廢棄HEPA濾網(wǎng)對水環(huán)境影響的實驗研究

趙志成，彭三曦，單慧媚*，趙艷蓮

（1.桂林理工大學 廣西環(huán)境污染控制理論與技術重點實驗室，廣西 桂林541004；2.桂林理工大學 巖溶地區(qū)水污染控制與用水安全保障協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 桂林541004；3.桂林理工大學 地球科學學院，廣西 桂林541004）

空氣中的主要污染物包括顆粒物（Particulate Matter，PM）、氣態(tài)物質、揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質[1]。其中，PM能吸附大量有致癌物質和基因毒性誘變物質，極易通過鼻口呼吸進入人體，導致慢性病加劇、呼吸系統(tǒng)及心臟系統(tǒng)疾病惡化，改變肺功能及結構、影響生殖能力甚至改變人體的免疫結構[2-3]。當前，去除空氣中顆粒物的主流方法之一是采用高效空氣微粒過濾（High Efficiency Particulate Air filter，HEPA）技術[4]，濾網(wǎng)材料包括玻璃纖維、滌綸和丙綸等。通過成百上千個規(guī)則排列的褶皺，HEPA濾網(wǎng)對直徑為0.3μm以上的PM可以實現(xiàn)99.99%的過濾效率，缺點是使用6～12個月后需要及時更新濾網(wǎng)。盡管國內外眾多學者對PM的過濾材料、凈化技術和效果等開展了大量研究，但較少關注到廢棄HEPA濾網(wǎng)的潛在環(huán)境污染問題。

本文針對以上問題，以空氣凈化裝置中常用的HEPA濾網(wǎng)為研究對象，利用不同水化學溶液（純水、地下水和雨水）對未使用的和廢棄的HEPA濾網(wǎng)進行浸泡，對比分析HEPA濾網(wǎng)在不同水化學環(huán)境中釋放的主要陰離子污染物及其特征，揭示廢棄HEPA濾網(wǎng)對水環(huán)境的潛在污染影響，從而為我國生態(tài)環(huán)境保護與水污染防治提供參考依據(jù)。

1 實驗與方法

將2.5 g未使用的HEPA濾網(wǎng)和廢棄濾網(wǎng)分別置于若干個250 mL血清瓶，分別加入250 mL純水、地下水和雨水溶液，反應1、3、5、7、10、60 d后采集溶液過0.45μm濾膜待測。每組設計2組平行實驗。實驗過程中常規(guī)陰離子含量利用離子色譜儀（ICS2100，戴安）測定。所有實驗和測試均在廣西區(qū)級重點實驗室：環(huán)境污染控制理論與技術實驗室完成。

浸泡過程中單位質量HEPA濾網(wǎng)對某種化學組分的釋放量或吸附量Q（mg/g或μg/g）采用下式計算，

式中，C0為初始時刻溶液中某種化學成分的濃度，mg/L；Ct為浸泡t時刻溶液中某種化學成分的濃度，mg/L；V為浸泡溶液的總體積，L或mL；m為濾網(wǎng)的質量，g。Q>0表示濾網(wǎng)釋放化學成分進入溶液中，且Q越大表示釋放量越大；Q<0表示溶液中化學成分被濾網(wǎng)吸附，Q越小，|Q|越大，表示吸附量越大。此外，2次平行實驗結果的平均值用表示。

2 結果與討論

2.1 純水溶液浸泡條件下陰離子的釋放/吸附特征

未使用的HEPA濾網(wǎng)和廢棄濾網(wǎng)在純水溶液浸泡過程中不同陰離子的濃度變化結果如圖1（a）所示，反應過程中最大平均釋放/吸附量數(shù)據(jù)見表1。

圖1 HEPA濾網(wǎng)在不同溶液浸泡下陰離子釋放量隨時間的變化曲線（■未使用的；●廢棄的）

從圖中發(fā)現(xiàn)：純水溶液浸泡條件下，未使用的HEPA濾網(wǎng)和廢棄濾網(wǎng)均能釋放陰離子F-，Cl-，NO3-和SO42-。隨著時間的增加，F(xiàn)-，Cl-，NO3-和SO42-的釋放量均呈現(xiàn)先顯著增加后略減少，再逐漸增加的趨勢。整個反應過程中，廢棄濾網(wǎng)比未使用的濾網(wǎng)釋放陰離子的量更多，前者F-，Cl-，NO3-和SO42-的分別為0.031 1 mg/g，0.338 7 mg/g，1.212 0 mg/g和6.695 3 mg/g，后者分別僅為0.017 3 mg/g，0.210 1 mg/g，0.676 5 mg/g和1.558 4 mg/g，見表1。

