关于含磷洗衣粉对水污染的现状分析_杜小旺.pdf

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1、关于含磷洗衣粉对水污染的现状分析?杜小旺,马长英(重庆师范大学 化学学院,重庆 400047)摘?要:阐述了水体富营养化的概念,以及国内外由于水体富营养化(如赤潮、水华等)的影响而造成的经济损失。提出了禁 P(磷)原因和传统合成洗衣粉中加 P 的作用,以及P 进入水体后如何引起水体富营养化的机理。文中还介绍了判断水体富营养化的标准,以及国内、外禁 P 现况。关键词:P;水体富营养化;禁P中图分类号:O623.627?文献标识码:A?文章编号:1672-6693(2004)03-0046-04An Analysis of the Present Water Pollution Caused by

2、 Washing Powder Containing PhosphorusDUXiao-wang,MA Chang-ying(College of Chemistry,Chongqing NormalUniversity,Chongqing 400047,China)Abstract:This paper mainly gives a revie w on the concept of the eutrophication inwater system and the pecuniary loss caused by it(e.g.Red Tide,Water Bloom);Then it p

3、uts forward the reason why we must ban phosphorus.It also desoribes the function that we addphosphorus into traditional synthetic washing powder,and the course of eutrophication inwater system caused by phosphorus after it runsinto water system.In addition,the thesis introduces the standard that we

4、judge the eutrophication in water system and the situation ofphosphate banned at home and abroad nowadays.Key words:phosphorus;eutrophication inwater system;phosphate banned?在社会经济高速发展的今天,人们的生活水平日渐提高,然而由于环境污染(如酸雨的侵蚀,水体的富营养化等等)而造成的经济损失和对人体健康的危害,也不得不引起人们的关注。近年来,各地区为了防止水体富营养化都相继实施禁P 措施。本文就水体富营养化、禁P 原因、传

5、统合成洗衣粉加 P 的作用和 P 是如何引起水体富营养化的,以及国内外禁 P 现况做一综述。1?水体富营养化和禁P 原因1.1?水体富营养化在湖泊、水库、内海、河口等地区的水体、水流缓慢,停留时间长,植物营养元素易于积累,这就使水生植物如藻类及其它浮游生物繁殖。当这些水体中植物营养物质积聚到一定程度时,水体过于肥沃,藻类繁殖特别迅速,使水生生态系统遭到破坏,这种现象称为水体的富营养化。水体出现富营养化现象时,浮游生物大量繁殖,因各浮游生物的颜色不同,水面往往呈现蓝色、红色、棕色等。这种现象在江河、湖泊中称为水华,在海洋上则称为赤潮1。1.2?禁P 原因世界上许多海洋国家都不同程度地遭受过赤潮的

6、危害。如日本濑户内海在 1976 年发生赤潮 326 次2。1967-1991年间,这一海域共发生 4 448次赤潮,造成渔业生产危害达421 次,直接经济损失达数千亿日元。我国海域也是赤潮多发区.据有关部门统计,1989年8月至 10 月,渤海沿岸发生一次大面积赤潮,致使1989年渤海海域天然对虾的捕捞量比 1988年同期减少51%,仅此一项,经济损失就达 2 400 万元3;1990年沿海共记录到 34次赤潮;1997-1998年,我国沿海连续发生赤潮,其中 1998年 3月中旬爆发的赤潮,造成深圳、珠海、惠东等市县海水网箱养殖鱼死亡3 000多 t,直接经济损失超过 4 000 万元人民

7、币。1998 年下半年发生在渤海湾的赤潮,为我国有史以来面积最大,持续时间?2004年9月重庆师范大学学报(自然科学版)Sep.2004?第 21卷 第3期Journalof Chongqing NormalUniversity(NaturalScience Edition)Vol.21 No.3?收稿日期:2004-04-16作者简介:杜小旺(1963-),男,重庆人,讲师,主要从事无机化学的教学与科研工作。最长,损失最严重的一次赤潮,给沿海水产业造成的直接经济损失为5亿多元4。我国是一个湖泊众多的国家,大于1km2的天然湖泊有 2300余个。目前水体的富营养化已经成为我国一个较为突出的环境

