[科普中国]-污染物去除

基本内容

污染物是指进入环境后能够直接或者间接危害人类健康和生存的物质。种类繁多，其中持久性的有机污染物具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，是目前国际上备受关注的新的全球性环境问题。按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物：化学污染物又可分为无机污染物和有机污染物；物理污染物又可分为噪声、微波辐射、放射性污染物等；生物污染物又可分为病原体、变应原污染物等。

污染物的去除可以通过化学、物理、生物等方法，对环境中的污染物进行有效处理。

污染物种类污染物是指进入环境后能够直接或者间接危害人类的物质。种类很多，危害很大。污染物可有多种分类方法，若按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。化学污染物又可分为无机污染物和有机污染物；物理污染物又可分为噪声、微波辐射、放射性污染物等；生物污染物又可分为病原体、变应原污染物等。

化学污染物有机污染物

有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物两大类。而其中具有高毒性、持久性和生物蓄积性的氯代芳烃类物质，如滴滴涕、五氯酚、六氯苯、多氯联苯等，成为人们关注的焦点。

无机污染物

无机污染物是由无机物构成的污染物。如各种有毒金属及其氧化物、酸、碱、盐类、硫化物和卤化物等。采矿、冶炼、机械制造、建筑材料、化工等工业生产排出的污染物中大部分为无机污染物，其中硫、氮、碳的氧化物和金属粉尘是主要的大气无机污染物。各种酸、碱和盐类的排放，会引起水体污染，其中所含的重金属如铅、镉、汞、铜会在沉积物或土壤中积累，通过食物链危害人体与生物。

物理污染物物理污染物可分为噪声、微波辐射、放射性污染物等，以下以噪声为例进行讨论。

环境噪声源

环境噪声源的种类众多，但其控制原则和方法是基本类同的。作为噪声控制原则，首先考虑的是噪声源的控制，如低噪声生产工艺、低噪声产品的选用等，其次才是传递途径中的声衰减措施，如合理规划布局、隔声、吸声、消声、减震等技术的应用，包括建筑物的降噪措施等。1

噪声控制工程

噪声控制工程可分为两类：一类为已建成并造成污染的工程项目，另一类为待建工程项目。

设计一般由以下几部分组成：

（1）噪声源的分布、噪声特性、环境特征的调查；

（2）噪声污染状况调查或待建工程项目噪声分布预测计算（也可做类比调查）；

（3）确定适用标准和技术指标；

（4）治理措施设计和相应的降噪效果（包括计算或试验数据）；

（5）治理经费概算；

（6）工程施工结束后的降噪效果测试和验收。

考虑到工程设计中的许多不确定因素，诸如声源的实际辐射声级、声学元件的制作和安装、环境条件的变化等等，使设计计算值往往与现场实测值会有一定的差异，因此有时候在施工过程中还要进行必要的测试，以便为原设计做适当的修改和补充提供依据。1

治理措施

1、机房进风口片式阻性消声器

2、机房排风口片式阻性消声器

3、排烟道阻复合式消声器

4、房间内壁面吸声处理

5、房间隔声门1

生物污染物生物污染物是指废水中含有的有害微生物。生活污水、制革废水、医院废水中都含有相当数量的有害微生物，如病原菌、炭疽菌、病毒及寄生性虫卵等。抗生素是由细菌、霉菌或其它微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类物质。人或动物往往不能将服用的抗生素完全吸收，导致大量的抗生素以代谢物甚至原态排入环境中造成的污染，称之为抗生素污染。2

去除方法化学法去除电化学法

利用电化学法去除氯代芳烃污染物因具有反应条件温和、反应器简单、设备及运行成本低、毒性副产物少等优点，而成为受氯代芳烃污染环境修复的极具应用前景的方法之一。

电化学法用于有机污染物的处置是指在电场作用下，有机物发生电解还原或氧化反应,生成低毒或无毒的产物，而生成物可作为工业原料回收或通过生物法予以彻底无害化。电化学处理过程根据电极功能不同可分为直接电解和电催化。电极的电催化作用可由电极材料自身引起,或通过电极表面修饰和改性获得。另外，电催化反应还可通过在电极上产生的氧化还原电对(媒质)攻击溶液中的目标物来间接完成。

氯代芳烃通过电化学方法去除的潜在价值在于其较高的能量效率和相对简便的反应器构造。应用这些方法不需要大的资金投入,因此特别适用于分散的垃圾填埋场渗滤液净化、受氯代芳烃污染地下水体以及土壤的修复,或者难降解有机工业废水在进入常规生物处理流程以前的预处理等。

然而,目前多数氯代芳烃的电化学去除方法仍停留在实验室阶段,有些方法中氯代芳烃降解机理和影响机制尚不清楚，过程中具有氧化或还原作用的高活性物质产生机制和效率还有待明确和量化，电解系统的各组成部分还需要进一步完善以提高氯代芳烃的去除效率。随着近年来电化学及其相关学科的飞速发展，在新型电极材料、高效电解系统以及电化学反应机理等方面的研究正在逐步深入，氯代芳烃电化学处理技术正朝着实用化方向快速发展。3

