廢棄HEPA濾網對水環境影響的實驗研究

趙志成，彭三曦，單慧媚*，趙艷蓮

（1.桂林理工大學 廣西環境污染控制理論與技術重點實驗室，廣西 桂林541004；2.桂林理工大學 巖溶地區水污染控制與用水安全保障協同創新中心，廣西 桂林541004；3.桂林理工大學 地球科學學院，廣西 桂林541004）

空氣中的主要污染物包括顆粒物（Particulate Matter，PM）、氣態物質、揮發性和半揮發性物質[1]。其中，PM能吸附大量有致癌物質和基因毒性誘變物質，極易通過鼻口呼吸進入人體，導致慢性病加劇、呼吸系統及心臟系統疾病惡化，改變肺功能及結構、影響生殖能力甚至改變人體的免疫結構[2-3]。當前，去除空氣中顆粒物的主流方法之一是采用高效空氣微粒過濾（High Efficiency Particulate Air filter，HEPA）技術[4]，濾網材料包括玻璃纖維、滌綸和丙綸等。通過成百上千個規則排列的褶皺，HEPA濾網對直徑為0.3μm以上的PM可以實現99.99%的過濾效率，缺點是使用6～12個月后需要及時更新濾網。盡管國內外眾多學者對PM的過濾材料、凈化技術和效果等開展了大量研究，但較少關注到廢棄HEPA濾網的潛在環境污染問題。

本文針對以上問題，以空氣凈化裝置中常用的HEPA濾網為研究對象，利用不同水化學溶液（純水、地下水和雨水）對未使用的和廢棄的HEPA濾網進行浸泡，對比分析HEPA濾網在不同水化學環境中釋放的主要陰離子污染物及其特征，揭示廢棄HEPA濾網對水環境的潛在污染影響，從而為我國生態環境保護與水污染防治提供參考依據。

1 實驗與方法

將2.5 g未使用的HEPA濾網和廢棄濾網分別置于若干個250 mL血清瓶，分別加入250 mL純水、地下水和雨水溶液，反應1、3、5、7、10、60 d后采集溶液過0.45μm濾膜待測。每組設計2組平行實驗。實驗過程中常規陰離子含量利用離子色譜儀（ICS2100，戴安）測定。所有實驗和測試均在廣西區級重點實驗室：環境污染控制理論與技術實驗室完成。

浸泡過程中單位質量HEPA濾網對某種化學組分的釋放量或吸附量Q（mg/g或μg/g）采用下式計算，

式中，C0為初始時刻溶液中某種化學成分的濃度，mg/L；Ct為浸泡t時刻溶液中某種化學成分的濃度，mg/L；V為浸泡溶液的總體積，L或mL；m為濾網的質量，g。Q>0表示濾網釋放化學成分進入溶液中，且Q越大表示釋放量越大；Q<0表示溶液中化學成分被濾網吸附，Q越小，|Q|越大，表示吸附量越大。此外，2次平行實驗結果的平均值用表示。

2 結果與討論

2.1 純水溶液浸泡條件下陰離子的釋放/吸附特征

未使用的HEPA濾網和廢棄濾網在純水溶液浸泡過程中不同陰離子的濃度變化結果如圖1（a）所示，反應過程中最大平均釋放/吸附量數據見表1。

圖1 HEPA濾網在不同溶液浸泡下陰離子釋放量隨時間的變化曲線（■未使用的；●廢棄的）

從圖中發現：純水溶液浸泡條件下，未使用的HEPA濾網和廢棄濾網均能釋放陰離子F-，Cl-，NO3-和SO42-。隨著時間的增加，F-，Cl-，NO3-和SO42-的釋放量均呈現先顯著增加后略減少，再逐漸增加的趨勢。整個反應過程中，廢棄濾網比未使用的濾網釋放陰離子的量更多，前者F-，Cl-，NO3-和SO42-的分別為0.031 1 mg/g，0.338 7 mg/g，1.212 0 mg/g和6.695 3 mg/g，后者分別僅為0.017 3 mg/g，0.210 1 mg/g，0.676 5 mg/g和1.558 4 mg/g，見表1。

2.2 地下水溶液浸泡條件下陰離子的釋放/吸附特征

未使用的HEPA濾網和廢棄濾網在地下水溶液浸泡條件下不同陰離子的濃度變化結果如圖1（b）和表1所示。從中可以發現：未使用的濾網釋放少量的Cl-，NO3-和SO42-，但反應初期（0～7 d）會從溶液中吸附少量的F-。廢棄濾網則向溶液中一直釋放F-，Cl-，NO3-和SO42-，且隨著時間的增加，F-的釋放量呈現出先顯著增加（0～3 d）后略降低再逐漸增加（＞5 d）的趨勢，Cl-和SO42-的釋放量呈現先顯著增加（0～5 d）后略減少至基本不變的趨勢，NO3-的釋放量先顯著增加（0～5 d）后基本趨于穩定。整個反應過程中，廢棄濾網比未使用的濾網釋放陰離子的量更多，前者F-，Cl-，NO3-和SO42-的分別為0.034 8 mg/g，0.186 7 mg/g，0.853 0 mg/g和6.732 9 mg/g，后者分別僅為0.003 7 mg/g，0.119 3 mg/g，0.141 3 mg/g和0.850 1 mg/g。

2.3 雨水溶液浸泡條件下陰離子的釋放/吸附特征

未使用的HEPA濾網和廢棄濾網在雨水溶液浸泡條件下不同陰離子的濃度變化結果如圖1（c）和表1所示。從中可以發現：雨水溶液浸泡條件下，未使用的濾網主要從溶液中吸附少量的F-，Cl-，NO3-和SO42-的（Q＜0）。廢棄的濾網則主要向溶液中釋放陰離子，并且隨著時間的增加，F-，Cl-和SO42-的釋放量呈現出先顯著增加后略降低至基本不變的趨勢，NO3-的釋放量先顯著增加后趨于穩定。廢棄濾網對F-，Cl-，NO3-和SO42-的分別為0.014 9 mg/g，0.058 9 mg/g，0.621 0 mg/g和5.827 2 mg/g，未使用的HEPA濾網對以上4種離子的最大平均吸附量分別為0.006 7 mg/g，0.087 8 mg/g，0.298 5 mg/g和0.370 0 mg/g。

表1 不同溶液浸泡過程中HEPA濾網對陰離子的最大平均釋放/吸附量Q max 單位：mg/g

整體上，未使用的濾網在純水溶液和地下水溶液浸泡過程中，均以釋放F-，Cl-，NO3-和SO42-為主，在雨水溶液中則以吸附陰離子為主。廢棄濾網在3種不同水化學溶液中陰離子的排序均為意味著是廢棄濾網對水環境產生潛在污染影響的主要成分。對于F-和SO42-的排序為：地下水＞純水＞雨水，對于Cl-和NO3-的排序為：純水＞地下水＞雨水，表明地下水和純水受廢棄濾網釋放陰離子的污染威脅更嚴重。

3 結論

本文以HEPA濾網為研究對象，設計室內實驗，利用不同水化學溶液（純水、地下水和雨水）對未使用的和廢棄的濾網進行浸泡，查明浸泡過程中HEPA濾網釋放陰離子污染物的過程及特征，揭示其對水環境的潛在污染影響。研究發現：廢棄濾網在純水、地下水和雨水溶液中均釋放F-，Cl-，NO3-和SO42-，其中釋放最多的陰離子成分為且地下水和純水更易受到廢棄濾網釋放陰離子的污染威脅。