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。化學(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?；蛘咚樾茧姌O材料作為第三級，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。