CN110687220A - 废弃hepa滤网对水环境潜在污染影响的检测方法 - Google Patents

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罗林波
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Abstract

本发明公开了一种废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，包括以下步骤：步骤一、取使用和未使用过的HEPA滤网；步骤二、将HEPA滤网浸泡在若干种水溶液中，采集样品待测；步骤三、检测样品中的化学成分及特征，判断废弃HEPA滤网的潜在污染影响。本发明揭示废弃HEPA滤网对水环境的潜在污染影响，从而为我国生态环境保护与水污染防治提供参考依据。

Description

废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法
技术领域
本发明涉及检测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，空气污染问题日益严重。2002年世界卫生组织发布报告中指出“全世界有50％的人生活在空气质量问题严重的环境中”，将空气污染物列入最危险的环境致癌物质之一。空气中的主要污染物包括颗粒物(Particulate Matter、PM)、气态物质、挥发性和半挥发性物质，其中，PM造成的环境污染和对人体健康的威胁最为突出。
当前，去除空气中PM的主流方法之一是采用高效空气微粒过滤(High EfficiencyParticulateAir filter、HEPA)技术，滤网材料包括玻璃纤维、涤纶和丙纶等。通过成百上千个规则排列的褶皱，HEPA滤网对直径为0.3μm以上的PM可以实现99.99％的过滤效率，缺点是使用6～12个月后需要及时更新滤网。尽管国内外众多学者对PM的过滤材料、净化技术和效果等开展了大量研究，但较少关注到废弃HEPA滤网的潜在环境污染问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，以空气净化装置的HEPA滤网为研究对象，利用不同水溶液(纯水、地下水和雨水)对未使用的和废弃的HEPA滤网进行浸泡，对比分析废弃HEPA滤网在不同水环境中释放污染物的成分及特征，揭示废弃HEPA滤网对水环境的潜在污染影响，从而为我国生态环境保护与水污染防治提供参考依据。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，包括以下步骤：
步骤一、取使用和未使用过的HEPA滤网；
步骤二、将HEPA滤网浸泡在若干种水溶液中，采集样品待测；
步骤三、检测样品中的化学成分及特征，判断废弃HEPA滤网对环境的潜在污染影响。
优选的是，步骤一中所述的使用过的HEPA滤网使用时间为6～8个月。
优选的是，步骤二中所述的若干种水溶液包括纯水、地下水、雨水。
优选的是，步骤二中采集时间分别为第1天、第3天、第5天、第7天、第10天、第60天。
优选的是，步骤三中采用离子色谱法和电感耦合等离子体质谱法检测样品中的化学成分。
本发明至少包括以下有益效果：以空气净化装置的HEPA滤网为研究对象，利用不同水溶液(纯水、地下水和雨水)对未使用的和废弃的HEPA滤网进行浸泡，对比分析废弃HEPA滤网在不同水环境中释放污染物的成分及特征，揭示废弃HEPA滤网对水环境的潜在污染影响，从而为我国生态环境保护与水污染防治提供参考依据。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明实施例中未使用和废弃的HEPA滤网；
图2为本发明实施例中HEPA滤网在纯水浸泡下阴离子释放量随时间的变化曲线；
图3为本发明实施例中HEPA滤网在地下水浸泡下阴离子释放量随时间的变化曲线；
图4为本发明实施例中HEPA滤网在雨水浸泡下阴离子释放量随时间的变化曲线；
图5为本发明实施例中废弃HEPA滤网在不同溶液浸泡下Zn、Pb和As释放量随时间的变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，包括以下步骤：
步骤一、取使用和未使用过的HEPA滤网；
HEPA滤网取自于深圳市普瑞美泰公司生产的空气净化装置，如图1所示，图1A为未使用的HEPA滤网，图1B为废弃的HEPA滤网，废弃的HEPA滤网取自8m3实验舱运行了6个月左右的空气过滤装置。
步骤二、将HEPA滤网浸泡在若干种水溶液中，采集样品待测；
若干种水溶液包括纯水、地下水、雨水，纯水溶液利用超纯水器(MilliQ Dwect8，美国)制备获得，地下水和雨水均采集于桂林市雁山区；
取两组250mL的血清瓶，一组血清瓶中放入2.5g未使用的HEPA滤网，另一组血清瓶中放入2.5g废弃HEPA滤网，每组血清瓶中分别加入纯水、地下水和雨水至250mL刻度线，分别在第1天、第3天、第5天、第7天、第10天、第60天，采集样品待测。
