我国水环境中有机物污染现状及减削技术
郭亚
（甘肃有色冶金职业技术学院 冶金与化学工程系， 甘肃 金昌 737100）
[摘 要] 随着工业的发展，我国水环境中有机物的污染所引起的环境安全风险问题受到人们越来越多的关注。从我国水环境中有机物的污染现状及危害、削减技术等两个方面综述了有关水中有机污染物归趋的研究进展，提出了物理化学技术和生物技术相结合是未来水中有机物处理研究领域的发展方向。
[关键词] 水环境；有机污染物；现状；削减技术
Pollution Status and Reduction Technologies of Organic Matter in Water
Environment of China
Guo Ya
(Department of Metallurgy and Chemical Engineering. Gansu
Vocational&Technical College of Nonferrous Metallurgy, Jinchang 737100,
China)
Abstract:With the development of industry, their
environmental risk caused by the organic matters in the water of our country is
the major concern till now. This paper reviews the studies on the occurrence
and fate of organic matters in water environment in considering the pollution
status and the removal methods, and the combined technology of physico-chemical
methods and biological methods would be the future research orientation for
treatment of organic wastewater.
Keywords:
water environment; organic pollutants; status; removal
methods
1. 前言
水是生命之源。我国的水资源短缺，人均水量较低，仅为世界人均量的四分之一。并且随着化学工业的飞速发展，以及我国工业重复用水率较低，工业废水的排放量也在不断增加，水污染较严重。有机物作为化工生产过程中的原始材料和中间产物，进入水环境中的种类和数量也在急剧增加[1]。有机物分为天然和人工合成两大类。随着工农业的发展，人工合成的有机物越来越多。大部分有机物有毒并且容易生物积累，有些有机物浓度较低且不容易降解，部分有机物还有致畸、致癌、致突变的“三致”作用，对人类和环境的潜在危害特别大。另外，若水源中的有机物浓度超标会使水中氯化物消毒带来的副产物增多，且会增加水中混凝剂的使用量和铝的剩余量，这些都会给人体健康带来额外危害[2]。近年来，随着人们环保意识的不断增强，加之分析检测技术的不断提高，有机物对环境的污染现状引起了人们广泛的关注。水中有机污染物除了大部分来自化工、造纸和制药等行业外，还有一部分来自农业中用的农药、化肥等，这些有机物一部分渗入到地表水源中，一部分通过地表径流流入地上水源。水环境中有机物的污染不仅不能满足人们日益对水环境要求的提高，而且也阻碍了我国各方面的快速发展。因此，研究我国水环境中有机物污染现状及削减技术势在必行。
2. 我国水环境中有机物的污染现状及危害
我国主要的江河湖泊或多或少都被有机物所污染。黄河、淮河、辽河以及松花江的污染最为严重，海河污染也比较严重，珠江和长江污染相对小一些。田怀军等对重庆市的主城区饮用水水源作了检测，一共检测出了101种有机物[3]；黄志丹等对东湖水以及来自于其的自来水进行检测，检出了102种有机物[4]；魏复盛等通过抽查方式检测了江苏省的二十五个水源地和二十五个自来水厂的出厂水，检出的有机物高达468种；王玲玲等检测了河南黄河流域七个城市的九个主要饮用水源水以及黄河小浪底水库，检测出的有机物高达599种[5]；李伟中等对珠江三角洲某个市的饮用水源水和河涌水进行了检测，查出了226种有机物[6]；吴南翔等分别检测了婺江水域4个点的地面水和1个点的自来水，也检测出了10几种有机物，主要是苯环类、卤代烃、萘、蓖、邻苯二甲酯以及其他杂环类有机化合物。这些数字表明我国地表水中有机物的污染比较严重。除此之外，我国城市地下水有机物污染也较严重。在我国44个城市地下水的调查中，有高达42个城市地下水受到污染，并检出数百种有毒有机物。
