時(shí)間：2015-08-03 ? ? 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)???作者：郭爽
生態(tài)環(huán)境研究中心結(jié)合國(guó)家砷污染控制的重大需求系統(tǒng)性地開展基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用工作，截至目前完成了近20個(gè)飲用水除砷、水體砷污染治理等示范工程，開創(chuàng)多個(gè)工程先例。
“20多年來(lái)，內(nèi)蒙古自治區(qū)孟克哈日根嘎查47歲的村民吳智強(qiáng)帶著一身怪病，跑遍了當(dāng)?shù)睾捅本┑氖畮准裔t(yī)院。他手掌上長(zhǎng)著密密麻麻、大小不等像老繭一樣的肉刺，身上也長(zhǎng)了很多，黑的、白的、青的，像花地毯?！?/p>
這是2013年引發(fā)廣泛關(guān)注的一組報(bào)道，當(dāng)年《科學(xué)》雜志發(fā)表的一篇論文稱，吳智強(qiáng)所在村子的位置以及與之毗鄰的差不多整個(gè)河套平原，基本被涂成紅色或黃色，這意味著，吳智強(qiáng)生活在水砷污染高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)。根據(jù)文章提供的預(yù)測(cè)模型數(shù)據(jù)，和老吳一樣，生活在地下水砷超標(biāo)的高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的中國(guó)人有1958萬(wàn)人之多。
讓吳智強(qiáng)染上這身怪病的罪魁禍?zhǔn)祝腔瘜W(xué)元素周期表中排名33的砷——它最為人熟知的是其氧化物，砒霜。砷會(huì)從地層中滲析到地下水，長(zhǎng)期飲用砷超標(biāo)的地下水，容易罹患飲水型地方性砷中毒（簡(jiǎn)稱“地砷病”），嚴(yán)重者可導(dǎo)致肺癌、皮膚癌等癌癥。
老吳和中國(guó)近2000萬(wàn)人的遭遇牽動(dòng)著曲久輝的心。他是中國(guó)工程院院士、中科院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在砷污染治理領(lǐng)域進(jìn)行了近十年的研發(fā)，獲得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)成果。這些成果成功應(yīng)用在大沙河砷污染治理上，在國(guó)內(nèi)外河流污染尤其是砷污染治理上尚屬首次。
大沙河砷污染事件
大沙河砷污染，已經(jīng)成為中國(guó)砷治理的一次重大事件。2008年，由于河南省民權(quán)縣一家化工企業(yè)排放高濃度含砷廢水，致使貫穿河南、安徽兩省100多公里的大沙河嚴(yán)重污染，河水中砷濃度高達(dá)數(shù)千微克每升，超過地表水標(biāo)準(zhǔn)數(shù)十倍，對(duì)沿岸地區(qū)的生產(chǎn)生活、特別是有關(guān)城市的飲用水產(chǎn)生重大安全隱患。
如此大規(guī)模的砷污染水處理，在國(guó)內(nèi)還是第一次，可能也是世界上規(guī)模最大的一次。
“大沙河砷污染事件發(fā)生后，中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心立即組織研究治理對(duì)策。課題組在已有飲用水除砷專利技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)大沙河流域特征和砷污染狀況，僅用3天時(shí)間就提出了砷污染治理總體工藝及實(shí)施方案的初步設(shè)計(jì)，得到當(dāng)?shù)卣杉{?！鄙鷳B(tài)環(huán)境研究中心研究員劉銳平介紹道。
隨后，曲久輝及其領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)與商丘市水利、環(huán)保等部門密切合作，在河南商丘大沙河治理現(xiàn)場(chǎng)日夜奮戰(zhàn)并取得突破性進(jìn)展和階段性成果。一個(gè)月后，河南省商丘市大沙河砷污染水體順利實(shí)現(xiàn)連續(xù)達(dá)標(biāo)排放。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大沙河河南省出境斷面水體平均砷濃度為0.017?mg/L，符合《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。
與砷“斗爭(zhēng)”
