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随着原油油品劣质化加剧，含油污水水质呈生物毒性大、高浓度、难降解的趋势发展[1]；加之环保排放标准日趋严苛，环境承载负荷降低，含油污水处理压力不断增加[2]。针对含油污水中的悬浮物、油分及溶解性污染物等，目前普遍采取除油脱固预处理、生物处理和深度处理相结合的组合工艺。其中，除油脱固预处理单元工艺及设施相对固定，常规采取以气浮为核心的组合技术，利用絮凝和沉降相结合的方式去除油分和悬浮物[3-4]，稳定调控生化进水中的油分和悬浮物质量浓度，但也普遍存在出水水质易受来水冲击产生波动、絮凝药剂消耗量大并产生大量的化学浮渣等危废、VOCs等臭气逸散、构筑物运行维护泥繁琐等弊端[5-7]，极易诱发“环境临避效应”。
微通道分离是一种利用颗粒介质堆积形成的微通道，高效截滤去除污染物的方法。通过对0.5~1 mm无烟煤颗粒堆积形成的微通道进行Micro-CT扫描，得到微通道平均半径为17 μm[8-9]。针对含油污水常规气浮预处理过程的潜在弊端，利用介质深层截滤实现来水中油分及悬浮物物理分离的过滤技术能充分弥补其中的不足，但同时也存在因为油分和悬浮物对介质颗粒的粘附造成过滤分离效率持续衰减等问题。有研究表明，床层介质截滤的油分和悬浮物与介质颗粒的相互作用力是由毛细力、范德华力和分子间排斥力组成的合力模型[10-11]。如果能够促进颗粒介质表面及孔道内油类污染物的快速脱附，不断更新颗粒介质表面及孔道，将显著延长截滤床层的应用周期。目前，对于颗粒介质中石油类污染物的脱附主要有3种途径：减黏洗涤脱附[12-13]；相似相溶脱附[14]；高温脱附[15]。热脱附应用范围较广，适合处理多种有机物混合污染的工况，但处理大量颗粒介质时存在能耗高、效率低等问题[16]；使用化学药剂淋洗可以显著降低油类污染物与颗粒间的表面作用力，降低污染物脱附难度，但存在产生二次污染、药剂消耗较高等问题[17]。颗粒在旋流场旋转剪切流作用下进行高速自公转耦合运动，从而产生自公转耦合离心力实现颗粒表面污染物脱附[18]。已有研究表明，颗粒在旋流器中频繁的碰撞和自公转耦合运动加强了粘附在过滤介质表面油的脱附[19-20]，实现了废催化剂的再利用[21]。因此，旋流器具有强化过滤介质再生的潜在优势。
针对实际含油污水预处理过程中消耗大量化学絮凝药剂并产生浮渣等危废，常规过滤技术无法实现颗粒介质彻底再生等技术瓶颈，本研究通过开发微通道振荡脱附单元，研究了旋流振荡再生强度和振荡再生结构对微通道分离装置过滤介质再生效率的影响，由此集成研发沸腾床分离器，考察了装置对实际含油污水的分离效率，并分析了微通道振荡再生对沸腾床分离的强化原理以及装置的分离经济性，可为含油污水低成本高效预处理提供参考。
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本研究所用含油污水来源于某石化公司污水处理厂均质调节罐出水，油及悬浮物质量浓度分布如图1所示。常规工况下，含油污水油质量浓度为30~200 mg·L−1、悬浮物质量浓度为40~230 mg·L−1；受上游装置波动或生产区异常影响，冲击工况下，来水中的油和悬浮物质量浓度接近50 000 mg·L−1。
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沸腾床分离器结构如图2所示，再生结构溢流口直径D1=450 mm，再生结构锥角α=90°，装置直径D2=1 000 mm，过滤介质装填比例H1/D2=1.2，装置高度H2=3 060 mm。沸腾床分离器在分离工况时，含油污水从装置顶部进口进入，经过过滤介质截滤后从装置底部出口流出。介质床层截滤饱和后，从装置底部出水口通入净水，将含油过滤介质和床层中截留的污染物同时冲入到装置顶部的旋流再生结构中，颗粒介质经过旋流再生结构充分脱附净化后返回设备床层，而油和悬浮物随再生水从再生出口排出。在现场实验中，沸腾床分离器与现场涡凹气浮+溶气气浮并联处理均质调节罐出水，如图3所示，以对比不同工艺的效率及经济性。
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分别考察沸腾床分离器的再生强度和再生结构对再生效果的影响。实验内容及相关参数设置如表3所示。首先，保持再生时间为15 min[22]，再生结构为轴向结构时，分别设置再生强度为3.5、4.2、5.0 L·(s·m2)−1，考察装置再生出水和再生后过滤出水的油和悬浮物质量浓度的变化，优选装置再生强度；然后保持相同的再生强度和再生时间，考察轴向再生结构和切向再生结构的再生出水水质差异，从而优选装置再生结构。
通过连续实验考察微通道振荡再生对沸腾床分离器连续处理实际废水的效果及稳定性。针对油质量浓度为25~200 mg·L−1的来水，沸腾床分离器连续运行8个月，测量装置出水油质量浓度和悬浮物质量浓度；连续实验过程中还存在油质量浓度接近50 000 mg·L−1的波动来水，以考察装置的抗冲击能力。