Kong等通过研究哈尔滨某污水处理厂对邻苯二甲酸酯类及农药类有机物的去除效果发现，污水处理厂对这些有机物的最大去除率只有98.9%，最小去除率只有22.7%，表明污水处理厂对上述有机物具有一定的去除效果。但像邻苯二甲酸酯类的有机污染物属于内分泌干扰物，所谓的内分泌干扰物，又被叫做环境激素，会对人体或动物的内分泌系统进行干扰，从而引起生理功能紊乱，它们就像雌激素的作用一样，即便是量非常小，也会对生物体带来危害，引发各种病变。已有研究表明，邻苯二甲酸酯会干扰人体正常激素分泌，影响儿童发育，损害人体器官。我国是生产和使用邻苯二甲酸酯类化合物的大国，且每年的使用量还在增加，从珠江、长江、黄河流域及松花江流域等水环境系统中均检出邻苯二甲酸酯类有机污染物的存在[7]。此外，王玉福也研究了我国水环境中雌激素的污染情况，通过对所抽测的地表水及自来水的检测，均不同程度地检出了环境雌激素活性物质，从而得出了我国城市自来水中含有环境雌激素活性物质的结论。酚类属于高毒性有机物，通过口腔呼吸以及皮肤进入人体内，它可以对中枢神经系统进行抑制而对肝脏和肾脏造成损害。苯酚及其衍生物在污水中较为常见且难降解。已有研究表明，饮用水中苯酚的含量一定要小于0.002mg/L，不然就会对人身体产生危害。此外，农作物灌溉水中酚类化合物浓度高于100mg/L时，会造成农作物的大量减产甚至枯死 [8]。
3. 水环境中有机物的削减技术
当前常规的净水工艺对大量的有机物特别是能在水中溶解的有机物去除效果较差。水的深度处理技术是指水在进行常规处理后，再采用一些其他新的技术，把不能有效除去的有机物彻底除去。从目前的研究情况看，被用于深度去除水中有机污染物的较为行之有效的物理化学和生物处理技术主要有：
3.1 物理化学技术
3.1.1 吸附技术
吸附技术是一种应用较多且特别重要的一种深度水处理技术。活性炭是一种吸附能力较强的多孔疏水性的非极性吸附剂，通过其表面上的物理吸附作用将水中的非极性或弱极性的有机物吸附。活性炭吸附可以有效地去除水中有机污染物，但活性炭的价格太贵，水处理成本高，也无形中阻碍了其大规模的应用[9]。环糊精因其价格低廉、无毒、环境友好等优势在水污染处理领域具有广阔的应用前景，环糊精具有外部亲水、内部疏水的圆台状独特结构，利用内腔可与极性分子形成主-客体包含物，因此，被用于水溶液中有机污染物的去除[10,11]。还可以通过多种化学修饰或者与各种材料有效复合，达到环糊精基复合吸附剂的高效功能化拓展，有一些有机污染物由于其极性比较大从而不易被环糊精吸附，可先将环糊精与一些含有极性基团的交联剂进行交联来增加环糊精内腔的极性。比如环糊精通过与含有羧基的交联剂结合来得到一种等电点较低的吸附材料，从而来吸附一些像含胺基的等电点较高的有机污染物。碳纳米管也是近年来新发现的一种吸附材料，其与有机物间的多种相互作用、硕大的比表面积以及独特的多孔和空心结构，对水环境中多种有机物都具有比较好的吸附性能，引起了学者们的广泛研究。
3.1.2 高级氧化技术
高级氧化技术可以将一些有毒难降解的有机物进行分解，它是一种强化的化学氧化过程。该技术是目前最有效的去除水中有机物的技术之一，因为高级氧化产物—羟基自由基具有非常高的氧化还原电位且含有不饱和键，能快速地与化合物产生氧化反应。目前用于除去水中有机物的高级氧化技术主要有光催化氧化技术、Fenton氧化技术、电催化氧化、超声催化氧化以及多种技术相互结合等，这些高级氧化技术对于去除水中难降解的有机物具有非常重要的作用。其中，利用超声的空化效应、自由基效应以及机械效应强化光催化的催化效能，实现超声和光催化对水中有机污染物的协同降解来增加有机物的降解效率。它的优点就是：操作简单，对设备要求低，尤其是处理含有高毒性、难降解的有机污染物（比如烃类、酚类等）的废水方面更显优势，在将废水中有机污染物有害变无害以及避免二次污染等方面具有重要意义[12,13]。
3.1.3电化学技术
