng)急處理技術(shù)水平已成為水廠現(xiàn)代化建設(shè)與發(fā)展的必然趨勢，也是相關(guān)工作人員研究的重點(diǎn)課題，意義深遠(yuǎn)。

2.2 飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)原則

在飲用水重金屬污染治理中，尤其是突發(fā)事件的應(yīng)急處理，其技術(shù)的應(yīng)用與選擇應(yīng)遵循一定的原則，應(yīng)以提升質(zhì)量效果，保證治理工作的長效發(fā)展。其一，保證飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)應(yīng)用后，產(chǎn)生的物質(zhì)具備穩(wěn)定性，不易被在此分解或被植物或生物吸收；其二，注重應(yīng)急處理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益，盡量保證用最小的投資取得最大的效率；其三，在飲用水重金屬污染治理過程中不免對(duì)環(huán)境或水源形成二次污染與破壞；其四，保證應(yīng)急處理方案或技術(shù)應(yīng)用操作的易于實(shí)踐與操作[3]。

2.3 飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)

在飲用水中重金屬常以多元化化學(xué)形態(tài)與物理機(jī)理存在，對(duì)此在進(jìn)行飲用水重金屬污染應(yīng)急處理時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況合理選用合理的處理方法進(jìn)行飲用水中重金屬去除，用以達(dá)到國家規(guī)定指標(biāo)?，F(xiàn)階段，常見的飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)主要有物理處理技術(shù)、生物處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)以及新工藝技術(shù)?；诖?，筆者在實(shí)例研究的基礎(chǔ)上，對(duì)飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)的思路分析如下。

表1 不同地區(qū)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)典型重金屬限值對(duì)比

2.3.1 物理應(yīng)急處理技術(shù)

怪味胡豆中不具有其他怪味食品的酸味，說明用“集酸、甜、麻、辣、咸、鮮、香七味于一體”的復(fù)合味并不能準(zhǔn)確地描述怪味食品的風(fēng)味特征。因此，有必要參考豆味、煙熏味和青草味的研究方法[28-30]，通過對(duì)不同品種的怪味食品進(jìn)行全面的定量描述分析，建立出怪味的感官描述詞，對(duì)于理解怪味和開發(fā)怪味食品具有一定的參考意義。

在依據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，如《重金屬污染綜合防治規(guī)劃》、《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》等基礎(chǔ)上，進(jìn)行原應(yīng)急處理技術(shù)改造，通過引進(jìn)先進(jìn)的檢驗(yàn)設(shè)備，構(gòu)建監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)對(duì)飲用水進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管與控制。并根據(jù)飲用水中重金屬檢測結(jié)果，在遵循飲用水重金屬污染應(yīng)急處理原則的基礎(chǔ)上，采用相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行防治。

例如，關(guān)于物理應(yīng)急處理技術(shù)的應(yīng)用，其原理在于不改變重金屬化學(xué)形態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行吸附、分離、濃縮等處理。因此，常見的物理應(yīng)急處理技術(shù)有吸附法、膜分離法以及離子交換樹脂法等等。

其中吸附法主要是指通過借助表面積較大或表面能較高的材料，如硅藻土、活性炭等對(duì)飲用水中重金屬進(jìn)行吸附、分離，在水污染治理的預(yù)處理或深度處理工藝中具有普遍應(yīng)用。物理吸附法在一定程度上具有反應(yīng)迅速、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢，但由于多數(shù)吸附材料價(jià)格較高且使用壽命較短，因此在具體應(yīng)用時(shí)，需結(jié)合具體情況進(jìn)行合理選用。

膜分離法則是通過利用特殊的膜材料，在外力的推動(dòng)下將水體中含有的某種重金屬或飲用水進(jìn)行滲透分離。相對(duì)于傳統(tǒng)重金屬處理技術(shù)而言，膜分離法適用性較廣且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。但是在使用該方法的過程中，應(yīng)注重膜電極運(yùn)行后的腐蝕問題，以及不同膜對(duì)不同重金屬去除的可行性問題。

離子交換樹脂法重金屬去除原理是通過樹脂中“氨基”、“羥基”等活性基團(tuán)與水體中重金屬離子進(jìn)行交換，通過處理將技術(shù)離子從已經(jīng)交換的樹脂上進(jìn)行轉(zhuǎn)移，達(dá)到水體重金屬去除目的[4]。因此，離子交換樹脂法具有重復(fù)利用性，其成本低且交換容量大，在飲用水重金屬污染應(yīng)急處理中具有重要應(yīng)用價(jià)值。

2.3.2 生物應(yīng)急處理技術(shù)