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本实验分别采用重量法[23]和红外分光光度法[24]测量处理前后含油污水中的悬浮物质量浓度和油质量浓度。为避免采样后污油挂壁对后续测试分析造成影响，采用100 mL采样瓶采样，将四氯乙烯倒入采样瓶中充分萃取后测量。
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1)床层介质再生强度。为考察再生强度对再生效果以及再生后装置分离效果的影响，分别设置沸腾床分离器再生强度为3.5、4.2、5.0 L·(s·m2)−1，结果如图4所示。经过15 min再生，再生出水的油和悬浮物浓度均达到稳定，因此，实验选取再生时间为15 min。在3种再生强度下，装置再生出水油质量浓度分别从10 722、4 432、4 216 mg·L−1降至17.0、18.0、8.2 mg·L−1，而再生出水悬浮物质量浓度分别从3 388、5 240、6 768 mg·L−1降至67.7、52.5、62.68 mg·L−1；再生后装置分离出水的平均油质量浓度为28.2、8.3、10.6 mg·L−1，悬浮物平均质量浓度为41.2、37.6、22.6 mg·L−1。结果表明，当再生强度为5.0 L·(s·m2)−1、再生水压力为0.4 MPa、再生时间为15 min时，装置再生后投用，连续分离运行72 h，沸腾床分离器出水平均油质量浓度和悬浮物质量浓度分别小于20 mg·L−1和30 mg·L−1，满足后续生化单元进水油质量浓度低于20 mg·L−1的技术指标[25]。由此可见，装置再生强度的增大提高了再生水流的剪切作用力和颗粒间的摩擦力，实现了粘附在颗粒表面的污染物快速脱落，从而维持床层稳定的分离性能。
2)床层介质再生结构。实验设置两种介质振荡再生的旋流器以考察其介质脱附效果的差异。如图5所示，当再生强度为5.0 L·(s·m2)−1、再生时间为15 min时，采用轴向旋流再生结构的沸腾床分离器再生15 min后的瞬时再生出水油质量浓度为8.2 mg·L−1，悬浮物质量浓度为62.7 mg·L−1；采用切向旋流再生结构的沸腾床分离器再生15 min后的瞬时再生出水油质量浓度为34.9 mg·L−1，悬浮物质量浓度为81.8 mg·L−1。在相同再生工况条件下，轴向结构相比于切向结构的再生出水油质量浓度和悬浮物质量浓度分别降低了76.5%和23.3%。这是由于相较于切向再生结构，轴向再生结构增大了进口截面积，在相同再生时间条件下再生更多的颗粒介质，介质再生效果得到提升，再生出水油和悬浮物随之降低。
再生结束后，当过滤速度为13 m·h−1、过滤时长为72 h时，轴向再生结构装置进水平均油质量浓度为28.4 mg·L−1、平均悬浮物质量浓度为55.5 mg·L−1，出水平均油质量浓度为7.6 mg·L−1、平均悬浮物质量浓度为20.8 mg·L−1；而切向结构装置进水平均油质量浓度为34.1 mg·L−1、平均悬浮物质量浓度为44.0 mg·L−1，出水平均油质量浓度为12.8 mg·L−1、平均悬浮物质量浓度为17.4 mg·L−1。在相同操作条件下，轴向结构再生后装置分离出水平均油质量浓度相较于切向再生结构降低了40.6%。这是由于在相同的再生时间内，轴向再生结构能够再生更多的颗粒介质，再生后能够截滤更多的油分，使装置分离出水含油量降低。轴向再生结构装置的再生效果以及再生后装置的分离效果均较优，因此，轴向再生结构为沸腾床分离器的优选结构。
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通过耦合旋流振荡再生单元，微通道分离过程的分离效率稳定性和设备寿命相应受到影响。经过连续8个月的实验验证，如图6所示，针对油质量浓度在30~200 mg·L−1、悬浮物质量浓度为25~200 mg·L−1的常规工况来水，采用再生强度为5.0 L·(s·m2)−1、再生时间为15 min的轴向结构周期性再生沸腾床分离器，出水平均油质量浓度降至为11.4 mg·L−1、平均悬浮物质量浓度为23.5 mg·L−1；其中，95%出水油质量浓度<20 mg·L−1，88%出水悬浮物质量浓度<30 mg·L−1。特定条件下，针对油质量浓度和悬浮物质量浓度在50 000 mg·L−1以内波动时，沸腾床分离器的出水平均油质量浓度降至15.9 mg·L−1、平均悬浮物质量浓度降至29.8 mg·L−1，出水水质持续维持稳定。结果表明，采用旋流振荡再生强化沸腾床分离能够有效实现颗粒介质表面污染物脱附，保障沸腾床分离器长周期稳定运行，且在冲击工况下快速再生过滤介质，恢复装置油水分离性能，使其具有良好的抗冲击能力。
