孫宇峰

（菏澤市生態(tài)環(huán)境局單縣分局，山東菏澤 274300）

改革開放后，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口增長明顯，城鎮(zhèn)化速度加快，導(dǎo)致生產(chǎn)、生活對淡水需求量大，用水量也在同步上升，部分企業(yè)和城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民水資源保護(hù)意識(shí)不夠強(qiáng)烈，用水不夠節(jié)約，在生產(chǎn)、生活過程中產(chǎn)生了大量污水，沒有污水處理不夠徹底，污水排放管控不夠嚴(yán)格，造成水資源污染嚴(yán)重，淡水資源短缺，水環(huán)境保護(hù)面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇[1]。

1 水資源污染現(xiàn)狀分析

隨著城鎮(zhèn)化速度不斷加快，導(dǎo)致城鎮(zhèn)人口增加，城鎮(zhèn)污水排放量也隨之增加，僅以“十三五”期間全國城市污水年排放量（如圖1 所示）來看，從2016 年的排放量480 余萬立方米到2020 年增加到571 萬立方米，增量達(dá)到19%，可見我國城市污水排放量很大，對城市污水處理提出了新的更高的要求[2]。

圖1“十三五”全國城市污水年排放量（萬立方米）

2 水資源污染原因分析

我國城鎮(zhèn)化程度逐漸提高，導(dǎo)致城市的面積越來越大，城市人口密度增大，為保障城鎮(zhèn)人口的生活，部分企業(yè)也部署城鎮(zhèn)中，導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水排放量劇增。在國家的統(tǒng)一部署下，各城市政府也加大了污水處理力度，建設(shè)了大量污水處理廠（如圖2 所示），提升污水處理能力（如圖3 所示）。

圖2“十三五”全國城市污水處理廠數(shù)量

圖3“十三五”全國城市污水年處理量（萬立方米）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，很多群眾都住進(jìn)了城市，豐富多樣的生活設(shè)備走進(jìn)了群眾的生活中，便利了生活，提升了幸福指數(shù)。但是水環(huán)境保護(hù)的普法和教育宣傳還不夠，導(dǎo)致人民群眾愛護(hù)水資源，保護(hù)水資源、節(jié)約水資源的意識(shí)還不夠強(qiáng)烈，順應(yīng)著以前的生活生產(chǎn)習(xí)慣，這樣就會(huì)產(chǎn)生大量的生活廢水，造成水資源的浪費(fèi)，給城市污水處理增加了一定壓力。

3 水資源污染治理的方案及路徑

在水資源污染治理的過程中，經(jīng)常采用物理處理和化學(xué)處理的方法。物理處理方法就是城市污水經(jīng)過格柵過濾大顆粒污染物，通過沉砂池、初淀池、生物處理、二次沉淀、混凝沉淀、過濾、消毒的方式讓污水達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，如圖4 所示?；瘜W(xué)處理的方式主要是通過化糞池、提籃格柵、調(diào)節(jié)池、一體化污水處理設(shè)備、消毒池等功能模塊使污水滿足使用要求，如圖5 所示。物理處理方法要投入大量的人力、物力、財(cái)力成本，且治標(biāo)不治本，無法從根本上處理污染；化學(xué)處理方法見效快，但是投入成本高、污染風(fēng)險(xiǎn)大。

圖4 物理處理法

圖5 化學(xué)處理法

3.1 吸附法

吸附法主要是通過物理和化學(xué)的方式吸附污水中的雜質(zhì)，具體為：一是吸附物質(zhì)與被吸附物質(zhì)在分子間引力（即范德華力）的作用下產(chǎn)生吸附作用；二是吸附物質(zhì)與被吸附物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的物質(zhì)，從而達(dá)到吸附作用。吸附物質(zhì)的吸附作用和能力主要由吸附物質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量、濃度和工作溫度等條件決定，用吸附等溫式表示吸附物質(zhì)的數(shù)量與濃度的關(guān)系，如式（1）、式（2）所示。

3.1.1 吸附等溫式（弗勞德利希）

3.1.2 吸附等溫式（朗格繆爾）

上述式中：y——吸附劑中吸附物質(zhì)的總量；

m——投入的吸附劑數(shù)量；

ρ——完成吸附時(shí)溶液中被吸附物質(zhì)的濃度；

K、K1、n——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，n 值在正常條件下大于1。

3.1.3 斯特恩（Stern）模型

離子間吸引力的大小由膠粒離子的大小決定。在離子間引力（即范德華力）作用下，膠粒表面對膠體溶液中游離離子具有吸附作用，導(dǎo)致膠粒固體表面覆有緊密的離子吸附層（即緊密層），厚度大約是水化離子的半徑，在緊密層外分布分散的擴(kuò)散層，斯特恩的雙電層模型主要由緊密層和擴(kuò)散層組成。電位函數(shù)用Ψ 表示，緊密層中電位隨著距離的增加呈直線下降；擴(kuò)散層中電位函數(shù)與距離的關(guān)系符合顧義－切普曼規(guī)律。如圖6 所示。膠粒的結(jié)構(gòu)點(diǎn)位分布如圖7 所示。

