輕稀土元素在中小型水庫水污染防治中的應(yīng)用探討(修改版).doc

輕稀土元素在中小型水庫水污染防治中的應(yīng)用探討徐 國(guó) 剛（四川省廣元市元壩區(qū)水務(wù)農(nóng)機(jī)局 628021） 摘要：據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查報(bào)告指出：人類疾病的80%與水污染有關(guān)，中小型水庫因長(zhǎng)期從事施肥養(yǎng)殖及生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)面源污染，水污染形勢(shì)嚴(yán)峻，嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)厝罕婏嬎踩?、水產(chǎn)品質(zhì)量安全和農(nóng)田灌溉安全，成為制約經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的重要因素，加強(qiáng)中小型水庫水污染防治已成為重要的現(xiàn)實(shí)課題。本文綜述了以輕稀土元素鑭、鈰、鐠、釹為核心原料，在中小型水庫水污染防治中的作用機(jī)理、應(yīng)用效果以及亟等解決的技術(shù)難題，以期輕稀土元素盡快廣泛應(yīng)用于中小型水庫水污染防治，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供清潔可靠的水源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，在建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)中發(fā)揮重要作用。關(guān)鍵詞：輕稀土 水污染防治 應(yīng)用探討1稀土元素簡(jiǎn)述及其作用機(jī)理1.1稀土元素簡(jiǎn)述稀土，是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源。它是鑭系元素由元素周期表中鑭（La）鈰（Ce）鐠（Pr）釹（Nd）钷（Pm）釤（Sm）銪（Eu）釓（Gd）鋱（Tb）鏑（Dy）鈥（Ho）鉺（Er）銩（Tm）鐿（Yb）镥（Lu）及物理化學(xué)性質(zhì)與鑭系元素相似的鈧（Sc）釔（Y）等17個(gè)元素組成。將稀土用于農(nóng)林牧漁業(yè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)是聶榮瑧元帥于1964年提出，由國(guó)家組織了六十個(gè)國(guó)家級(jí)科研機(jī)構(gòu)，在安全衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)、毒理學(xué)評(píng)價(jià)、土壤學(xué)、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、工藝技術(shù)及檢測(cè)分析方法等方面進(jìn)行了深入而系統(tǒng)的研究，于1985年通過了國(guó)家級(jí)驗(yàn)收。同時(shí)湖南省畜牧獸醫(yī)研究所、哈爾濱飼料科學(xué)研究所、黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院現(xiàn)代研究所、內(nèi)蒙古畜牧科學(xué)院、包頭市園林科學(xué)研究所等單位，先后研究了稀土對(duì)豬、雞、牛、羊、魚、家兔等生長(zhǎng)發(fā)育和殘留問題的系統(tǒng)研究，取得了許多具有重要價(jià)值的創(chuàng)新成果。1988年國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)完成的“稀土農(nóng)用的環(huán)境化學(xué)行為及生態(tài)、毒理效應(yīng)”項(xiàng)目進(jìn)一步證明了稀土農(nóng)用的安全性問題。實(shí)踐證明，稀土元素對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境，對(duì)于資源高效利用、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展以及構(gòu)建和諧社會(huì)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。本文主要闡述鑭（La）鈰（Ce）鐠（Pr）釹（Nd）4種輕稀土元素在水污染防治中的應(yīng)用探討。1.2輕稀土元素在水污染防治中的作用機(jī)理輕稀土元素中的鑭、鈰、鐠、釹元素具有未充滿的4f電子層結(jié)構(gòu)，由此而產(chǎn)生多種多樣的電子能級(jí)，具有中子俘獲截面積大的特征。