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有研究表明[26]，旋流场中的颗粒不仅绕旋流中心做公转运动，同时在非匀速流体作用下产生非零转矩并引起颗粒做绕自身球心旋转的自转运动。因此，颗粒介质在旋流场中产生自转和公转的耦合运动，粘附在颗粒介质表界面上的污染物则受到由颗粒自公转耦合运动所产生的离心力作用[27]，其大小如式(1)所示。
式中：
Fr 为自公转耦合离心力，N；Fz 为自转离心力，N；Fa 为公转离心力，N；t 为自转时长，s；r1 为孔道直径，m；l1 为孔道深度，m；ρ1 为孔隙中污染物的密度，kg·m−3；ωz 为颗粒自转角速度，rad·s−1；rp 为颗粒半径，m；ωa 为颗粒公转角速度，rad·s−1；Ra 为颗粒公转轨道半径，m。颗粒自转速度
ωz 与公转速度ωa 的大小由微流控和高速成像技术进行检测，ωz 大小在1 000 rad·s−1以上[18]，Fz 方向均从颗粒中心向外，Fa 方向均从旋流中心指向壁面。由此，颗粒公转产生的将颗粒内部污染物脱离出孔道的离心力，在颗粒的高速自转运动作用下得到加强，且当颗粒自转时，颗粒上的每一处位置受到方向呈周期性变化的振荡离心力作用，其振荡周期如式(2)所示。随着颗粒的高速旋转，颗粒内污染物在振荡离心力的作用下，有可能克服颗粒表界面粘附力和孔道毛细作用力[28]，使颗粒介质表界面污染物脱附，实现颗粒介质彻底再生。本文中含油颗粒再生时进入双切向与轴向再生结构中，流体在切向进口与导叶片的作用下产生旋转流场，使含油颗粒产生自公转耦合运动，从而使颗粒表面及孔道内的油类污染物受到振荡离心力的作用，实现含油颗粒的彻底再生。与传统颗粒介质再生技术[29]相比，微通道振荡再生技术通过引入旋流场的作用，一方面增强了颗粒表面应力作用，实现表面污染物的分离；另一方面，颗粒自公转耦合产生的振荡离心力，实现了颗粒孔隙中污染物的脱附。式中：T为振荡周期，s；
ωz 为颗粒自转角速度，rad·s−1。沸腾床分离器再生过程如图7所示。当截滤在沸腾床分离器中的油类污染物上升到一定量时，设备压降将达到设定值，需要对滤料介质进行再生，再生过程包括颗粒沸腾流化过程和振荡再生过程。通过将洁净水或原水从滤床底部通入设备中，使床层颗粒介质完全流化。流态化的含油颗粒介质相互碰撞和摩擦，释放出大部分截留的油类污染物。然后，含油颗粒介质和截留的油类污染物同时进入至设备顶部旋流再生结构中，在旋转湍流场作用下，含油滤料颗粒产生自公转耦合运动，进而诱导产生振荡离心力，强化颗粒表面及孔道内油类污染物脱附；颗粒介质颗粒经旋流器再生后，从旋流器底流中排出，再次形成微通道床层；而颗粒尺寸较小，密度较低的油类污染物及悬浮物随流体从旋流再生结构的液相出口排出。由此，以旋流振荡再生为核心的再生方式实现了微通道分离的长周期稳定运行，且与常规涡凹气浮和溶气气浮的组合预处理工艺相比，取消了化学药剂的消耗，具有良好的环保经济效益。
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以200 m3·h−1含油污水预处理为例，对比分析沸腾床分离工艺与涡凹气浮+溶气气浮组合工艺的经济性差别，如表1所示。涡凹气浮和溶气气浮组合工艺装置总功率为37 kWh，其中包括两级气浮装置进水泵、曝气机、DAF回流泵、PAC药剂泵和PAM药剂泵的能耗，工业用电价格按0.8元·kWh−1计算，年装置能耗约为2.4×105元；每年在气浮处理过程中需添加PAC和PAM约为168 t和5 t，PAC和PAM单价按2 000 元·t−1和16 000 元·t−1计[30]，年药剂成本约为4.2×105 元；处理过程中产生浮渣约为5 000 t(含水率98%)，经脱水处理至含水率降至40%后外送处理，处理单价按3 000 元·t−1计[31]，每年浮渣处理成本约为5.1×105 元。沸腾床分离工艺装置总功率为20 kW，其中包括沸腾床分离器进水泵能耗，年装置能耗约为1.3×105元；沸腾床分离器处理过程中，不使用化学絮凝药剂且不产生浮渣，因此，无药剂及危废处理消耗。
综上，相较于每年耗费约1.17×106元的涡凹气浮和溶气气浮的组合工艺，沸腾床分离工艺预期每年约节省1.04×106元的装置能耗、化学药剂及危废处理等成本。
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1)沸腾床分离器再生强度为5.0 L·(s·m2)−1、再生时间为15 min、再生结构为轴向结构时，达到最佳处理效果。
2)通过集成旋流振荡以充分再生沸腾床分离器床层介质，确保沸腾床分离器长周期维持稳定、高效分离运行，其出水平均油分和悬浮物质量浓度分别降至11.4 mg·L−1和23.5 mg·L−1，基本满足后续生化单元进水要求；来水水质波动条件下沸腾床分离器出水也持续维持稳定。
3)基于微通道振荡分离的含油污水预处理工艺，避免了化学药剂的消耗，有效降低了浮渣产量。相对于处理量为200 m3·h−1的涡凹气浮和溶气气浮组合工艺，沸腾床分离工艺预期每年约节省1.04×106万元装置能耗、药剂消耗及危废处理等相关费用，具有显著的经济环保意义。