8、问题。许多大型湖泊,如巢湖、太湖、鄱阳湖、滇池等,都已经处于富营养或重营养状态,而且一些河流在部分河段也出现了富营养化现象5,如黄浦江流域,珠江广州河段等。据统计,我国主要湖泊处于因N、P 污染而导致富营养化的占统计湖泊的56%。藻类是富营养化的主体,它的生长速度直接影响水质的状态。在合适的光照、温度、pH 值和充分具备营养物质的条件下,藻类光合作用的总反应式为6:10 6 CO2+1 6 NO-3+HPO2-4+1 22 H2O+18 H+能量+微量元素C1 0 6H2 6 3O1 1 0N1 6P1(藻类原生质)+1 38O2根据 Leibig 最小定理7,植物的生长取决于外界供给它们的养

9、分中最少的一种。从藻类原生质C106H263O110N16P1可以看出,生产 1 kg 藻类,需要消耗C 358 g,O 496 g,N 63 g,P 9 g,P 是最小限制因素,因而就是导致富营养化的决定因素,即 1gP 就可使藻类生长约 100g。我国目前合成洗涤剂的年销售量为300 万 t 左右,如果按平均 15%的含 P 量(表1 例出了几种洗衣粉的配方)计算,那么通过洗涤废水就有大约 45 万 t P 被排放到地面水中,已大大超过了水体自身降解N、P 的能力。研究发现:太湖宜溧河流域内总 P 发生量为 3 540.98 t/a,进入太湖的总 P 量为 157.43 t/a,流域内总

10、P 的入湖率为 4.45%。流域内洗衣粉排 P 的发生量为 336.20 t/a,洗衣粉排 P 入湖量为 27.71 t/a,洗衣粉排P 量占入湖总量的比例为 17.60%。因此,洗衣粉?禁 P?措施在全太湖流域的实施,可削减为17.60%的总入湖 P量,这对减轻太湖富营养化状况,缓解藻花的暴发,改善太湖水环境起到一定的作用。表 1?几种洗衣粉的配方8类?型30*25*20*复配低泡配?方1?21?21?21?2?3?1?2?3三聚磷酸钠含量/%30 30 16 168 1230 25 2438 25 49?*:30、25、20 型指表面活性剂的百分含量,如 30 型即表面活性?剂含量为 30

11、%2?洗衣粉加P 的作用及其对水体的影响2.1?洗衣粉加 P 的作用传统的合成洗衣粉中的磷主要以三聚磷酸钠(Na5P3O10,Sodium Tripolysphate,STPP)的形式存在,它是家用洗涤剂中用量最大的组分,其含量在 15%30%之间,它具有许多优点,其增强去污力的作用可从4 个方面来说明:(1)将硬水中 Ca2+、Mg2+离子螯合起来,将硬水变为软水,其软化水的机理为:(2)对微细的无机粒子或油脂微滴具有分散、乳化、胶溶作用,防止污垢再沉积到衣物上,从而提高洗衣粉的去污力;(3)维持水溶液为弱碱性(pH 值为 9.7),有助于增强洗衣粉的洗涤效能;(4)STPP 可使表面活性的

12、临界胶束浓度降低,使洗涤剂溶液的表面张力下降。STPP 对?-氧化铝之类的金属氧化物有选择性的吸附,故它能将与氧化铝结合得较弱的表面活性剂解释出来。其综合作用结果表现出表面活性剂的增效作用。此外,STPP还能保持洗涤剂呈干爽状,有防止因吸水而发生结块的作用9。2.2?P 如何引起水体富营养化(1)判断富营养化的标准。湖泊富营养化程度与湖水中 N、P 含量有密切关系,但两者并不呈直线关系。国际上一般认为总 P 质量浓度为 20 mg/m3,总N 质量浓度为 200 mg/m3,是湖泊富营养化的发生浓度。近年来,有人认为,富营养化问题的关键不是水中营养物的浓度,而是连续不断流入水体中的营养物的负荷

13、量10。因此不能过量地依赖水中营养盐质量浓度来判断水体富营养化。判断水体富营养化程度的核心问题应该是营养物的极限负荷量。极限47第 3期?杜小旺,等:关于含磷洗衣粉对水污染的现状分析?负荷量有两种表示方法:单位体积负荷量g/(m3?a)与单位面积负荷量g/(m2?a)。现一般多采用后一种表示方法。据研究,当进入水体的 P 大部分以生物代谢的方式流入时,则贫营养湖与富营养湖之间的临界负荷量,总P 为 0.2 0.5 g/(m2?a)。湖泊的P 负荷量按照平衡原理来计算。在某一时期内,以不同来源输入湖的 P 总量减去多种途径从湖泊中支出的 P 的总量,就等于湖泊内 P 的积累量。(2)P 引起水体

