第1章水中阴离子污染及处理工艺
水是地球上*常见*丰富的物质之一，覆盖地球表面70%的面积。同时，水 也是包括人类在内所有生命体生存所需的重要资源，是生物体*重要的物质组成 部分’维系着生命存在的关键因子，被誉为生命之源。所谓水污染一般指某种物质 进入水体后引起水体物理、化学、生物或放射性等方面特征的变化’从而影响水的 有效利用，造成水质恶化的现象。水自身具有流动性，加上微生物和水生动植物的 作用，使水体生态系统对污染物有一定的自净能力。当少量污染物进入水体中时， 通过水体的自净能力，并不会引起水质恶化等污染问题，更不可能危及水体生态系 统的平衡。但是，由于人们生活和工业活动过程中长期向自然水体排放污废水， 导致有限的水体自净能力难以承受，从而弓丨发严重的水污染问题。
我国属于水资源短缺的国家，据统计，我国人均水资源占有量只有2200 m3， 仅为世界人均占有量的14，被列为世界人均水资源缺乏的31个国家之一。我国 不仅水资源贫乏，而且还伴随着日益严重的饮用水资源环境污染问题。国家环境 保护总局2004年6月公布的调查资料显示:我国七大水系珠江水系、长江水系、黄 河水系、淮河水系、辽河水系、海河水系和松花江水系，无一不受到污染。断面监测 数据显示，只有38. 1%的断面满足类的水质要求。对大中城市地下水监测 数据也表明:约97%的地下水受到污染，并且黯继续恶化的趋势。
另外，目雛界范围内，尤其是处于高速工业化进程中的发展中国家，都面临 着严峻的水环境污染问题;与此同时，这些存在的水环境污染问题也可能会持续相 当长的一段时间。据联合国环境规划署提供的资料，20世纪80年代以来，印度大 约70%的地表水已被污染，马来西亚有40多条主要河流污染严重，致使鱼虾绝 迹。发展中国家已知的常见疾病中大约80%与水污染和饮水不卫生有关，发展中 国家儿童的死亡，大约45是由与水污染有关的疾病造成的。因此，针对全球性的 水环境污染问题进行研究及治理具有重要的意义’任重道远。
2000年在荷兰举行的第二届全球水论坛指出：水是人类生活和生态系统的生 命，是各国发展的基本需求;全球21世纪的总目标是安全供水，饮用水卫生成为安 全供水的主要挑战之一。
1. 1概 述
-般意义上，环境学概念的水环境污染指的是某些物质进入各种水环境体系 后，可能造成接受水体在某些方面例如:化学、物理、生物或放射性等发生具有显 著特征的恶化’可能影响或暂时影响了接受水体的利用，并且造成接受水体水质恶 化的情况。
进入水体中的污染物质主要包括物理性、化学性、生物性和放射性污染物质这 四类。研究结果表明：目前造成的水污染问题主要是由化学性污染物质引发的。 同时，相比物理性和生物性污染物质’化学物质弓丨发的水环境污染问题可能造成的 危害更直接也更持久。因此，多种化学性污染物质均被世界各国列为需要优先控 制的水体污染物质。在可能造成水环境污染的化学性污染物质中，有一部分的污 染物质是以阴离子的形态存在于污染水体中，并对水生态环境及人体健康具有直 接或潜在的危害。水中以阴离子形式存在的污染物质非常多，其中大部分都具有 一定的潜在或显著性的毒性，能够引起不同程度的水环境问题Ye et al. ，2012； Tian et al.，2011 ；
Wang et al.，2009 ； Samatya et al.，2006 ； Bao and Gu，2004 ；
Schoeman and Steyn，2003。
水体中的硝酸盐no3-、磷酸盐por*直接的危害是引起水体富营养化 Hamoudi and Belkacemi， 2013 ； Jiang et al.，2013;Kwon et al.，2013;Sowmya and Meenakshi，2013；李敏，2011;肖新程等，2009 ；冯霄，2008；郑敏等，2006;徐乐 中，1996。这种富营养化的形成具有历时短、危害大的特点，主要細为藻类以及 其他浮游生物的大量繁殖、水体溶解氧量的下降、鱼类或其他水生生物大量死亡、 水体水质急剧恶化等。其表现形式为：恶化水体感观性能、破坏水体生态平衡等 Li et al. ，2013 ； van Dijk and de Groot，1987。