圖6 斯特恩（Stern）模型

圖7 膠粒的結(jié)構(gòu)及其電位分布

在廢水處理過程中，先頭環(huán)節(jié)要將廢水固液分離，破壞廢水中膠體系統(tǒng)的平衡，打破穩(wěn)定性，使膠體聚集下沉。在固液分離的過程中經(jīng)常使用吸附法，采用不同的吸附物質(zhì)，其吸附性能和效果不盡相同，常用的吸附物質(zhì)為有機(jī)物、活性炭。有機(jī)物的溶解度是隨著吸附鏈長的增加而減小的，吸附能力逐漸下降，而活性炭吸附能力是隨著有機(jī)物溶解度的降低而增加的；隨著有機(jī)物分子量的增大，活性炭的吸附量也增加，比如活性炭對甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等有機(jī)酸的吸附量是逐漸增加的，活性炭對芳香族化合物的吸附作用強(qiáng)于脂肪族化合物，對飽和鏈有機(jī)物的吸附性沒有不飽和鏈的強(qiáng)，吸附性隨著極性的增加而減小。廢水處理的實(shí)踐中，往往會(huì)加入多種吸附物質(zhì)，相輔相成、相互促進(jìn)。

3.2 電化學(xué)催化技術(shù)

電化學(xué)催化技術(shù)是利用陽極反應(yīng)技術(shù)來降解有機(jī)物，主要利用臭氧和羥基自由基等氧化劑來降解有機(jī)物。電化學(xué)催化技術(shù)主要有一、二、三維電極體系。三維電極體系以其微電場電解功效得到許多地方認(rèn)可并應(yīng)用。三維電極體系是在二維電極之間填充附著電的顆粒或者碎屑電極材料作為第三級(jí)，具有三維電極比表面積大，實(shí)現(xiàn)較低電流密度狀態(tài)下供應(yīng)較高的電流強(qiáng)度，粒子間距小促使物質(zhì)傳質(zhì)速度加快，轉(zhuǎn)換率提高，電流效率加強(qiáng)，處理效果更加優(yōu)秀，其可在生活污水、燃料、農(nóng)業(yè)污水等領(lǐng)域使用，提高處理質(zhì)量。

有研究證明，陽極金屬的氧化物價(jià)態(tài)和表面氧化物種類會(huì)導(dǎo)致陽極的氧化作用產(chǎn)物和反應(yīng)機(jī)理不同，陽極金屬氧化物如果生成高價(jià)氧化物則有利于生產(chǎn)含氧化合物，生成低價(jià)自由基則有利于氧化生成CO2。更進(jìn)一步分析，經(jīng)過氧析作用，陽極金屬氧化物表面存在兩種狀態(tài)的活性氧，一種是高價(jià)氧化物，一種是吸附的氫氧自由基。表面氧化過程要分兩個(gè)階段完成，首先是水在氧析作用下，生成氫氧自由基：

然后，氫氧自由基和陽極上的氧反映，使得氧轉(zhuǎn)化到金屬氧化物，形成高價(jià)氧化物：

若溶液中不存在有機(jī)物，則兩種狀態(tài)的氧反映，會(huì)產(chǎn)生氧氣：

若溶液中存在有機(jī)物R 時(shí)，反應(yīng)如下：

電化學(xué)氧化法對于含酚、含氰化物、含醇、含氮等有機(jī)物的廢水處理效果較好。另一種的間接氧化法原理是通過陽極的電化學(xué)反應(yīng)生成強(qiáng)氧化作用的中間產(chǎn)物或者其他的中間反映，氧化污染物，進(jìn)而降解污染物。為了提高效率，要滿足要求：

（1）快速產(chǎn)生氧化還原劑；

（2）分離氧化還原劑的生成電位和析氧反應(yīng)的電位；

（3）電極上保持干凈，不吸附任何物質(zhì)；

（4）污染物與氧化還原劑的反應(yīng)快速且強(qiáng)烈。在一定的情況下，氧化還原劑也是催化劑，如CuO、MnO、NiO可以加速氧化。

經(jīng)過實(shí)踐證明，采用鎂氧化還原能使溶液中98%的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2。上述氧化物催化劑以懸浮體分散在被處理的液體中，需要進(jìn)行分離回收。為了提高氧化物催化劑的效率，可以在電極上固定將氧化物氧化物催化劑。

3.3 人工濕地治理技術(shù)

人工濕地治理技術(shù)主要是人工建造濕地，利用濕地中的土壤、微生物、植物等對污水中污染物進(jìn)行物力、化學(xué)、生物協(xié)同處理，對于污水中氮元素、磷元素，有機(jī)物污染處理效果較好，處理率超過80%。人工濕地技術(shù)運(yùn)營成本較低，投入較少，并對附近的自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境影響較小，被大部分有條件的地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用，取得了良好的運(yùn)用成果。

3.4 生物浮島治理技術(shù)

生物浮島治理技術(shù)是運(yùn)用植物生長的自然規(guī)律，通過構(gòu)建浮體，利用植物根部吸附來消除污染物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化的作用，主要運(yùn)用于流經(jīng)有污染源的城鎮(zhèn)的河流或者水域，投入的成本較小，可反復(fù)運(yùn)用，且有利于生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，為城市提供良好的綠化環(huán)境。

綜上所述，我國水資源污染較為嚴(yán)重，淡水資源處于短缺狀態(tài)，深入分析水資源的來源和原因，提出了建立健全水資源污染治理法律法規(guī)體系、充分引導(dǎo)社會(huì)力量參與水資源污染治理、構(gòu)建統(tǒng)籌考慮水資源污染治理體制、堵塞工業(yè)廢水源頭、加大農(nóng)村地區(qū)水資源污染治理力度、加強(qiáng)新技術(shù)、新工藝、新材料的運(yùn)用等水資源污染治理的方案，并提出貫徹可持續(xù)發(fā)展理念、加強(qiáng)管理執(zhí)法力度、推廣清潔生產(chǎn)等水環(huán)境保護(hù)路徑。