破砷污染困局 生態環境研究中心開創多個工程先例
生態環境研究中心結合國家砷污染控制的重大需求系統性地開展基礎研究、技術開發和工程應用工作，截至目前完成了近20個飲用水除砷、水體砷污染治理等示范工程，開創多個工程先例。
“20多年來，內蒙古自治區孟克哈日根嘎查47歲的村民吳智強帶著一身怪病，跑遍了當地和北京的十幾家醫院。他手掌上長著密密麻麻、大小不等像老繭一樣的肉刺，身上也長了很多，黑的、白的、青的，像花地毯。”
這是2013年引發廣泛關注的一組報道，當年《科學》雜志發表的一篇論文稱，吳智強所在村子的位置以及與之毗鄰的差不多整個河套平原，基本被涂成紅色或黃色，這意味著，吳智強生活在水砷污染高風險地區。根據文章提供的預測模型數據，和老吳一樣，生活在地下水砷超標的高風險地區的中國人有1958萬人之多。
讓吳智強染上這身怪病的罪魁禍首，是化學元素周期表中排名33的砷——它最為人熟知的是其氧化物，砒霜。砷會從地層中滲析到地下水，長期飲用砷超標的地下水，容易罹患飲水型地方性砷中毒（簡稱“地砷病”），嚴重者可導致肺癌、皮膚癌等癌癥。
老吳和中國近2000萬人的遭遇牽動著曲久輝的心。他是中國工程院院士、中科院生態環境研究中心研究員，他帶領團隊在砷污染治理領域進行了近十年的研發，獲得了一系列具有自主知識產權的關鍵技術成果。這些成果成功應用在大沙河砷污染治理上，在國內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，已經成為中國砷治理的一次重大事件。2008年，由于河南省民權縣一家化工企業排放高濃度含砷廢水，致使貫穿河南、安徽兩省100多公里的大沙河嚴重污染，河水中砷濃度高達數千微克每升，超過地表水標準數十倍，對沿岸地區的生產生活、特別是有關城市的飲用水產生重大安全隱患。
如此大規模的砷污染水處理，在國內還是第一次，可能也是世界上規模最大的一次。
“大沙河砷污染事件發生后，中國科學院生態環境研究中心立即組織研究治理對策。課題組在已有飲用水除砷專利技術的基礎上，針對大沙河流域特征和砷污染狀況，僅用3天時間就提出了砷污染治理總體工藝及實施方案的初步設計，得到當地政府采納。”生態環境研究中心研究員劉銳平介紹道。
隨后，曲久輝及其領導的研究團隊與商丘市水利、環保等部門密切合作，在河南商丘大沙河治理現場日夜奮戰并取得突破性進展和階段性成果。一個月后，河南省商丘市大沙河砷污染水體順利實現連續達標排放。監測數據顯示，大沙河河南省出境斷面水體平均砷濃度為0.017mg/L，符合《國家地表水環境質量標準》。
與砷“斗爭”
對大沙河事件的迅速反應與有效處理得益于曲久輝團隊多年的技術積累。
長久以來，對于水體砷污染治理一直是國內外研究的熱點與難點，尤其是對于河流、湖泊水體砷污染治理，現有的除砷方法無法將水中的三價砷和五價砷同時去除，成為國際性技術難題及應用瓶頸。
對此，曲久輝研究發現在氧化錳和羥基鐵等復合金屬氧化物界面，水中三價砷被迅速轉化為五價砷并不斷產生新的活性吸附位點，可實現利用同一吸附劑同時快速去除兩種形態砷。
“基于此發現，課題組提出了兩種形態砷一步法去除的新原理，研制出高效廉價的復合除砷吸附劑，解決了依據砷形態調控組分配比、吸附劑原位再生、活性位點在線組裝等關鍵技術，建立了飲用水中三價砷和五價砷一步去除新工藝，解決了工程運行中兩種形態砷無法同步去除的國際性難題。”劉銳平告訴記者。
據介紹，這種新型高效除砷吸附材料吸附容量高，遠優于國內外目前已經報道的除砷材料。“因此工程應用中除砷吸附周期長，再生周期可達1年以上。”劉銳平說。
“不僅如此，這種材料經再生可重復使用，不必進行大規模吸附劑更換。采用原位負載—包覆再生的方法進行材料再生，大大降低材料成本，并避免了材料更換等復雜操作。材料再生方法簡單，再生操作時間短。并且材料還無毒無害，可在飲用水級的工程中應用。對材料理化安全性與毒理學安全性進行嚴格檢測的結果顯示，材料可以在飲用水處理工藝過程中使用。”在劉銳平和他的同事們眼里，這種新材料就是他們的寶貝。
未來發展優勢明顯
技術先進，材料環保，自然重要。但工藝簡單，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單，無須額外投加氧化劑，不必增加預氧化單元。與別的吸附技術相比，大大簡化了工藝操作過程，易于在各種操作水平的條件下應用。此外，處理工藝過程不會產生含砷廢液等，不存在二次污染風險。工藝設備投資成本低，運行成本低。與一般除砷技術對比，運行成本能節約1/4～1/2。
屏蔽此推廣內容同時，該技術可適用于農村安全飲水工程、城市水廠強化除砷改造工程、工業企業高濃度含砷廢水處理工程、湖泊/水庫/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。
“我們結合國家砷污染控制的重大需求系統性地開展基礎研究、技術開發和工程應用工作，截至目前完成了近20個飲用水除砷、水體砷污染治理等示范工程，開創多個工程先例。”劉銳平說。
該團隊主持完成我國最大規模的水廠強化除砷改造工程，處理規模達20萬噸/天，主持完成國際上首次對大規模砷污染河流的治理工程，成功處理高濃度砷污染河水1800萬方，解除了下游砷污染威脅。相關研究與工程應用成果先后獲得國際水協全球創新項目獎（2010年）和環境保護科學技術進步獎一等獎（2014年）。
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