早在20世纪60年代后期，电化学方法就开始应用于废水中有机物的处理，近年来得到了更快的发展。常用的电化学方法有电氧化法、电还原法、电凝聚法、电渗析法和微电解法等。和其他废水处理方法相比，电化学方法具有去除效率高、适应面广、无二次污染、可操控性强等优点，但也具有成本高、能耗大、不能完全将有机物分解等缺点。为了尽可能的利用电化学方法的优点，克服其缺点，许多研究者对电化学方法进行了大量的研究。把钢渣作为电极材料应用于电化学污水处理，由于特殊的化学组成，钢渣粒子电极在三维电催化反应器中不仅起到电极的作用，钢渣本身所含有的一些化学成分也能与水溶液中的有机污染物反应，从而提高了水环境中有机物的除去效率[14]。
3.1.4 膜技术
膜技术是近些年来水处理领域研究最热和发展最快的一项新技术，其原理比较简单，通过膜的物理截留原理对水进行过滤来得到更安全的出水。膜分离技术是通过不同大小孔径的膜来筛选和分离水中有机物质，不用额外再加入药剂，就能除去许多结构复杂的有机污染物，操作设备较简单，便于自动化管理控制。赵德明等通过电化学腐蚀法来预处理含有对氟硝基苯的废水，通过把废水中的对氟硝基苯转化为氨基氟苯来使废水的可生化性提高，较为有效地降低了对氟硝基苯对微生物的毒性，达到了预处理的效果[2]。
3.2 生物技术
生物法是通过微生物来分解或吸附污水中的有机污染物，并将有毒物质转化为无毒无害物质的目的。生物法包括生物接触氧化法、活性污泥法和生物膜法等。利用生物技术来处理水中有机物的污染，优点是操作和管理和设备简单，投资较少、效率较高，处理量大且不产生二次污染；不足之处是处理起来耗时较长，对占地面积要求比较高，有一些菌种培育时间长，由于有毒有害的有机污染物会把微生物杀死，所以有时很难用普通的生物降解法去除[15]。
4 结语与展望
物理化学技术和生物技术等都可用于水环境中有机物的处理，因其各自的特点及适用条件都有一定的研究价值。由于大多数有机物具有难降解的特点，单一的处理技术在技术和经济上都有一定的局限性，有时不能达到很好的处理效果。近年来，国内学者将研究重点放在多种技术的优化组合。因此，在单一技术研发的基础上，探索多种技术的组合工艺，来发挥他们的协同作用，这也是未来水环境中有机物处理研究领域的发展方向。
参考文献
[1]任春雷，范欣芳. 我国饮用水水质污染来源及处理技术[J]. 资源与环境科学， 2012(12):212.
[2]韩端丹.
生活用水中有机物污染的处理及其研究进展[J]. 绿色科技，2013, 5:193-194.
[3]田怀军，张学奎，等. 长江嘉陵江（重庆段）源水有机污染物的研究[J]. 长江流域资源与环境，2003,12（2）：118-123.
[4]黄志丹，景治中. 东湖水及其自来水中有机污染物的GC/MS鉴定[J]. 环境科学与技术，1992, 1(1)：19-26,33.
[5]王玲玲，朱叙超，李明. 河南境内黄河流域集中式城市饮用水源水有机污染特性研究[J].环境污染与防治，2004, 26(2):104-106.
[6]李伟中，何玉新，黄小平，等. 珠三角某市饮用水水源及河涌水中半挥发性和非挥发性微量有机物的调查[J]. 广州环境科学，2005, 20(2):32-37.
[7]陈波，林建国，陈清. 水环境中邻苯二甲酸酯类污染物及其环境行为研究[J]. 环境科学与管理，2009, 34(2):71-75.
[8]徐建，张莹，李蕾，等. 氯化降解苯酚的机理研究[J]. 环境科学学报，2013，33(4)：1010-1016.
[9]李欣珏，钱飞跃，李暮等. 活性炭吸附对印染废水生化出水中不同种类有机物的去除效果[J]. 环境化学，2012，31：396-397.
[10]韩叶强，周文杰，沈海民，等. 固载化β-环糊精吸附环境污染物的研究进展[J]. 有机化学，2016（2）：248.
[11]刘志彬. 磺化β-环糊精光催化降解有机磷农药久效磷的应用研究[J]. 广东化工，2015（18）：18.
[12]李微. 非均相Fenton催化剂氧化降解废水中DMF技术研究[D]. 浙江大学硕士学位论文，2014.
[13]王颖，牛军峰，张哲赟，隆兴兴. 超声-光催化降解水中有机污染物[J]. 化学进展，2008，20(10)：1621-1627.
[14]倪海明，潘凯，蔡广超等. 钢渣资源化利用现状及发展趋势[J]. 大众科技，2013，15：75-78.
[15]金鹏康，刘柯君，王先宝. 慢速可生物降解有机物的转化特性及利用[J]. 环境工程学报，2016, 10(5):2168-2174.
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