2.2 地下水溶液浸泡條件下陰離子的釋放/吸附特征

未使用的HEPA濾網(wǎng)和廢棄濾網(wǎng)在地下水溶液浸泡條件下不同陰離子的濃度變化結果如圖1（b）和表1所示。從中可以發(fā)現(xiàn)：未使用的濾網(wǎng)釋放少量的Cl-，NO3-和SO42-，但反應初期（0～7 d）會從溶液中吸附少量的F-。廢棄濾網(wǎng)則向溶液中一直釋放F-，Cl-，NO3-和SO42-，且隨著時間的增加，F(xiàn)-的釋放量呈現(xiàn)出先顯著增加（0～3 d）后略降低再逐漸增加（＞5 d）的趨勢，Cl-和SO42-的釋放量呈現(xiàn)先顯著增加（0～5 d）后略減少至基本不變的趨勢，NO3-的釋放量先顯著增加（0～5 d）后基本趨于穩(wěn)定。整個反應過程中，廢棄濾網(wǎng)比未使用的濾網(wǎng)釋放陰離子的量更多，前者F-，Cl-，NO3-和SO42-的分別為0.034 8 mg/g，0.186 7 mg/g，0.853 0 mg/g和6.732 9 mg/g，后者分別僅為0.003 7 mg/g，0.119 3 mg/g，0.141 3 mg/g和0.850 1 mg/g。

2.3 雨水溶液浸泡條件下陰離子的釋放/吸附特征

未使用的HEPA濾網(wǎng)和廢棄濾網(wǎng)在雨水溶液浸泡條件下不同陰離子的濃度變化結果如圖1（c）和表1所示。從中可以發(fā)現(xiàn)：雨水溶液浸泡條件下，未使用的濾網(wǎng)主要從溶液中吸附少量的F-，Cl-，NO3-和SO42-的（Q＜0）。廢棄的濾網(wǎng)則主要向溶液中釋放陰離子，并且隨著時間的增加，F(xiàn)-，Cl-和SO42-的釋放量呈現(xiàn)出先顯著增加后略降低至基本不變的趨勢，NO3-的釋放量先顯著增加后趨于穩(wěn)定。廢棄濾網(wǎng)對F-，Cl-，NO3-和SO42-的分別為0.014 9 mg/g，0.058 9 mg/g，0.621 0 mg/g和5.827 2 mg/g，未使用的HEPA濾網(wǎng)對以上4種離子的最大平均吸附量分別為0.006 7 mg/g，0.087 8 mg/g，0.298 5 mg/g和0.370 0 mg/g。

表1 不同溶液浸泡過程中HEPA濾網(wǎng)對陰離子的最大平均釋放/吸附量Q max 單位：mg/g

整體上，未使用的濾網(wǎng)在純水溶液和地下水溶液浸泡過程中，均以釋放F-，Cl-，NO3-和SO42-為主，在雨水溶液中則以吸附陰離子為主。廢棄濾網(wǎng)在3種不同水化學溶液中陰離子的排序均為意味著是廢棄濾網(wǎng)對水環(huán)境產(chǎn)生潛在污染影響的主要成分。對于F-和SO42-的排序為：地下水＞純水＞雨水，對于Cl-和NO3-的排序為：純水＞地下水＞雨水，表明地下水和純水受廢棄濾網(wǎng)釋放陰離子的污染威脅更嚴重。

3 結論

本文以HEPA濾網(wǎng)為研究對象，設計室內實驗，利用不同水化學溶液（純水、地下水和雨水）對未使用的和廢棄的濾網(wǎng)進行浸泡，查明浸泡過程中HEPA濾網(wǎng)釋放陰離子污染物的過程及特征，揭示其對水環(huán)境的潛在污染影響。研究發(fā)現(xiàn)：廢棄濾網(wǎng)在純水、地下水和雨水溶液中均釋放F-，Cl-，NO3-和SO42-，其中釋放最多的陰離子成分為且地下水和純水更易受到廢棄濾網(wǎng)釋放陰離子的污染威脅。