旋流诱导介质振荡再生增强含油污水微通道分离
Hydrocyclone-induced oscillation regeneration of filter medium for enhanced microchannel separation of oily wastewater
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摘要: 受微通道分离介质再生后截滤残留污染物影响，常规微通道分离效率持续衰减，成为抑制微通道分离广泛高效应用的关键瓶颈。通过开发旋流振荡再生单元，研究了旋流振荡再生强度和振荡再生结构对微通道分离装置过滤介质再生效率的影响，由此集成研发沸腾床分离器，考察了装置对实际含油污水的分离效率，并分析了微通道振荡再生对沸腾床分离的强化原理以及装置的分离经济性。结果表明，当再生强度为5.0 L·(s·m2)−1时、再生15 min后采用轴向振荡再生结构，沸腾床分离器达到最佳再生工况。在最佳再生工况下开展10 m3·h−1实际含油污水连续处理实验，针对油质量浓度为30~200 mg·L−1、悬浮物质量浓度为25~200 mg·L−1的来水，装置出水平均油分和悬浮物质量浓度分别降至11.4 mg·L−1和23.5 mg·L−1，并可在来水最高油质量浓度和悬浮物质量浓度接近50 000 mg·L−1的冲击工况下，确保出水平均油分和悬浮物质量浓度降至15.9 mg·L−1和29.8 mg·L−1。利用沸腾床分离器再生结构中旋流诱导的过滤介质表界面污染物振荡运动，分离过程中截滤残留的油分和悬浮物等污染物被及时脱附，实现颗粒介质表界面彻底更新，确保装置长周期稳定运行。以200 m3·h−1规模实际含油污水处理为例，沸腾床分离工艺相对涡凹气浮和溶气气浮的组合工艺，可完全取消化学絮凝药剂消耗且不产生化学浮渣，且具有显著的经济环保效益。Abstract: Affected by the residual pollutants filtered after the regeneration of the microchannel separation medium, the separation efficiency of conventional microchannels separator continues to decline, which has become a key bottleneck inhibiting the widespread and efficient application of microchannel separator. A hydrocyclone oscillation regeneration unit was developed. The influence of the hydrocyclone oscillation regeneration intensity and the oscillating regeneration structure on the regeneration efficiency of the filter medium of the microchannel separation device was studied, and the ebullated bed separator was integrated and developed to investigate the separation efficiency of the device for actual oily wastewater, and to analyze the enhancement principle of the microchannel oscillation regeneration for the ebullated bed separation and the separation economy of the device. The results showed that when the regeneration intensity was 5.0 L·(s·m2)−1, the regeneration time was 15 min and the axial oscillating regeneration structure was adopted, the optimal regeneration conditions occurred for the ebullated bed separator. The continuous treatment experiment of 10 m3·h−1 actual oily wastewater was carried out under the optimal regeneration