废弃HEPA滤网对水环境影响的实验研究

赵志成，彭三曦，单慧媚*，赵艳莲

（1.桂林理工大学 广西环境污染控制理论与技术重点实验室，广西 桂林541004；2.桂林理工大学 岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心，广西 桂林541004；3.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林541004）

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[1]。其中，PM能吸附大量有致癌物质和基因毒性诱变物质，极易通过鼻口呼吸进入人体，导致慢性病加剧、呼吸系统及心脏系统疾病恶化，改变肺功能及结构、影响生殖能力甚至改变人体的免疫结构[2-3]。当前，去除空气中颗粒物的主流方法之一是采用高效空气微粒过滤（High Efficiency Particulate Air filter，HEPA）技术[4]，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。

本文针对以上问题，以空气净化装置中常用的HEPA滤网为研究对象，利用不同水化学溶液（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HEPA滤网在不同水化学环境中释放的主要阴离子污染物及其特征，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。

1 实验与方法

将2.5 g未使用的HEPA滤网和废弃滤网分别置于若干个250 mL血清瓶，分别加入250 mL纯水、地下水和雨水溶液，反应1、3、5、7、10、60 d后采集溶液过0.45μm滤膜待测。每组设计2组平行实验。实验过程中常规阴离子含量利用离子色谱仪（ICS2100，戴安）测定。所有实验和测试均在广西区级重点实验室：环境污染控制理论与技术实验室完成。

浸泡过程中单位质量HEPA滤网对某种化学组分的释放量或吸附量Q（mg/g或μg/g）采用下式计算，

式中，C0为初始时刻溶液中某种化学成分的浓度，mg/L；Ct为浸泡t时刻溶液中某种化学成分的浓度，mg/L；V为浸泡溶液的总体积，L或mL；m为滤网的质量，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。此外，2次平行实验结果的平均值用表示。

2 结果与讨论

2.1 纯水溶液浸泡条件下阴离子的释放/吸附特征

未使用的HEPA滤网和废弃滤网在纯水溶液浸泡过程中不同阴离子的浓度变化结果如图1（a）所示，反应过程中最大平均释放/吸附量数据见表1。

图1 HEPA滤网在不同溶液浸泡下阴离子释放量随时间的变化曲线（■未使用的；●废弃的）

从图中发现：纯水溶液浸泡条件下，未使用的HEPA滤网和废弃滤网均能释放阴离子F-，Cl-，NO3-和SO42-。随着时间的增加，F-，Cl-，NO3-和SO42-的释放量均呈现先显著增加后略减少，再逐渐增加的趋势。整个反应过程中，废弃滤网比未使用的滤网释放阴离子的量更多，前者F-，Cl-，NO3-和SO42-的分别为0.031 1 mg/g，0.338 7 mg/g，1.212 0 mg/g和6.695 3 mg/g，后者分别仅为0.017 3 mg/g，0.210 1 mg/g，0.676 5 mg/g和1.558 4 mg/g，见表1。

2.2 地下水溶液浸泡条件下阴离子的释放/吸附特征

未使用的HEPA滤网和废弃滤网在地下水溶液浸泡条件下不同阴离子的浓度变化结果如图1（b）和表1所示。从中可以发现：未使用的滤网释放少量的Cl-，NO3-和SO42-，但反应初期（0～7 d）会从溶液中吸附少量的F-。废弃滤网则向溶液中一直释放F-，Cl-，NO3-和SO42-，且随着时间的增加，F-的释放量呈现出先显著增加（0～3 d）后略降低再逐渐增加（＞5 d）的趋势，Cl-和SO42-的释放量呈现先显著增加（0～5 d）后略减少至基本不变的趋势，NO3-的释放量先显著增加（0～5 d）后基本趋于稳定。整个反应过程中，废弃滤网比未使用的滤网释放阴离子的量更多，前者F-，Cl-，NO3-和SO42-的分别为0.034 8 mg/g，0.186 7 mg/g，0.853 0 mg/g和6.732 9 mg/g，后者分别仅为0.003 7 mg/g，0.119 3 mg/g，0.141 3 mg/g和0.850 1 mg/g。

2.3 雨水溶液浸泡条件下阴离子的释放/吸附特征

未使用的HEPA滤网和废弃滤网在雨水溶液浸泡条件下不同阴离子的浓度变化结果如图1（c）和表1所示。从中可以发现：雨水溶液浸泡条件下，未使用的滤网主要从溶液中吸附少量的F-，Cl-，NO3-和SO42-的（Q＜0）。废弃的滤网则主要向溶液中释放阴离子，并且随着时间的增加，F-，Cl-和SO42-的释放量呈现出先显著增加后略降低至基本不变的趋势，NO3-的释放量先显著增加后趋于稳定。废弃滤网对F-，Cl-，NO3-和SO42-的分别为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滤网对以上4种离子的最大平均吸附量分别为0.006 7 mg/g，0.087 8 mg/g，0.298 5 mg/g和0.370 0 mg/g。

表1 不同溶液浸泡过程中HEPA滤网对阴离子的最大平均释放/吸附量Q max 单位：mg/g

整体上，未使用的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SO42-为主，在雨水溶液中则以吸附阴离子为主。废弃滤网在3种不同水化学溶液中阴离子的排序均为意味着是废弃滤网对水环境产生潜在污染影响的主要成分。对于F-和SO42-的排序为：地下水＞纯水＞雨水，对于Cl-和NO3-的排序为：纯水＞地下水＞雨水，表明地下水和纯水受废弃滤网释放阴离子的污染威胁更严重。

3 结论

本文以HEPA滤网为研究对象，设计室内实验，利用不同水化学溶液（纯水、地下水和雨水）对未使用的和废弃的滤网进行浸泡，查明浸泡过程中HEPA滤网释放阴离子污染物的过程及特征，揭示其对水环境的潜在污染影响。研究发现：废弃滤网在纯水、地下水和雨水溶液中均释放F-，Cl-，NO3-和SO42-，其中释放最多的阴离子成分为且地下水和纯水更易受到废弃滤网释放阴离子的污染威胁。