轻稀土元素在中小型水库水污染防治中的应用探讨(修改版).doc

轻稀土元素在中小型水库水污染防治中的应用探讨徐 国 刚（四川省广元市元坝区水务农机局 628021） 摘要：据世界卫生组织调查报告指出：人类疾病的80%与水污染有关，中小型水库因长期从事施肥养殖及生活污水、工业废水、农业面源污染，水污染形势严峻，严重影响到当地群众饮水安全、水产品质量安全和农田灌溉安全，成为制约经济、社会发展的重要因素，加强中小型水库水污染防治已成为重要的现实课题。本文综述了以轻稀土元素镧、铈、镨、钕为核心原料，在中小型水库水污染防治中的作用机理、应用效果以及亟等解决的技术难题，以期轻稀土元素尽快广泛应用于中小型水库水污染防治，为经济社会发展提供清洁可靠的水源，促进经济、社会可持续发展，在建设资源节约型、环境友好型社会中发挥重要作用。关键词：轻稀土 水污染防治 应用探讨1稀土元素简述及其作用机理1.1稀土元素简述稀土，是我国重要的战略资源。它是镧系元素由元素周期表中镧（La）铈（Ce）镨（Pr）钕（Nd）钷（Pm）钐（Sm）铕（Eu）钆（Gd）铽（Tb）镝（Dy）钬（Ho）铒（Er）铥（Tm）镱（Yb）镥（Lu）及物理化学性质与镧系元素相似的钪（Sc）钇（Y）等17个元素组成。将稀土用于农林牧渔业和生态环境保护是聂荣瑧元帅于1964年提出，由国家组织了六十个国家级科研机构，在安全卫生学评价、毒理学评价、土壤学、植物学、动物学、工艺技术及检测分析方法等方面进行了深入而系统的研究，于1985年通过了国家级验收。同时湖南省畜牧兽医研究所、哈尔滨饲料科学研究所、黑龙江省农业科学院、中国科学院现代研究所、内蒙古畜牧科学院、包头市园林科学研究所等单位，先后研究了稀土对猪、鸡、牛、羊、鱼、家兔等生长发育和残留问题的系统研究，取得了许多具有重要价值的创新成果。1988年国家自然科学基金委员会完成的“稀土农用的环境化学行为及生态、毒理效应”项目进一步证明了稀土农用的安全性问题。实践证明，稀土元素对保护生态环境，对于资源高效利用、经济可持续发展以及构建和谐社会有着十分重要的现实意义和长远意义。本文主要阐述镧（La）铈（Ce）镨（Pr）钕（Nd）4种轻稀土元素在水污染防治中的应用探讨。1.2轻稀土元素在水污染防治中的作用机理轻稀土元素中的镧、铈、镨、钕元素具有未充满的4f电子层结构，由此而产生多种多样的电子能级，具有中子俘获截面积大的特征。经纳米化处理后的上述性能更加充实和强大，其单位晶胞在有机化和与纳米材料复合的过程当中，镧铈镨钕系阳离子及有机离子代替晶胞层间的k+、Na+、Ca2+、Mg2+、H+等转变为可溶性的盐类而溶出，从而削弱了原来层间的键力，使层状晶格裂开，晶层间距扩大，孔道被疏通，活性表面增加，使其吸附能力和降解能力显著提高。同时，由于其磁性、催化性、光电性及多种方式的配位性等特殊的性质，在水污染、土壤污染的治理和修复工程中表现出与其它治污技术及产品迥然完全不同的功能作用和明显的效果。轻稀土元素治理水污染，净化过程明晰，使水体标本兼治。一是在短期内通过吸附和沉积功能，消除水体内悬浮物质，提高透明度，进而提高光合作用强度；二是激活多种酶的活性，促进微生物繁殖，使水体及底层营养物质和中微量元素加速转化，进而消除富营养问题带来的一系列危害；三是在和多种微生物的共同作用下，水体中的农药等有机污染物被降解；四是抑制蓝藻的生长繁殖，再通过吸附功能而沉积、转化，从而控制水华的产生；五是沉淀并屏蔽有毒有害重金属；六是养殖适当密度的滤食性鱼类，以其消耗营养物质转化而产生的大量浮游生物，通过生物措施修复水生态环境，使水体生态系统始终保持动态平衡。2、轻稀土元素在水污染防治中的应用2009年，四川省水利厅下发了关于实施病险和震损水库“清水工程”的通知（川水函2009911号），明确提出了改善和保护水质是城乡环境综合治理的重要内容，是当前水利工作的中心之一。要求各地要以“清水工程”为突破口，推动全省水库水质持续改善，为经济社会发展提供清洁可靠的水源。为此，2010年4月，四川省水利厅科技与对外合作处向元坝区下达了“稀土治污活性剂”治理水污染水利新技术推广科技示范项目。