生物法是飲用水重金屬污染應(yīng)急處理中常見的一類方法。主要是借助植物或微生物具備的重金屬絮凝、重金屬富集以及重金屬吸收等功能進(jìn)行重金屬水體分離與去除。其中微生物絮凝法主要是指在微生物或微生物代謝物絮凝作用下，對(duì)水體重金屬進(jìn)行去除的方法，該方法具有安全、無毒、無二次污染等優(yōu)勢。例如，利用BM菌去除Zn、Cu等重金屬。而生物吸附法則主要是指借助微生物菌體本身的組織成分與化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)水體中的重金屬離子進(jìn)行吸附，輔助物理分離技術(shù)對(duì)重金屬進(jìn)行分離去除的方法。在應(yīng)用該方法時(shí)需注重微生物菌體本身是否具有危害性，通過綜合考慮后進(jìn)行具體應(yīng)用。

化學(xué)應(yīng)急處理技術(shù)則是通過改變重金屬化學(xué)形態(tài)，基于化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行重金屬離子去除的方法。常見的化學(xué)應(yīng)急處理方法主要有化學(xué)沉淀法、電解法、氧化還原法以及混凝法等等。其中化學(xué)沉淀法則是依據(jù)重金屬化學(xué)特性，借助一定的化學(xué)藥劑使重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后形成不溶于水的重金屬化合物，經(jīng)過沉淀，達(dá)到重金屬去除目的的方法。因此針對(duì)不同的重金屬需選用不同的藥劑進(jìn)行實(shí)踐操作，現(xiàn)階段常見的化學(xué)沉淀技術(shù)有“中和沉淀技術(shù)”、“鐵氧體共沉淀技術(shù)”、“中和凝聚沉淀技術(shù)”、“硫化物沉淀技術(shù)”等等。例如，在去除水體中的鉈時(shí)，則可利用“預(yù)氧化混凝沉淀技術(shù)”進(jìn)行去除，即通過添加氧化劑使一價(jià)鉈發(fā)生氧化反應(yīng)形成不溶于水的氫氧化鉈沉淀物，并通過過濾進(jìn)行沉淀物去除。目前，應(yīng)急除鉈技術(shù)已在我國眾多地區(qū)水污染事件中廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。

此外，在飲用水重金屬污染應(yīng)急處理中，電解法的應(yīng)用性較廣也是現(xiàn)今較為成熟的一種水體重金屬處理技術(shù)。電解法的應(yīng)用原理主要在于，使水體水源中的重金屬離子陰陽兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而將重金屬離子從水體中分離出來，進(jìn)行處理去除的方法。

由于多數(shù)電解液存在二次污染性，且重金屬離子去除效率不高，因此在實(shí)踐應(yīng)用時(shí)，需搭配其他方法進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，提升整體處理效果。例如，在飲用水應(yīng)急除銻時(shí)，可通過電解法進(jìn)行重金屬去除操作。即在弱酸性環(huán)境中，利用氫氧化鐵膠體（帶高密度正電荷）進(jìn)行中金屬離子電解吸附，在通過混凝沉淀去除飲用水中的銻。

2.3.4 新工藝、新材料應(yīng)急處理技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，在飲用水重金屬污染應(yīng)急處理過程中應(yīng)注重新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)、研發(fā)與應(yīng)用，用以提升治療效果，保證飲用水的安全性。例如，在明確掌握重金屬在水體環(huán)境中所具備的化學(xué)行為、物理機(jī)理等原理與形態(tài)后，進(jìn)行金屬治理技術(shù)的研發(fā)，在基于基因工程、分子生物工程等成果上，改建飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)，如利用新型吸附材料（玉米棒子芯、天然吸附材料、生物吸附材料）強(qiáng)化吸附法等，保證各技術(shù)之間的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，提升治理效果。

結(jié)論

總而言之，水污染突發(fā)事件具有嚴(yán)重的危害性，對(duì)飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)的研究已成為水體水源治理工作的重要課題。由于飲用水重金屬污染治理是一項(xiàng)復(fù)雜、長期的過程。因此，各級(jí)政府以及相關(guān)部門應(yīng)加大對(duì)其的重視程度，在明確水體重金屬污染現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合安全標(biāo)準(zhǔn)，采取有效措施進(jìn)行綜合處理，用以提升水源污染地區(qū)飲水安全性，強(qiáng)化飲用水重金屬污染應(yīng)急處理水平。

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[3]匡武,劉群,鄭西強(qiáng),潘成榮.中小型河流突發(fā)氨氮污染應(yīng)急處理技術(shù)研究[J/OL].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015（22）.http：//www.cnki.net/ kcms/detail/10.13989/j.cnki.0517-6611.2015.22.080.html

[4]吳仲斯,靳小虎,周勤,蔡展航.飲用水源突發(fā)性銅+鎘+鉈復(fù)合型污染應(yīng)急處理試驗(yàn)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2014,26：24-28+30.