重金属型的阴离子被认为是对环境以及人体具有较强毒性的-类污染物质， 其典型代表为铬酸盐M-、亚砷酸盐ASor等。铬作为一种氧化还原活性 金属元素，通常以三价铬[Crm]或者六价铬[&期这两种*稳定氧化态形式 存在于自然界及工业废水中。CK见具有可溶性，在水体中通常以Cror氧化态 存在，具有很强的氧化能力和迁移能力；而且CK见）能够以M-或者HCrOr 形态通过细胞膜及氧化生物分子扩散渗入细胞内，因此&见）比Crm有更大的 危险性，对生态环境和人类健康构成严重威胁（顾迎春等，2010; Biswas et al.， 2008；Baran et al.，2007;黄力群等，1990。CK见）即使在低浓度下也具有相当高 的毒性，其毒性大约是Crm的五百倍，具有强毒性，可致癌致畸致突变。CK1 被列为对人体危害**的8种化学物质之一，同时也被美国环境保护局EPA和 中国环境保护局EPB定义为129种重点污染物的**优先级。砷在自然环境下 以无机化合物的形式广泛存在。在相对缺氧的水环境中砷主要呈现出砷（#价 态，其存在形态分别为AsOH3、AsOH4-、AsO2OH2-和AsO33-。砷（V为富 氧水中砷的主要存在形态，其形态包括H2 As04-、HAsO!-和AsO〗-。砷（# 与 砷（V相比，前者的毒性约是后者的10倍。砷中毒可引发结膜炎、皮肤损伤、糖尿
病、代谢系统紊乱、神经功能障碍、高血压、动脉硬化等心血管疾病以及各种癌症 等。因此，世界卫生组织下属的国际癌症研究机构Agent for Research on Canc？er ，ARC 、美国疾病控制与预防中心（Centers for Disease Control and Preven？tion， CDC 和美国环境保护局人类有害物质信息库（Integrated Risk Information System，IRIS 的分类系统中，均已将砷列为**类致癌物质。
自然环境中存在的高氯酸盐C10C 虽然对水体中的生物不能造成急性毒性， 但是其慢性毒性的影响也不可忽视Byrne et al. ; Ricardo et al.，2012;Xie et al.， 2011；Xu et al. ，2011；Xu et al. ，2010； Wu et al. ，2010。高氯酸盐对成年人引起 的毒性主要表现为对神经系统的毒害，严細可能会对骨骼、肌肉组织等产生病变 影响；同时高氯酸盐可经饮用水、食物链及大气等多种途径进入人体，造成人体中 高氣酸盐的积累Steinmaus et al. ， 2013 ； Wang et al. ，2008b； Greer et al. ，2002。 因此，美国环境保护局U. S. EPA于1998年在《饮用水安全法令》中将高氯酸盐 列入污染候补名单。2005年2月美国国家科学院授命美国环境保护局，规定高氯 酸盐在饮用水中的参考限值为24. 5 !gLTikkanen，2006。
目前对水中阴离子污染物的去除工艺包括化学还原法Wang et al. ，2009、 化学沉淀法郑敏等，2006、吸附及离子交换顾迎春等，2010 ；肖新程等，2009 ；郑 敏等，2006;孟凡生等，2005、膜分离法冯霄，2008、微生物法（Fox et al. ，2014； Wang et al.，2008a、水生物法郑家传，2010以及电化学法（李敏，2011;孟凡生 等，2005;黄力群等，1990等。其中，吸附技术在脱除阴离子污染物方面具有很大 优势，尤其是基于静电作用的吸附技术Li et al. ，2014；Hu et al. ，2013。这是因 为阴离子污染物黯负电性，可与正电的物质和胶体颗结合。因此，通过吸附技 术去除污染水体中的各种阴离子污染黯较为广阔的应用前景。