步骤三、检测样品中的化学成分及特征，判断废弃HEPA滤网对环境的潜在污染影响；
检测样品采用离子色谱法和电感耦合等离子体质谱法检测水样中的化学成分，检测过程中重金属Zn、Pb和类金属As的含量利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MSNexION350，PerkinElmer)测定，常规阴离子含量利用离子色谱仪(ICS2100，戴安)测定；
浸泡过程中单位质量HEPA滤网对某种化学组分(阴阳离子、金属或类金属)的释放量或吸附量Q(mg/g或μg/g)采用下式计算，
Q＝(Ct-C0)×V/m
式中，C0—初始时刻溶液中某种化学成分的浓度，mg/L；Ct—浸泡t时间时溶液中某种化学成分的浓度，mg/L；V—浸泡溶液的总体积，L或mL；m—HEPA滤网的质量，g。Q>0表示滤网释放化学成分进入溶液中，且Q越大表示释放量越大；Q<0表示溶液中化学成分被滤网吸附，Q越小，|Q|越大，表示吸附量越大；
两次平行实验结果的平均值用
Figure BDA0002193131880000031
表示，
Figure BDA0002193131880000032
Q1和Q2分别为两次检测结果。
一、HEPA滤网在不同水溶液浸泡条件下阴离子的释放/吸附特征的检测结果如下所示：
未使用的HEPA滤网和废弃HEPA滤网在纯水、地下水和雨水溶液浸泡过程中阴离子释放/吸附量随时间的变化曲线分别如图2、图3和图4所示，图2为HEPA滤网在纯水浸泡下阴离子释放量随时间的变化曲线(■未使用的；●废弃的)，图3为HEPA滤网在地下水浸泡下阴离子释放量随时间的变化曲线(■未使用的；●废弃的)，图4为HEPA滤网在雨水浸泡下阴离子释放量随时间的变化曲线(■未使用的；●废弃的)，反应过程中最大平均释放/吸附量数据如表1所列；
表1不同溶液浸泡下HEPA滤网对阴离子的最大平均释放/吸附量
Figure BDA0002193131880000042
(单位：mg/g)
Figure BDA0002193131880000043
*注：表中+表示释放量，-表示吸附量
从图2-4和表1中可以发现：
(1)纯水溶液浸泡条件下，未使用的HEPA滤网和废弃HEPA滤网均能释放阴离子F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-到溶液中，如图2所示。随着时间的增加，F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-的释放量均呈现先显著增加后略减少，再逐渐增加的趋势。整体上，废弃HEPA滤网比未使用的滤网对阴离子的释放量更多，如表1所示，废弃HEPA滤网释放F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-的Qmax分别为0.0311mg/g，0.3387mg/g、1.2120mg/g和6.6953mg/g，未使用HEPA滤网释放分别仅为0.0173mg/g，0.2101mg/g，0.6765mg/g和1.5584mg/g。
(2)地下水溶液浸泡条件下，未使用的HEPA滤网一直会释放少量的Cl-、NO3 -和SO4 2-到地下水溶液中，而反应初期(0～7d)则会从溶液中吸附少量的F-。废弃HEPA滤网基本上一直向溶液中释放F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-，并且随着时间的增加，F-的释放量呈现出先显著增加(0～3d)后略降低再逐渐增加(>5d)的趋势，Cl-和SO4 2-的释放量均呈现先显著增加(0～5d)后略减少至基本不变的趋势，而NO3 -的释放量先显著增加(0～5d)后趋于稳定。整体上，废弃HEPA滤网比未使用的滤网对阴离子的释放量更多，如表1所示，废弃HEPA滤网释放F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-的
Figure BDA0002193131880000044
分别为0.0348mg/g，0.1867mg/g，0.8530mg/g和6.7329mg/g，未使用的HEPA滤网分别仅为0.0037mg/g，0.1193mg/g，0.1413mg/g和0.8501mg/g。
(3)雨水溶液浸泡条件下，未使用的HEPA滤网基本上一直从溶液中吸附少量的F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-(Q<0)。然而，废弃HEPA滤网则基本上一直向雨水溶液中释放阴离子，并且随着时间的增加，F-、Cl-和SO4 2-的释放量呈现出先显著增加后略降低至基本不变的趋势，而NO3 -的释放量先显著增加后趋于稳定。废弃HEPA滤网对F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-的