项目以2008年4月通过了四川省科技厅组织的的科技成果鉴定验收，2009年荣获四川省人民政府颁发的“四川省高新技术创新产品”称号，并经四川省疾病控制中心以最大剂量进行毒级鉴定属于无毒级的 “稀土治污活性剂”，在全区3000余亩中小型水库进行了推广应用，使水污染治理水库水质彻底改善。与传统治污技术比较，其优势如下：化学方法：化学氧化、光氧化等。如加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等。化学法治污用量少，效果快，但有效持续时间短，并且容易造成二次污染。物理方法：疏挖底泥、机械除藻、引水冲淤等。但投入成本高、施工难度大，而且是治标不治本。生物方法：利用生物来吸收、转化、降解和清除水体环境中的有毒有害物质，使其浓度减少或无害化。生物修复周期长，而且在引入外来生物品种不恰当的情况下还会破坏当的地生物环境，造成环境危害。“稀土治污活性剂”：改变难降解物质表面的疏水性能从而增加其在水体中的溶解度，并通过吸附沉积、水解反应、激活酶活性、物质转化利用、降解和屏蔽以及生物利用等形式，通过一系列的化学过程、物理过程以及生物强化修复过程进行综合治理。“稀土治污活性剂”治污技术具有快速高效、成本低、施工方便、综合治理、无二次污染等优点。3、在中小型水库水污染防治中的应用效果分析2010年，通过在元坝区养殖水库占80%以上的3000余亩中小型水质不达标水库（其中：中型1座，小型水库5座），推广应用四川瑞泽科技有限责任公司以轻稀土元素为核心原料的“稀土治污活性剂”。现已如期完成了省水利厅关于“清水工程”要求，使区内生活饮用水源水库水质达到类以上（部分达到了类以上），养殖灌溉用水水源水库水质达到类以上（部分达到了类以上），有力地确保人民群众饮水安全和水产品质量安全，为当地经济社会发展提供了清洁可靠的水源。下面，重点对元坝区新华水库治污效果进行分析：新华水库位于元坝区晋贤乡境内，系王家、晋贤二场镇1.5万余群众饮用水源，水面230余亩，水量132万立方米。由于过去大量施肥、投饵养鱼与山坡集雨区农业面源、生活废水等污染，导致水体污染严重，水质安全问题日益突出。经抽样检测属不达标水质，主要是总磷、总氮、锰等严重超标，加之混浊及沉淀较多，严重影响了上述二场镇1.5万余群众饮水安全。今年6月8日，元坝区水务农机局采用稀土治污活性剂对新华水库水质进行了治理，取得了明显的效果。观察情况：当天使用稀土治污活性剂1吨后一小时左右水体中产生了一些絮状物，24小时后上层水透明度由之前的0.5左右提高到1米以上，7天后底层水中的沉淀物明显减少，暴雨黄泥水流入水库后，沉清速度明显加快。王家、晋贤二乡镇自来水用户普遍反映水质明显改善。水质检测数据对比分析通过四川省水环境监测中心（绵阳分中心）对新华水库水质5月27日和6月23日的检测：水质总体得到明显改善。由5月27日检测的劣类转变成6月23日检测的类水质。变化特别明显的指标有：总磷治理前为0.23mg/L，治理后为0.02mg/L；总氮治理前为2.17mg/L，治理后为0.49mg/L；锰-治理前为0.28mg/L，治理后为0.04mg/L。变化比较明显的指标有:高锰酸盐指数治理前为4.1mg/L，治理后为3.7mg/L；氨氮治理前为0.21mg/L，治理后0.10 mg/L；硝酸盐氮治理前为0.53mg/L，治理后为0.35mg/L。其它：透明度-治理前为50厘米，治理后为110厘米；水色-治理前为深褐色，治理后为浅蓝色。 根据上述对比分析，说明稀土治污活性剂治污效果显著，实现了预期的水污染防治目的。通过在元坝区5座中小型水库的应用推广，一是确保了饮用新华水库（因过去长期化肥养殖污染）、文华水库（场镇生活污水污染）的王家、晋贤、清水三乡镇20000余群众的饮水安全，使他们真正喝上放心水、洁净水，得到了当地群众的充分肯定。二是使工农水库（中型）等养殖水库水质明显改善，“三氮”大幅度降低，溶解氧充足，更加适宜于鱼类生长发育，促进水产养殖增产增效，有利于养殖产量、效益的进一步提高和水产品品质的大幅度提升。三是通过向农田提供洁净的水源，可使治理水库灌溉的4万余亩农田农作物种植病害明显减少，生产成本降低，产量增加。4、在水污染防治中需要解决的技术难题4.1配套建设水质监测室，定期对渔业水体水质进行认真监测，根据水质不达标中、小型水库水质污染现状，灵活调整以轻稀土元素为核心原料的投入品配方