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破砷污染困局 生态环境研究中心开创多个工程先例
发布时间: 2015/8/3 9:39:13

来源:《中国科学报》

图片来源:百度图片

生态环境研究中心结合国家砷污染控制的重大需求系统性地开展基础研究、技术开发和工程应用工作,截至目前完成了近20个饮用水除砷、水体砷污染治理等示范工程,开创多个工程先例。

“20多年来,内蒙古自治区孟克哈日根嘎查47岁的村民吴智强带着一身怪病,跑遍了当地和北京的十几家医院。他手掌上长着密密麻麻、大小不等像老茧一样的肉刺,身上也长了很多,黑的、白的、青的,像花地毯。”

这是2013年引发广泛关注的一组报道,当年《科学》杂志发表的一篇论文称,吴智强所在村子的位置以及与之毗邻的差不多整个河套平原,基本被涂成红色或黄色,这意味着,吴智强生活在水砷污染高风险地区。根据文章提供的预测模型数据,和老吴一样,生活在地下水砷超标的高风险地区的中国人有1958万人之多。

让吴智强染上这身怪病的罪魁祸首,是化学元素周期表中排名33的砷——它最为人熟知的是其氧化物,砒霜。砷会从地层中渗析到地下水,长期饮用砷超标的地下水,容易罹患饮水型地方性砷中毒(简称“地砷病”),严重者可导致肺癌、皮肤癌等癌症。

老吴和中国近2000万人的遭遇牵动着曲久辉的心。他是中国工程院院士、中科院生态环境研究中心研究员,他带领团队在砷污染治理领域进行了近十年的研发,获得了一系列具有自主知识产权的关键技术成果。这些成果成功应用在大沙河砷污染治理上,在国内外河流污染尤其是砷污染治理上尚属首次。

大沙河砷污染事件

大沙河砷污染,已经成为中国砷治理的一次重大事件。2008年,由于河南省民权县一家化工企业排放高浓度含砷废水,致使贯穿河南、安徽两省100多公里的大沙河严重污染,河水中砷浓度高达数千微克每升,超过地表水标准数十倍,对沿岸地区的生产生活、特别是有关城市的饮用水产生重大安全隐患。

如此大规模的砷污染水处理,在国内还是第一次,可能也是世界上规模最大的一次。

“大沙河砷污染事件发生后,中国科学院生态环境研究中心立即组织研究治理对策。课题组在已有饮用水除砷专利技术的基础上,针对大沙河流域特征和砷污染状况,仅用3天时间就提出了砷污染治理总体工艺及实施方案的初步设计,得到当地政府采纳。”生态环境研究中心研究员刘锐平介绍道。

随后,曲久辉及其领导的研究团队与商丘市水利、环保等部门密切合作,在河南商丘大沙河治理现场日夜奋战并取得突破性进展和阶段性成果。一个月后,河南省商丘市大沙河砷污染水体顺利实现连续达标排放。监测数据显示,大沙河河南省出境断面水体平均砷浓度为0.017 mg/L,符合《国家地表水环境质量标准》。

与砷“斗争”

对大沙河事件的迅速反应与有效处理得益于曲久辉团队多年的技术积累。

长久以来,对于水体砷污染治理一直是国内外研究的热点与难点,尤其是对于河流、湖泊水体砷污染治理,现有的除砷方法无法将水中的三价砷和五价砷同时去除,成为国际性技术难题及应用瓶颈。

对此,曲久辉研究发现在氧化锰和羟基铁等复合金属氧化物界面,水中三价砷被迅速转化为五价砷并不断产生新的活性吸附位点,可实现利用同一吸附剂同时快速去除两种形态砷。

“基于此发现,课题组提出了两种形态砷一步法去除的新原理,研制出高效廉价的复合除砷吸附剂,解决了依据砷形态调控组分配比、吸附剂原位再生、活性位点在线组装等关键技术,建立了饮用水中三价砷和五价砷一步去除新工艺,解决了工程运行中两种形态砷无法同步去除的国际性难题。”刘锐平告诉记者。

据介绍,这种新型高效除砷吸附材料吸附容量高,远优于国内外目前已经报道的除砷材料。“因此工程应用中除砷吸附周期长,再生周期可达1年以上。”刘锐平说。

“不仅如此,这种材料经再生可重复使用,不必进行大规模吸附剂更换。采用原位负载—包覆再生的方法进行材料再生,大大降低材料成本,并避免了材料更换等复杂操作。材料再生方法简单,再生操作时间短。并且材料还无毒无害,可在饮用水级的工程中应用。对材料理化安全性与毒理学安全性进行严格检测的结果显示,材料可以在饮用水处理工艺过程中使用。”在刘锐平和他的同事们眼里,这种新材料就是他们的宝贝。

未来发展优势明显

技术先进,材料环保,自然重要。但工艺简单,成本低才可广泛推广。

刘锐平介绍,新型高效除砷吸附材料及其一体化处理装置工艺简单,无须额外投加氧化剂,不必增加预氧化单元。与别的吸附技术相比,大大简化了工艺操作过程,易于在各种操作水平的条件下应用。此外,处理工艺过程不会产生含砷废液等,不存在二次污染风险。工艺设备投资成本低,运行成本低。与一般除砷技术对比,运行成本能节约1/4~1/2。

同时,该技术可适用于农村安全饮水工程、城市水厂强化除砷改造工程、工业企业高浓度含砷废水处理工程、湖泊/水库/河流水体砷污染治理工程等不同类型的砷污染控制或治理工程需求。

“我们结合国家砷污染控制的重大需求系统性地开展基础研究、技术开发和工程应用工作,截至目前完成了近20个饮用水除砷、水体砷污染治理等示范工程,开创多个工程先例。”刘锐平说。

该团队主持完成我国最大规模的水厂强化除砷改造工程,处理规模达20万吨/天,主持完成国际上首次对大规模砷污染河流的治理工程,成功处理高浓度砷污染河水1800万方,解除了下游砷污染威胁。相关研究与工程应用成果先后获得国际水协全球创新项目奖(2010年)和环境保护科学技术进步奖一等奖(2014年)。(见习记者 郭爽)
 

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