高氯酸鹽污染地下水處理

環(huán)境中的高氯酸根（ClO4-）主要來自于固體高氯酸酸鹽，銨鹽，鉀鹽，鈉鹽和鎂鹽的溶解。與其遷移擴(kuò)散的行為密切相關(guān)的性質(zhì)是"高氯酸鹽的溶解度高，在地表水和地下水系中的流動(dòng)性強(qiáng)；高氯酸根離子具有動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定性，中心原子氯原子從+7價(jià)態(tài)被還原需要外能或催化劑的存在，因而在自然水系中一般可以穩(wěn)定存在幾十年；高氯酸鹽是非揮發(fā)性的，多數(shù)的土壤礦物質(zhì)對(duì)其吸附作用都很小，雖然鉀鹽溶解度小于銨鹽，可能析出溶液，減少遷移量，但沉淀的高氯酸鹽還會(huì)再次被溶解，返回傳輸過程。因此，自然水系中的高氯酸鹽會(huì)持續(xù)遷移，擴(kuò)散到排放點(diǎn)以外的區(qū)域，能夠?qū)Υ蠓秶鷥?nèi)的飲用水源構(gòu)成污染。

飲用水中高氯酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)

飲用水中高氯酸根的安全水平到目前為止還沒有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)。美國健康服務(wù)署將高氯酸鹽定為未規(guī)范化化合物，需要長期進(jìn)行監(jiān)測(cè)。未規(guī)范化化合物是指缺乏聯(lián)邦飲用水標(biāo)準(zhǔn)或最高污染物水平的污染物。2003年美國環(huán)境保護(hù)署美國環(huán)保署依據(jù)服用高氯酸鹽的臨床毒性實(shí)驗(yàn)，制訂了不會(huì)產(chǎn)生可觀察到的副作用的劑量是1微克/升（ppb）。

加利福尼亞環(huán)境健康危險(xiǎn)評(píng)估辦公室(OEHHA)設(shè)定的飲用水中高氯酸根公共安全目標(biāo)是6微克/升，這個(gè)水平可能會(huì)導(dǎo)致干擾甲狀腺激素碘的吸收。

加州大學(xué)歐文城市水研究中心發(fā)起了一個(gè)研究委員會(huì)，目的是綜合研究規(guī)范飲用水中高氯酸根的科學(xué)方法與政策，報(bào)告于2004年發(fā)表。該委員會(huì)認(rèn)為，如果飲用水中高氯酸根的濃度不超過100微克/升的水平，就不會(huì)對(duì)正常人造成危害。由于缺乏足夠的毒性數(shù)據(jù)，上面提到的100微克/升的濃度對(duì)孕婦和胎兒的正常發(fā)育來說不是絕對(duì)安全的。

調(diào)整飲用水中高氯酸根安全水平的最終決定，很顯然不僅僅是個(gè)公眾健康的問題，同時(shí)也是一個(gè)治理該污染所付出的成本問題。

地下水高氯酸根的來源

環(huán)境中高氯酸鹽的來源主要來自于生產(chǎn)使用高氯酸鹽的工廠的排放和廢棄物。以大量生產(chǎn)的高氯酸銨和高氯酸鉀為例，高氯酸銨作為氧化添加劑廣泛應(yīng)用于火箭固體推進(jìn)劑，軍工生產(chǎn)，焰花生產(chǎn)和火柴生產(chǎn)中，它也作為一種實(shí)驗(yàn)用化學(xué)藥品被大量使用，此外，也會(huì)出現(xiàn)在化肥的成分之中。除了日常生產(chǎn)和使用中的排放造成的環(huán)境污染之外，由于高氯酸銨的貯藏壽命有限，廠家會(huì)定期對(duì)原有庫存進(jìn)行淘汰，這就導(dǎo)致大量未經(jīng)處理的高氯酸鹽一次性被排放到環(huán)境中去。環(huán)境中的高氯酸根主要來自于固體高酸鹽，銨鹽，鉀鹽，鈉鹽和鎂鹽的溶解。軍事生產(chǎn)是高氯酸根的一個(gè)重要來源，其它化學(xué)品生產(chǎn)，如道路安全熒光標(biāo)記、焰火和一些炸藥也增加了土壤和地下水中的高氯酸根。這些產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用也會(huì)帶來環(huán)境危害。