經(jīng)納米化處理后的上述性能更加充實(shí)和強(qiáng)大，其單位晶胞在有機(jī)化和與納米材料復(fù)合的過程當(dāng)中，鑭鈰鐠釹系陽離子及有機(jī)離子代替晶胞層間的k+、Na+、Ca2+、Mg2+、H+等轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘柠}類而溶出，從而削弱了原來層間的鍵力，使層狀晶格裂開，晶層間距擴(kuò)大，孔道被疏通，活性表面增加，使其吸附能力和降解能力顯著提高。同時(shí)，由于其磁性、催化性、光電性及多種方式的配位性等特殊的性質(zhì)，在水污染、土壤污染的治理和修復(fù)工程中表現(xiàn)出與其它治污技術(shù)及產(chǎn)品迥然完全不同的功能作用和明顯的效果。輕稀土元素治理水污染，凈化過程明晰，使水體標(biāo)本兼治。一是在短期內(nèi)通過吸附和沉積功能，消除水體內(nèi)懸浮物質(zhì)，提高透明度，進(jìn)而提高光合作用強(qiáng)度；二是激活多種酶的活性，促進(jìn)微生物繁殖，使水體及底層營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和中微量元素加速轉(zhuǎn)化，進(jìn)而消除富營(yíng)養(yǎng)問題帶來的一系列危害；三是在和多種微生物的共同作用下，水體中的農(nóng)藥等有機(jī)污染物被降解；四是抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng)繁殖，再通過吸附功能而沉積、轉(zhuǎn)化，從而控制水華的產(chǎn)生；五是沉淀并屏蔽有毒有害重金屬；六是養(yǎng)殖適當(dāng)密度的濾食性魚類，以其消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的大量浮游生物，通過生物措施修復(fù)水生態(tài)環(huán)境，使水體生態(tài)系統(tǒng)始終保持動(dòng)態(tài)平衡。2、輕稀土元素在水污染防治中的應(yīng)用2009年，四川省水利廳下發(fā)了關(guān)于實(shí)施病險(xiǎn)和震損水庫“清水工程”的通知（川水函2009911號(hào)），明確提出了改善和保護(hù)水質(zhì)是城鄉(xiāng)環(huán)境綜合治理的重要內(nèi)容，是當(dāng)前水利工作的中心之一。要求各地要以“清水工程”為突破口，推動(dòng)全省水庫水質(zhì)持續(xù)改善，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供清潔可靠的水源。為此，2010年4月，四川省水利廳科技與對(duì)外合作處向元壩區(qū)下達(dá)了“稀土治污活性劑”治理水污染水利新技術(shù)推廣科技示范項(xiàng)目。項(xiàng)目以2008年4月通過了四川省科技廳組織的的科技成果鑒定驗(yàn)收，2009年榮獲四川省人民政府頒發(fā)的“四川省高新技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品”稱號(hào)，并經(jīng)四川省疾病控制中心以最大劑量進(jìn)行毒級(jí)鑒定屬于無毒級(jí)的 “稀土治污活性劑”，在全區(qū)3000余畝中小型水庫進(jìn)行了推廣應(yīng)用，使水污染治理水庫水質(zhì)徹底改善。與傳統(tǒng)治污技術(shù)比較，其優(yōu)勢(shì)如下：化學(xué)方法：化學(xué)氧化、光氧化等。如加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀、加入石灰脫氮等。化學(xué)法治污用量少，效果快，但有效持續(xù)時(shí)間短，并且容易造成二次污染。物理方法：疏挖底泥、機(jī)械除藻、引水沖淤等。但投入成本高、施工難度大，而且是治標(biāo)不治本。生物方法：利用生物來吸收、轉(zhuǎn)化、降解和清除水體環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)，使其濃度減少或無害化。生物修復(fù)周期長(zhǎng)，而且在引入外來生物品種不恰當(dāng)?shù)那闆r下還會(huì)破壞當(dāng)?shù)牡厣锃h(huán)境，造成環(huán)境危害。“稀土治污活性劑”：改變難降解物質(zhì)表面的疏水性能從而增加其在水體中的溶解度，并通過吸附沉積、水解反應(yīng)、激活酶活性、物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用、降解和屏蔽以及生物利用等形式，通過一系列的化學(xué)過程、物理過程以及生物強(qiáng)化修復(fù)過程進(jìn)行綜合治理?！跋⊥林挝刍钚詣敝挝奂夹g(shù)具有快速高效、成本低、施工方便、綜合治理、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。