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水处理:有机污染物在自然水体的五种去除机理
RSS 打印 复制链接 发布时间:2011-05-04 17:34:18

水处理技术:生物或人类活动能产生很多的有机物污染对自然界产生影响,如农药PCB,洗涤剂TDE,医药残留物(pharmaceuticals),或内分泌紊乱化学品(EDC)、消毒副产物(DBP)、藻毒素、等等。虽然其中很多可能在现有的废水处理厂被去除,但排放到或已存在于自然水体的这些污染物仍可能对环境及未来对环境的使用产生负面影响。所以,有必要对这些物质在环境中的自然去除机理程度。此外,对自然机理的理解也能够促进人类对这些机理的有针对性使用,具有仿生学的重要意义。

 

鉴于此,此文将专门介绍五大类自然去除机理及其主要影响因素,包括:吸附、生物降解、气提、水解、以及光解。稍后的文章将利用美国环保署颁布的数据库来定量预测各类机理对有机物的去除速度。

吸附(adsorption):吸附机理发生在有机物与水体内部或底部固体颗粒之间,在达到饱和之后,有机物将随固体颗粒的沉降被水体截留。决定该部分最重要的影响因素是有机物分离系数(Koc)和水体颗粒的浓度。系数越大,水体可吸附颗粒越多,有机物被吸附的可能越大。在地表水体中,颗粒成分一般不超过10g/L,多数有机物的Koc在10-3以下,所以有机物在地表水中被吸附的量一般不会超过10%。其影响力可以忽略不计。但在地下水,可吸附土壤超过1000g/L,停留时间超出百倍,故大多数有机物都能被地下含水层截留。

生物降解(biodegradation):可分为有氧和无氧两种。前者一般存在于浅层地表水中,而后者多为地下中。由于微生物的无处不在,生物降解几乎发生在任何地方。它对有机物的去除速度受众多因素的影响,包括物理因素(如温度、阳光)、化学因素(如营养物的存在,氧气),生物因素(如微生物的种类、数目、驯化程度),等等。对此机理比较抗拒的有机物多为农药(如666),洗涤剂(TDE)等含氯程度比较高的物质。

气提(volatilization):其主要影响因素有自身因素如亨利常数、在水中的扩散系数,也受水文因素(流动速度、搅拌程度),温度、及空气流动速度等因素的影响。这些因素的数值越大,一般就越容易被气提。所以,气提在自然界中主要存在于快速流动、搅动剧烈的水体中,如山泉、瀑布等。此外,以离子状态存在的有机物(如有机酸)有很强的亲水性能,也不容易被气提。所以有机物的酸碱分离常数pKa也常常是鉴别有机物是否能被气提的标记。

水解(hydrolysis):从分子结构讲,水解的程度和速度主要受化学熵能量的影响。因此,有机物的分子量大小,化学键种类,和结构都是水解的控制因素。从反应速率角度讲,水解可能由水的酸性,碱性,和中性情况决定,不同的化学物表现不同。基于这些控制因素,通过了解化学物在某两个或三个温度或酸碱度条件的表现,就能推导出其在其它任何条件的表现。或者,通过了解某类化学品中2到3个化学品在某固定条件的水解速率,也可以推导出其它化学品的水解速度。

光解(photolysis):很久以来,化学物品在不同光波的反应不同这个现象就已经被认识了。普遍存在的红外光,可见光,紫外光光谱仪都广泛存在于各类实验室。

甚至荧光光谱也正在迅速发展。同时,也正是这类光能对化学物质的影响,导致了很多有机物的降解。其影响因素概括起来有光的因素(光强,光波范围),化学品自身因素(敏感波段,强度、化学键和结构)、媒介因素(水的深浅,清澈度),干扰因素(其它化学品的存在、云层)等。所以整体看来,在浅层清澈水体中有机物有被光解的可能性比较大。值得一提的是,有些不容易被其它机理降解的物质,如NDMA(二甲基亚硝胺),能很快的被光解。

以上机理中的重要影响指标都可以在美国环保署的化学品特性软件(EPIWIN)被预测。妥善的使用这些预测数据可以帮助理解有机污染在自然解的“生存”状态,指导科研人员从事更有效的现场调查活动。随后的文章将举例说明此五类机理在三种不同地表水文状况下的表现,包括:水浅而快速流动的小溪,水深而几乎凝滞的湖水,以及介于两者之间的河水。

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