高氯酸根的化學(xué)性質(zhì)

高氯酸根(ClO4-)以鹽的形式在水中和其它極性有機(jī)溶劑中溶解性非常好。在一般的環(huán)境條件下，很容易在地下水中擴(kuò)散和長期穩(wěn)定存在，在地表水和地下水系中的流動(dòng)性強(qiáng)。高氯酸根離子具有動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定性，中心原子氯原子從+7價(jià)態(tài)被還原需要外能或催化劑的存在，不能被普通的還原劑還原或者別的藥劑沉淀出來，因而在自然水系中一般可以穩(wěn)定存在幾十年.高氯酸鹽是非揮發(fā)性的，多數(shù)的土壤礦物質(zhì)對(duì)其吸附作用都很小，雖然鉀鹽溶解度小于銨鹽，可能析出溶液，減少遷移量，但沉淀的高氯酸鹽還會(huì)再次被溶解，返回傳輸過程。因此，自然水系中的高氯酸鹽會(huì)持續(xù)遷移，擴(kuò)散到排放點(diǎn)以外的區(qū)域，能夠?qū)Υ蠓秶鷥?nèi)的飲用水源構(gòu)成污染。

高氯酸根對(duì)健康的影響

高氯酸鹽可以有效抑制人體對(duì)碘離子的攝取，從而導(dǎo)致甲狀腺激素分泌的減少。高氯酸鹽的過量攝入會(huì)導(dǎo)致甲狀腺激素的分泌不足，而甲狀腺激素分泌不足會(huì)抑制人體正常的新陳代謝和生長發(fā)育。另外，對(duì)嬰兒，孕婦和胎兒等敏感人群，高氯酸鹽導(dǎo)致碘缺乏的毒性證據(jù)非常明確，過量攝取有可能導(dǎo)致甲狀腺機(jī)能不足。研究表明，高氯酸鹽排放集中地區(qū)，嬰兒先天性甲狀腺機(jī)能不足的比率高于平均水平+3倍。如果孕婦在妊娠第12周甲狀腺激素血漿T4含量低的話，新生嬰兒就會(huì)有發(fā)育方面的問題。

常見的高氯酸鹽處理方法

由于高氯酸根的非揮發(fā)性和高溶解性，不可能用過濾、沉淀等普通物理方法去除；活性炭對(duì)其吸附量也很?。欢以谕ǔ５乃|(zhì)環(huán)境下，由于溫度較低，離子濃度很小，高氯酸鹽與大多數(shù)還原劑都不發(fā)生反應(yīng)，因此開發(fā)處理技術(shù)存在難度。

目前飲用水中高氯酸鹽的處理技術(shù)主要有三種：（1）反滲透法；（2）離子交換法；（3）厭氧微生物處理方法。針對(duì)高氯酸根的離子特性，采用反滲透和離子交換法進(jìn)行處理無疑是可行的，但是設(shè)備費(fèi)用相對(duì)較高。而厭氧微生物處理法被普遍認(rèn)為是處理效果好，費(fèi)用低，發(fā)展前景較好的一種方法。但這種方法也存在對(duì)環(huán)境條件要求高，不易操作的限制，主要適用于大規(guī)模的工業(yè)廢水處理和水廠處理。目前國外對(duì)上述幾種處理方法還在進(jìn)行改進(jìn)性的研究。

電解處理高氯酸鹽污染地下水

水流經(jīng)裝有這種電極的電解系統(tǒng)時(shí)，高氯酸根離子很容易被吸附到電極表面上。在施加到電極間的電壓的作用下，高氯酸根按照下面的反應(yīng)式還原成氯離子：

ClO4- + 8H+ + 8e- = Cl- + 4H2O

一臺(tái)中試裝置用來每小時(shí)處理100升被污染的水，系統(tǒng)電力消耗為0.5~1.0kWh/m3，能耗和被處理水的溫度、流速、pH值以及溶解氧濃度有關(guān)系。結(jié)果顯示，在合適的條件下高氯酸根的濃度可以降低到18微克/升以下。