飲用水重金屬污染應急處理技術的思路

趙宸宇

中北大學化工與環(huán)境學院

飲用水重金屬污染應急處理技術的思路

趙宸宇

中北大學化工與環(huán)境學院

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

飲用水；重金屬污染；應急處理技術

引言

重金屬對水體水源具有嚴重污染性，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嚴重影響了人們的日常生活與社會的穩(wěn)定發(fā)展，成為新時期環(huán)境保護的重點工作之一。由此可見，對飲用水重金屬污染應急處理技術的研究至關重要。

1 水體重金屬污染現(xiàn)狀

目前對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，在水體中不易降解，因此通過直接或間接作用對人體生命健康具有嚴重的威脅性。近年來據(jù)有關調查與統(tǒng)計顯示，我國水污染突發(fā)事件每年可達上百起，尤其是廣東、廣西、四川、貴州、湖南等金屬礦產資源豐富地區(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，對飲用水重金屬污染應急處理技術的研究具有重要現(xiàn)實意義。

2 飲用水重金屬污染應急處理技術

2.1 飲用水重金屬安全指標

重金屬污染通過飲用水對人類生命健康產生了嚴重的威脅與損害。對此，為保障飲用水安全性，避免飲用水污染突發(fā)事件影響性的擴大，我國以及其他國家針對飲用水衛(wèi)生標準以及飲用水安全重金屬指標制定了明確的規(guī)定，詳細情況可見表1。

由表1可知，我國所規(guī)定的飲用水重金屬指標標準已經與國際實現(xiàn)了接軌，正在一定程度上對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已經無法滿足標準需求，在現(xiàn)有技術的基礎上進行強化，提升飲用水重金屬應急處理技術水平已成為水廠現(xiàn)代化建設與發(fā)展的必然趨勢，也是相關工作人員研究的重點課題，意義深遠。

2.2 飲用水重金屬污染應急處理技術原則

在飲用水重金屬污染治理中，尤其是突發(fā)事件的應急處理，其技術的應用與選擇應遵循一定的原則，應以提升質量效果，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急處理技術應用后，產生的物質具備穩(wěn)定性，不易被在此分解或被植物或生物吸收；其二，注重應急處理技術的經濟效益，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環(huán)境或水源形成二次污染與破壞；其四，保證應急處理方案或技術應用操作的易于實踐與操作[3]。

2.3 飲用水重金屬污染應急處理技術

在飲用水中重金屬常以多元化化學形態(tài)與物理機理存在，對此在進行飲用水重金屬污染應急處理時，需根據(jù)實際情況合理選用合理的處理方法進行飲用水中重金屬去除，用以達到國家規(guī)定指標。現(xiàn)階段，常見的飲用水重金屬污染應急處理技術主要有物理處理技術、生物處理技術、化學處理技術以及新工藝技術?；诖?，筆者在實例研究的基礎上，對飲用水重金屬污染應急處理技術的思路分析如下。

表1 不同地區(qū)飲用水衛(wèi)生標準典型重金屬限值對比

2.3.1 物理應急處理技術

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”的復合味并不能準確地描述怪味食品的風味特征。因此，有必要參考豆味、煙熏味和青草味的研究方法[28-30]，通過對不同品種的怪味食品進行全面的定量描述分析，建立出怪味的感官描述詞，對于理解怪味和開發(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)生標準》等基礎上，進行原應急處理技術改造，通過引進先進的檢驗設備，構建監(jiān)測與預警系統(tǒng)對飲用水進行動態(tài)監(jiān)管與控制。并根據(jù)飲用水中重金屬檢測結果，在遵循飲用水重金屬污染應急處理原則的基礎上，采用相應技術進行防治。

例如，關于物理應急處理技術的應用，其原理在于不改變重金屬化學形態(tài)的基礎上進行吸附、分離、濃縮等處理。因此，常見的物理應急處理技術有吸附法、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、活性炭等對飲用水中重金屬進行吸附、分離，在水污染治理的預處理或深度處理工藝中具有普遍應用。物理吸附法在一定程度上具有反應迅速、適應性強等優(yōu)勢，但由于多數(shù)吸附材料價格較高且使用壽命較短，因此在具體應用時，需結合具體情況進行合理選用。

膜分離法則是通過利用特殊的膜材料，在外力的推動下將水體中含有的某種重金屬或飲用水進行滲透分離。相對于傳統(tǒng)重金屬處理技術而言，膜分離法適用性較廣且不會產生二次污染。但是在使用該方法的過程中，應注重膜電極運行后的腐蝕問題，以及不同膜對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”等活性基團與水體中重金屬離子進行交換，通過處理將技術離子從已經交換的樹脂上進行轉移，達到水體重金屬去除目的[4]。因此，離子交換樹脂法具有重復利用性，其成本低且交換容量大，在飲用水重金屬污染應急處理中具有重要應用價值。

2.3.2 生物應急處理技術

生物法是飲用水重金屬污染應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，對水體重金屬進行去除的方法，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結構對水體中的重金屬離子進行吸附，輔助物理分離技術對重金屬進行分離去除的方法。在應用該方法時需注重微生物菌體本身是否具有危害性，通過綜合考慮后進行具體應用。

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

此外，在飲用水重金屬污染應急處理中，電解法的應用性較廣也是現(xiàn)今較為成熟的一種水體重金屬處理技術。電解法的應用原理主要在于，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，從而將重金屬離子從水體中分離出來，進行處理去除的方法。

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，因此在實踐應用時，需搭配其他方法進行結合應用，提升整體處理效果。例如，在飲用水應急除銻時，可通過電解法進行重金屬去除操作。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、新材料應急處理技術

隨著科學技術的創(chuàng)新與發(fā)展，在飲用水重金屬污染應急處理過程中應注重新技術、新工藝的引進、研發(fā)與應用，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)境中所具備的化學行為、物理機理等原理與形態(tài)后，進行金屬治理技術的研發(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急處理技術，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）強化吸附法等，保證各技術之間的協(xié)調與統(tǒng)一，實現(xiàn)技術結合應用，提升治理效果。

結論

總而言之，水污染突發(fā)事件具有嚴重的危害性，對飲用水重金屬污染應急處理技術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復雜、長期的過程。因此，各級政府以及相關部門應加大對其的重視程度，在明確水體重金屬污染現(xiàn)狀的基礎上，結合安全標準，采取有效措施進行綜合處理，用以提升水源污染地區(qū)飲水安全性，強化飲用水重金屬污染應急處理水平。

[1]孫海濱,畢衛(wèi)軍,文亞春,宋寧寧.飲用水源突發(fā)性氨氮污染應急處理技術[J].中國環(huán)保產業(yè),2016,04：57-59.

[2]丁文婧,劉學卿,郭蕾.飲用水源突發(fā)甲苯污染的吸附法應急處理技術研究[J].江蘇水利,2016,04：25-28.

[3]匡武,劉群,鄭西強,潘成榮.中小型河流突發(fā)氨氮污染應急處理技術研究[J/OL].安徽農業(yè)科學,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+鉈復合型污染應急處理試驗研究[J].科技創(chuàng)新導報,2014,26：24-28+30.