3、在中小型水庫水污染防治中的應(yīng)用效果分析2010年，通過在元壩區(qū)養(yǎng)殖水庫占80%以上的3000余畝中小型水質(zhì)不達(dá)標(biāo)水庫（其中：中型1座，小型水庫5座），推廣應(yīng)用四川瑞澤科技有限責(zé)任公司以輕稀土元素為核心原料的“稀土治污活性劑”。現(xiàn)已如期完成了省水利廳關(guān)于“清水工程”要求，使區(qū)內(nèi)生活飲用水源水庫水質(zhì)達(dá)到類以上（部分達(dá)到了類以上），養(yǎng)殖灌溉用水水源水庫水質(zhì)達(dá)到類以上（部分達(dá)到了類以上），有力地確保人民群眾飲水安全和水產(chǎn)品質(zhì)量安全，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了清潔可靠的水源。下面，重點(diǎn)對(duì)元壩區(qū)新華水庫治污效果進(jìn)行分析：新華水庫位于元壩區(qū)晉賢鄉(xiāng)境內(nèi)，系王家、晉賢二場(chǎng)鎮(zhèn)1.5萬余群眾飲用水源，水面230余畝，水量132萬立方米。由于過去大量施肥、投餌養(yǎng)魚與山坡集雨區(qū)農(nóng)業(yè)面源、生活廢水等污染，導(dǎo)致水體污染嚴(yán)重，水質(zhì)安全問題日益突出。經(jīng)抽樣檢測(cè)屬不達(dá)標(biāo)水質(zhì)，主要是總磷、總氮、錳等嚴(yán)重超標(biāo)，加之混濁及沉淀較多，嚴(yán)重影響了上述二場(chǎng)鎮(zhèn)1.5萬余群眾飲水安全。今年6月8日，元壩區(qū)水務(wù)農(nóng)機(jī)局采用稀土治污活性劑對(duì)新華水庫水質(zhì)進(jìn)行了治理，取得了明顯的效果。觀察情況：當(dāng)天使用稀土治污活性劑1噸后一小時(shí)左右水體中產(chǎn)生了一些絮狀物，24小時(shí)后上層水透明度由之前的0.5左右提高到1米以上，7天后底層水中的沉淀物明顯減少，暴雨黃泥水流入水庫后，沉清速度明顯加快。王家、晉賢二鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來水用戶普遍反映水質(zhì)明顯改善。水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析通過四川省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心（綿陽分中心）對(duì)新華水庫水質(zhì)5月27日和6月23日的檢測(cè)：水質(zhì)總體得到明顯改善。由5月27日檢測(cè)的劣類轉(zhuǎn)變成6月23日檢測(cè)的類水質(zhì)。變化特別明顯的指標(biāo)有：總磷治理前為0.23mg/L，治理后為0.02mg/L；總氮治理前為2.17mg/L，治理后為0.49mg/L；錳-治理前為0.28mg/L，治理后為0.04mg/L。變化比較明顯的指標(biāo)有:高錳酸鹽指數(shù)治理前為4.1mg/L，治理后為3.7mg/L；氨氮治理前為0.21mg/L，治理后0.10 mg/L；硝酸鹽氮治理前為0.53mg/L，治理后為0.35mg/L。其它：透明度-治理前為50厘米，治理后為110厘米；水色-治理前為深褐色，治理后為淺藍(lán)色。 根據(jù)上述對(duì)比分析，說明稀土治污活性劑治污效果顯著，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的水污染防治目的。通過在元壩區(qū)5座中小型水庫的應(yīng)用推廣，一是確保了飲用新華水庫（因過去長(zhǎng)期化肥養(yǎng)殖污染）、文華水庫（場(chǎng)鎮(zhèn)生活污水污染）的王家、晉賢、清水三鄉(xiāng)鎮(zhèn)20000余群眾的飲水安全，使他們真正喝上放心水、潔凈水，得到了當(dāng)?shù)厝罕姷某浞挚隙?。二是使工農(nóng)水庫（中型）等養(yǎng)殖水庫水質(zhì)明顯改善，“三氮”大幅度降低，溶解氧充足，更加適宜于魚類生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖增產(chǎn)增效，有利于養(yǎng)殖產(chǎn)量、效益的進(jìn)一步提高和水產(chǎn)品品質(zhì)的大幅度提升。三是通過向農(nóng)田提供潔凈的水源，可使治理水庫灌溉的4萬余畝農(nóng)田農(nóng)作物種植病害明顯減少，生產(chǎn)成本降低，產(chǎn)量增加。4、在水污染防治中需要解決的技術(shù)難題4.1配套建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)室，定期對(duì)漁業(yè)水體水質(zhì)進(jìn)行認(rèn)真監(jiān)測(cè)，根據(jù)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)中、小型水庫水質(zhì)污染現(xiàn)狀，靈活調(diào)整以輕稀土元素為核心原料的投入品配方