14、富营养化的过程。STPP 进入湖泊后,其 中一 部分 转 化为 正 磷酸 盐,如 PO3-4、HPO2-4、H2PO-4,其大部分与悬浮颗粒物结合存在,可作为营养物质被藻类吸收,但这些盐溶解度小,在水中的浓度也较低。另一部分则仍以聚合物的形式存在于水体中,如 P2O4-7、P3O5-10、HP3O2-9、CaP2O2-7,也可为藻类吸收11。P 进入湖泊后,便参加生态系统的物质循环,构成水生物个体和生物群落,并经由自养生物和异养生物等所组成的营养级依次转化迁移。然而总P 中有相当一部分 P 的形态是生物不能吸收利用的,这部分P 对水质没有什么直接影响。水体中生物可利用P 代表可被藻类吸收生长所

15、潜在利用的 P,包括溶解态 P 和颗粒态生物可利用 P 两部分。溶解态 P是指能通过 0.45?m 滤膜的无机磷酸盐,是生物可直接利用的 P 形态,称为溶解态反应 P。据有关人员对我国三个湖泊(玄武湖、太湖、五里湖)中的藻类对P 吸收快慢的研究表明:溶解反应 P 的利用效率都是在一天以内达到最大值,其次是总溶解 P,仅稍慢于溶解反应 P 达到最大利用率,表明湖水中溶解的P 形态尤其是正磷酸盐类是最先被藻类利用的。但是水体中可溶性 P 很有限,它们很容易与 Ca2+、Fe2+、Al3+等生成难溶性沉淀物,沉积于底部,作为受纳水体藻类及其它水生植物生长的长期 P 源。聚积于底泥中的 P 的存在形式

16、和数量,决定于水中的P 与底泥中的 P 的交换情况。水中的 P 经无机P 生物吸收和有机 P 沉淀而除去。沉淀物中颗粒态P 通过悬浮作用与湍流扩散作用而释放到上层水中。就可溶性 P 而言,当沉积物空隙水中溶解的无机磷的浓度超过上覆水中 P 的浓度时,溶解性无机磷才能被释放至表层水中。湖泊中 P 的循环大体可以看作是一个动态的稳态体系12。其交换与变化过程如图1 所示。在湖泊底泥中的 P 起着营养库的作用。底泥 P的释放是上层水中可溶性 P 的主要来源之一,能大大促进藻类的急剧繁殖。底泥中 P 的释放速度受诸多因素的影响,武汉东湖底泥释 P 状况的探究实验的结果表明 13,环境因素(如温度、pH

17、 值、溶解氧、搅动等)和底泥 P 形态都能影响底泥P 的释放:升高水温和搅动上覆水均能加速 P 释放。上覆水中性时(pH=7.4),底泥释 P量最低;在较高或较低 pH 值时,底泥释 P 量倍增。厌氧条件下底泥释 P 量是好氧条件下的 30 倍。底泥中不同形态的P 与底泥P 释放量有不同程度的相关性,其中可溶性 P 和铁 P 对底泥释 P 贡献尤为重要。图1?湖泊中 P 的交换循环3?国、内外禁 P 现况美国、加拿大早在 20 世纪 70 年代初,就开始将洗衣粉的含 P 量限制在 0.5%以下,成为最早实行禁P 措施的地区之一。同时,日本在 1988 年,无 P洗衣粉的产量就占到总量的 97%

18、,成为目前洗涤剂行业中无P 化程度最高的国家之一。欧洲除西班牙和法国还生产低 P 洗涤剂外,其它国家几乎全部实现了洗涤剂无P 化。我国江河、湖海水体P 的数量,大大超出了我国环境保护法所规定的 P 含量 0.1 mg/L 的标准,有的地区竟达到50 mg/L,城市生活水中 P 70%来自洗涤剂 14。东湖已由 50 年代的贫营养湖过渡到 60 年代富营养湖,近几年达到了重营养湖。为此,自48重庆师范大学学报(自然科学版)?第 21卷1998 年以来,太湖、滇池和巢湖等湖泊水系及深圳、大连和杭州等城市,以地方法规或有关部门公告的方式宣布禁止使用、销售含 P 洗涤剂。从 2000 年 3月1 日起