高级氧化技术

微生物难以处理的污染物通常具有较强的化学稳定性，难以被常见氧化剂完全氧化，这就要求所采用的化学氧化剂必须具有足够的氧化能力。高级氧化技术（AOT）是运用氧化剂、电、光照、催化剂在反应中产生活性极强的羟基自由基（·OH），使难降解的有机污染物开环、断键、加成、取代、电子转移等反应，将大分子难降解的有机物转变成易降解的小分子物质，甚至直接生成碳水化合物。高级氧化技术的机理就是产生羟基自由基的过程，羟基自由基一旦形成，就会诱发一系列的自由基链反应，攻击水体中的各种污染物，直至其降解。采用低压mercury－vapor紫外线灯和双氧水联用装置优化SBR工艺，经过实验发现高级氧化技术对抗生素污染物去除率有明显提高。2

物理法去除物理法去除污染物与化学反应无关，如活性炭吸附法，主要是利用了炭的孔隙对污染物的吸附性。物理法因为不需要额外投加化学药剂，也不存生物污染等问题，被认为是清洁的水处理技术。因而，按照物理的原理和过程实现污染物分离、降解、转移、转化和资源化,成为水处理领域的重要研究与产业方向。现阶段已有大量研究或应用的主流物理技术包括：膜分离技术、磁分离技术、电转移和转化技术、光降解技术、声和波处理技术等。这些技术改变了传统的物理化学和生物处理的基本理论原则,将待处理体系置于一个或一组非直接的物质间交互作用的环境当中,以物理分离的方式转移污染物和净化水质，或在强磁场、强电场等物理作用下直接转化污染物和净化水质，或通过物理过程产生自由基等活性物种而间接地降解污染物和净化水质。4

生物法去除无机污染物的去除方法多种多样，其中，生物法最为常见，下面以溪荪鸢尾( Iris sanguinen) 、菖蒲( Acorus calamus) 、黄菖蒲( Iris pseudaeorus) 3 种水生植物为实验植物，根据大伙房水库库区及入库河流的富营养化现状制备富营养化实验水体，通过 28 d 室内水培实验，研究 3 种植物对总氮、铵氮、硝氮和总磷4种无极污染物的去除能力。

结果表明，溪荪鸢尾组对总氮(TN)、铵氮( NH4+-N)、硝氮（NO3--N ）和总磷(TP)的去除率分别为 78． 1% 、73． 1% 、84． 8% 和90. 3% ，菖蒲组分别为 73． 4% 、90． 1% 、63． 1% 和 89. 1% ，黄菖蒲组分别为 83． 9% 、77． 3% 、75. 0% 和 93． 8% 。3 种植物对污染物的去除强度随时间的变化较为一致，均表现出前期污染物浓度下降较快，后期趋于平缓；对总氮、铵氮的去除作用前 14 天较为显著；对硝氮的去除作用在整个实验期间均显著；对总磷的去除作用在前 21 天较为显著。

本研究中，有植物系统对任意污染物的去除效果都明显优于无植物系统的空白对照，说明植物的存在对 TN、NH4+-N、NO3--N 和 TP 的去除起到了促进作用。3 个植物处理组对各污染物的去除效果除 NO3--N 外均在前 14 天表现的较为明显。研究发现，无植物的空白对照组 TP 去除率也达到了 50% ，这可能是容器吸附和沉淀作用、微生物及其他作用在 TP 去除过程中起到了的重要作用，但是，植物庞大的根系所形成的特殊的微环境系统，对 TP 的吸附、吸收和转化等也起着相当重要的作用，所以空白对照组 TP 去除效果仍然与有植物系统的处理存在显著性差异。

实验期间植物的生长状况及生物量变化说明植物生长越快，对各污染物达到的去除效果越明显。另外，细胞膜透性可表示膜伤害或变性程度并反映植物的生长和生理情况，虽然富营养化水体对植物的毒害机理仍不清楚，但植物细胞受污水中各种污染物胁迫的影响一般最初表现在细胞膜上。3 种植物在实验期间电导率的响应表明，此浓度下的富营养化水平会对植物产生影响，但是植物会通过了一系列生理变化来适应和净化污水。根系的生理状况会直接影响个体的生长和发育，第 21 天处溪荪鸢尾菖蒲和黄菖蒲电导率明显比初始值大，这也从植物生长状况方面解释了 3 个植物组 TN 浓度在第 14 ～21 天的上升状况，正是因为植物生理状况的变化( 植物的衰落) 使得植物返氮引起的 TN 浓度的上升，已有不少研究中出现类似的现象。所以，应在相关生态工程中加强对水质和植物的实时监测，防止植物吸收累积的氮素再释放，以免造成二次污染。

综合来看，每种植物对不同污染物的吸收和去除能力是不同的，同一种植物对不同污染物的去除能力也存在差异。研究发现，黄菖蒲对 4 种污染物中 TN 和 TP 去除效果均是 3 种植物中最好的，对 NH4+-N 和 NO3--N 的吸收存在选择性，溪孙鸢尾对 NO3--N 的吸收效果更好，同时，菖蒲更益于吸收 NH4+-N。考虑到大伙房水库中主要氮污染物为 NO3--N，可以优先考虑黄菖蒲或溪荪鸢尾作为大伙房水库相关生态工程的载体。菖蒲对 NH4+-N 的长期去除效果最好，但是黄菖蒲在短期内就能对 NH4+-N 起到明显的去除效果，可以应用于治理 NH4+-N 污染较突出的河道，如浑河下游入库河道地区；另外，若优先考虑其景观性能，也可根据相关工程的景观需要在去除效果较接近的植物中选择。5