吸附技术处理水体中阴离子污染物的主要成本来源于所細的吸附材料。利 用生物质制备新型吸附剂、离子交换剂等环保材料是近年来环境材料领域的研究 热点（Chatterjee and Schiewer， 2014； Yuvaraja et al. ， 2014； Ahmad et al. ，2013； Gorgievski et al.，2013;Vankar et al.，2013;Farooq et al.，2010;Basci et al.， 2004。据国内外*麵道，用麦草、水稻、玉米等生物质农作物秸秆改性制备的吸 附材料可用于污染土壤的修复、阴离子废水的处理等（Gorgievski et al. ，2013； Farooq et al. ，2010；Basti et al.，2004。与传统吸附剂相比，生物质材料制备的吸 附材料具有产量丰富、成本低廉和可生物降解等特点，是一类很有发展前景的环境 友好材料（Gorgievski et al. ，2013； Farooq et al. ，2010。
但是目前对生物质改性制备新型吸附材料的研究主要集中于处理阴离子吸 附、染料吸附等方面，而将生物质制备成阴离子吸附材料并用于处理各种低浓度、 持久性阴离子污染物的酿尚不多见。
1.2水中各种阴离子的污染现状、环境危害及环境标准
1.2.1硝酸盐离子
硝酸盐的污染现状
随着工业和农业的迅速发展以及人们生活水平的不断提高，工业废水、农业和 生活污水的排放量也呈现日趋增加的趋势’使得水中的硝酸盐污染越来越严重。 研究结果表明:硝酸盐已成为水环境中的重要污染物，列入了各项水环境的限制指 标李敏，2011；张绍浩’ 2006 ；孟凡生等’ 2005 杨桢奎，1989。水环境中的硝酸盐 氮主要来源于工业的排水、农业中氮素化肥的施用、生活污水以及垃圾渗滤液的下 渗等孟凡生等，2005 ；杨桢奎，1989。农业生产活动中，大量氮肥的使用导致河流 以及地下水中氮化合物的含量急剧升高。这是因为进入农田中的大量氮肥，相当 一部分残留在土壤中。这些残留的氮肥经降水溶解后会进入地下水体系、河流或 湖泊中，导致接受水体中硝酸盐氮的浓度升高。研究发现：目前全国各地的河流、 湖泊都接受了大量农业含氮废水，这是造成接受水体富营养化的重要原因（张绍 浩，2006;王国祥等，2002;部分地下水氮污染严重，导致地下水的水质恶化。城市 生活污水中氨氮的含量较高，在一定的条件下，污水中的氨氮能够被硝化菌氧化生 成硝酸盐氮，从而进一步提高接受水体硝酸盐氮的含量。工业生产活动，尤其是煤 气行业的气化、焦化废水中，氨氮含量较高唐光临，2002王毓仁，1995。这些气 化、焦化废水排入地下水、河流、湖泊更容易导致接受水体的富营养化。
硝酸盐的毒性危害及环境标准
在硝化作用下，水中的氨氮会消耗大量的溶解氧，造成污染水体中鱼虾等水生 动物的死亡’导致水体的进一步恶化张绍浩，2006;王国祥等，2002。由于硝酸盐 的污染，农作物或水生植物可能会从水体中摄取过量的硝酸盐。这些累积在植物 体内的过量硝酸盐，也会对人体有所影响（Bucholc et al. ，2014； Monteagudo et al.，2012。
饮用水中过量的硝酸盐也会严重损害人体的健康。例如:人体长期摄入过量 的硝酸盐，视觉和听觉的反射会迟钝，智力也会相对有所下降（Bryan and van Grinsven，2013;Cockburn et al. ，2014。同时，部分研究结果发现:过量的硝酸盐 也会起甲状腺肿、甲状腺失调、高血压等疾病Tedd et al. ，2014；Du et al. ，2007。 此外，硝酸盐进入人体后
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