Figure BDA0002193131880000051
分别为0.0149mg/g，0.0589mg/g，0.6210mg/g和5.8272mg/g，而未使用的HEPA滤网对以上四种离子的最大平均吸附量分别为0.0067mg/g，0.0878mg/g，0.2985mg/g和0.3700mg/g。
综上，未使用的HEPA滤网在纯水溶液和地下水溶液浸泡过程中，均以释放F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-为主，在雨水溶液中则以吸附阴离子为主。废弃HEPA滤网在三种不同水溶液中阴离子的排序均为：SO4 2->NO3 ->Cl->F-，这意味着SO4 2-
Figure BDA0002193131880000053
是废弃HEPA滤网对水环境产生潜在污染影响的主要成分。对于F-和SO4 2-的
Figure BDA0002193131880000054
排序为：地下水>纯水>雨水，对于Cl-和NO3 -的排序为：纯水>地下水>雨水，暗示着地下水和纯水更容易受到废弃滤网释放的阴离子污染威胁。
二、HEPA滤网在不同溶液浸泡下Zn、Pb和As的释放规律
不同溶液浸泡过程中，未使用的HEPA滤网对Zn、Pb和As的释放量基本为0，因此，本文只绘制了废弃HEPA滤网在纯水、地下水和雨水溶液浸泡过程中阴离子释放量随时间的变化曲线，如图5所示，图5为废弃HEPA滤网在不同溶液浸泡下Zn、Pb和As释放量随时间的变化曲线(A：纯水；B：地下水；C：雨水)。从图5中可以发现：
(1)在纯水溶液中，随着浸泡时间的增加，Zn的释放量呈现先显著增加(0～5d)后略降低(5～10d)再缓慢增加的趋势，Pb和As的释放量均呈现出先迅速增加(0～1d)后缓慢增加(1～10d)并趋于稳定的趋势；
(2)地下水溶液中，随着浸泡时间的增加，Zn和Pb的释放量呈现先显著增加(0～3d)后略降低，再缓慢增加(5～10d)至趋于稳定，As的释放量则呈现先迅速增加(0～1d)后逐渐趋于稳定的趋势；
(3)雨水溶液中，随着浸泡时间的增加，Zn、Pb和As基本上都呈现出先迅速增加(0～1d)后缓慢增加(1～10d)至基本不变的趋势。
整体上，浸泡0～5d时，废弃滤网释放Zn、Pb和As最为强烈，浸泡10d后反应基本趋于稳定。
废弃HEPA滤网在纯水、地下水和雨水溶液浸泡过程中Zn、Pb和As的如表2所示。从表2中可以发现：地下水溶液中Zn、Pb和As的
Figure BDA0002193131880000057
最大，分别为2.21μg/g、1.09μg/g和0.30μg/g，其次是雨水和纯水溶液；三种不同水化学溶液中的排序为：Zn>Pb>As。这表明废弃HEPA滤网对水环境的主要重金属污染成分是Zn。相比较雨水和纯水而言，地下水更容易受到废弃HEPA滤网的Zn、Pb和As污染影响。
表2.不同溶液浸泡下废弃滤网对Zn，Pb和As的最大平均释放量(单位：μg/g)
Figure BDA0002193131880000062
随着空气污染问题的突出，净化技术和装置的研发市场日益繁荣，与此同时，净化过程中产生的废弃HEPA滤网也显著增多。然而，废弃HEPA滤网对水环境的潜在污染威胁却较少受到关注。本实施例发现，如果未对废弃HEPA滤网采取有效的处理措施，在受到水的淋滤或浸泡作用过程中，废弃滤网会不断释放F-、Cl-、NO3 -和SO4 2-，以及Zn、Pb和As等化学物质进入水环境中，从而对水环境产生潜在的污染影响。因此，未来在关注空气净化技术发展的同时，还应该重视废弃滤网的无害化处理，从而避免对周围水环境造成污染。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、取使用和未使用过的HEPA滤网；
步骤二、将HEPA滤网浸泡在若干种水溶液中，采集样品待测；
步骤三、检测样品中的化学成分及特征，判断废弃HEPA滤网对环境的潜在污染影响。
2.如权利要求1所述的废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，其特征在于，步骤一中所述的使用过的HEPA滤网使用时间为6～8个月。
3.如权利要求1所述的废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，其特征在于，步骤二中所述的若干种水溶液包括纯水、地下水、雨水。
4.如权利要求1所述的废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，其特征在于，步骤二中样品采集时间分别为第1天、第3天、第5天、第7天、第10天、第60天。
5.如权利要求1所述的废弃HEPA滤网对水环境潜在污染影响的检测方法，其特征在于，步骤三中采用离子色谱法和电感耦合等离子体质谱法检测样品中的化学成分。
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