對(duì)大沙河事件的迅速反應(yīng)與有效處理得益于曲久輝團(tuán)隊(duì)多年的技術(shù)積累。
長(zhǎng)久以來(lái)，對(duì)于水體砷污染治理一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)，尤其是對(duì)于河流、湖泊水體砷污染治理，現(xiàn)有的除砷方法無(wú)法將水中的三價(jià)砷和五價(jià)砷同時(shí)去除，成為國(guó)際性技術(shù)難題及應(yīng)用瓶頸。
對(duì)此，曲久輝研究發(fā)現(xiàn)在氧化錳和羥基鐵等復(fù)合金屬氧化物界面，水中三價(jià)砷被迅速轉(zhuǎn)化為五價(jià)砷并不斷產(chǎn)生新的活性吸附位點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)利用同一吸附劑同時(shí)快速去除兩種形態(tài)砷。
“基于此發(fā)現(xiàn)，課題組提出了兩種形態(tài)砷一步法去除的新原理，研制出高效廉價(jià)的復(fù)合除砷吸附劑，解決了依據(jù)砷形態(tài)調(diào)控組分配比、吸附劑原位再生、活性位點(diǎn)在線組裝等關(guān)鍵技術(shù)，建立了飲用水中三價(jià)砷和五價(jià)砷一步去除新工藝，解決了工程運(yùn)行中兩種形態(tài)砷無(wú)法同步去除的國(guó)際性難題?！眲J平告訴記者。
據(jù)介紹，這種新型高效除砷吸附材料吸附容量高，遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)內(nèi)外目前已經(jīng)報(bào)道的除砷材料?！耙虼斯こ虘?yīng)用中除砷吸附周期長(zhǎng)，再生周期可達(dá)1年以上。”劉銳平說(shuō)。
“不僅如此，這種材料經(jīng)再生可重復(fù)使用，不必進(jìn)行大規(guī)模吸附劑更換。采用原位負(fù)載—包覆再生的方法進(jìn)行材料再生，大大降低材料成本，并避免了材料更換等復(fù)雜操作。材料再生方法簡(jiǎn)單，再生操作時(shí)間短。并且材料還無(wú)毒無(wú)害，可在飲用水級(jí)的工程中應(yīng)用。對(duì)材料理化安全性與毒理學(xué)安全性進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)的結(jié)果顯示，材料可以在飲用水處理工藝過程中使用?！痹趧J平和他的同事們眼里，這種新材料就是他們的寶貝。
未來(lái)發(fā)展優(yōu)勢(shì)明顯
技術(shù)先進(jìn)，材料環(huán)保，自然重要。但工藝簡(jiǎn)單，成本低才可廣泛推廣。
劉銳平介紹，新型高效除砷吸附材料及其一體化處理裝置工藝簡(jiǎn)單，無(wú)須額外投加氧化劑，不必增加預(yù)氧化單元。與別的吸附技術(shù)相比，大大簡(jiǎn)化了工藝操作過程，易于在各種操作水平的條件下應(yīng)用。此外，處理工藝過程不會(huì)產(chǎn)生含砷廢液等，不存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)。工藝設(shè)備投資成本低，運(yùn)行成本低。與一般除砷技術(shù)對(duì)比，運(yùn)行成本能節(jié)約1/4～1/2。
同時(shí)，該技術(shù)可適用于農(nóng)村安全飲水工程、城市水廠強(qiáng)化除砷改造工程、工業(yè)企業(yè)高濃度含砷廢水處理工程、湖泊/水庫(kù)/河流水體砷污染治理工程等不同類型的砷污染控制或治理工程需求。
“我們結(jié)合國(guó)家砷污染控制的重大需求系統(tǒng)性地開展基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用工作，截至目前完成了近20個(gè)飲用水除砷、水體砷污染治理等示范工程，開創(chuàng)多個(gè)工程先例?！眲J平說(shuō)。
該團(tuán)隊(duì)主持完成我國(guó)最大規(guī)模的水廠強(qiáng)化除砷改造工程，處理規(guī)模達(dá)20萬(wàn)噸/天，主持完成國(guó)際上首次對(duì)大規(guī)模砷污染河流的治理工程，成功處理高濃度砷污染河水1800萬(wàn)方，解除了下游砷污染威脅。相關(guān)研究與工程應(yīng)用成果先后獲得國(guó)際水協(xié)全球創(chuàng)新項(xiàng)目獎(jiǎng)（2010年）和環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（2014年）。