19、,山东实施全省禁P,据悉辽宁也于2000 年7 月 1 日开始了全省禁P。当然,洗衣粉禁 P 只是控制富营养化的措施之一。在禁P 的同时,还必须采用城市生活污水处理。农田和禽兽养殖污染的控制及湖内生态恢复等多种防治措施,效果才能更好。参考文献:1 陈静生,洪松.环境化学M.北京:中国环境科学出版社,2001.155-162.2高锦章.消费者化学M.北京:化学工业出版社,2002.229,234.3 李慧韫,张天胜.磷和水体富营养化 J.日用化学品科学,2002,25(5):12-17.4 吴允炎.洗涤剂工业热点问题 J.日用化学品科学,2001,24(6):23-24.5 张运林,秦伯强.太湖

20、水体富营养化的演变及研究进展J.上海环境科学,2001,20(6):263-265.6 王大全.精细化工辞典M,北京:化学工业出版社,1998.599.7 陈夏法.神秘的科学M.南昌:江西科学技术出版社,2000.131-135.8 刘程,张万福,陈长明.表面活性剂手册第二版M.北京:化学工业出版社,1995.71-72.9 王均,施善友.洗涤剂引起的富营养化及无磷助剂开发J.化学教育,2001,22(10):1-2.10 张智,林艳.水体富营养化及防治的措施 J.重庆环境科学,2002,24(3):52-53.11 戴树桂,宋文华,颜慧.有机污染物生物降解途径控制反应的预测与优势菌的选择模型

21、的建立 J.环境化学,1998,17(6):471-478.12 吴重华,王晓蓉,孙吴.羊角月芽藻摄取磷形态的动力学研究 J.环境化学,1998,17(5):417-421.13 晏维金,章申.模拟降雨条件下生物可利用磷在地表径流中的流失和预测 J.环境化学,1999,18(6):479-505.14 唐有祺,王夔.化学与社会M.北京:高等教育出版社,1997.145-148.(责任编辑?许文昌)(上接 27 页)可见,图 2 中,椭圆的左方焦点正是坐标系的原点,也就是点光源所在的位置。又由(1?)式的要求,所讨论的曲线,只是图 3 中椭圆的右半部分。事实上,当 cos?=cb2+c2=ca=

22、n 时,光线的入射角已达到全反射的临界角。因此,在 n 1 的情况下(2)式的适用范围是1?cos?n(7)由以上分析可看出:如果折射率为 n1的光密介质和折射率为 n2的光疏介质的分界线是偏心率为n=n2/n1的椭圆向光疏介质一方凸起的一部分,那么从光密介质内该椭圆的远方焦点发出的光,经该部分椭圆折射后,在光疏介质内成为与椭圆长轴平行的平行光。反之,若平行于该椭圆长轴,从光疏介质射入椭圆的光,将在光密介质内会聚于距该部分椭圆较远的焦点。4?结论综上所述,当两种不同的均匀光学介质的分界面是偏心率,恰为它们的相对折射率的双曲线或椭圆生成的曲面(旋转对称面或柱面)时,该双曲线或椭圆的焦点也正具有几

23、何光学中折射面焦点的意义,而且是严格的,不受近轴条件的限制。如果按此原理制作透镜,与球面透镜相比,由于这样的焦点没有球差,对于点光源或线光源发出的发散光束的准直,或对于平行光的聚焦,都应有更好的效果。参考文献:1 沈冰欢,梁在中.实用数学手册M.北京:科学出版社,1992.2 BORN M,WOLF E.Principles of OpticsM.Pergamon Press,1975.3 NUSSBA A,PHILLIPS R.Contemporary Optics for Scientistsand EngineersM.New Jersey:Prentice-Hall,Inc.,1976.4 戴特力,季小玲.新光学教程M.重庆:重庆大学出版社,1996.(责任编辑?许文昌)49第 3期?杜小旺,等:关于含磷洗衣粉对水污染的现状分析?