conditions. For the influent water with an oil content of 30~200 mg·L-1 and a suspended solids content of 25~200 mg·L−1, the average oil content and the suspended solids content in the effluent of the device decreased to 11.4 mg·L−1 and 23.5 mg·L−1, respectively. When the maximum oil and suspended solids contents in the influent were close to 50 000 mg·L−1, it can also ensure that the average oil and suspended solids content in the effluent could decrease to 15.9 mg·L−1 and 29.8 mg·L−1, respectively. Using the oscillating motion of the pollutants on the surface of the filter medium induced by the hydrocyclone in the regeneration structure of the ebullated bed separator, the pollutants such as oil and suspended solids remained in the filtration during the separation process could be removed in time, and the surface and interface of the particle medium could be completely regenerated to ensure a long-term stable operation of the device. Taking the actual oily sewage treatment at a scale of 200 m3·h−1 as an example, the ebullated bed separation process can abolish the consumption of chemical flocculation agents completely and does not produce scum, compared with the cavitation air flotation and dissolved air flotation, and has significant environmental benefits.
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孟加拉位于亚洲三大经济体中国、印度、东盟交汇处，是中印孟缅经济走廊的重要参与方。随着2013年中缅油气管道开通，孟加拉湾交通线安全对我国能源安全具有重要战略意义，因此，建立与孟加拉新型伙伴关系是我国周边外交的重要内容之一[1]。2016年，习近平总书记访问孟加拉期间，两国签署了《关于建立战略合作伙伴关系的联合声明》，提出“在南南合作框架内加强双、多边合作，为各自推动落实2030年可持续发展议程做出努力”。在“一带一路”倡议下，解决孟加拉重大民生关切、推动绿色“一带一路”建设，对于加强与孟加拉战略合作伙伴关系建设具有重要意义。
1. 孟加拉饮用水砷污染概况
饮用水安全是重要民生问题。长期以来，孟加拉主要以地表水为饮用水源。由于社会经济发展和人口城镇化聚集，地表水逐渐被污染。相对于地表水，地下水可以提供可靠的水量、稳定的水质。孟加拉政府自20世纪70年代起，在国际组织援助下打了数百万口单户地下水井，使大部分人口饮用水源改为地下水，大幅降低了水致疾病的发生。然而，孟加拉的地下水中存在大范围、高浓度的砷污染，这无疑打开了“潘多拉的魔盒”。20世纪90年代末，使用这些管井的居民逐渐表现出砷中毒症状。自1993年首次在饮用水中检出砷以来，全国64个县中的62个县发现砷污染案例，481个乡中的271个乡存在严重砷污染。2000年，世界卫生组织(World Health Organization，WHO)发布的报告指出，孟加拉约有4×107人饮用水砷超标，约2×106人表现出砷中毒症状，近3×105人可能因此患癌症而死亡。饮用水质调查研究发现，孟加拉高砷暴露人口达4.5×107人，每18例成人死亡中的1例为饮用水砷暴露造成[2]。孟加拉农村地区饮用水和灌溉水源97%为地下水，英国地质调查局(British Geological Survey, BGS)和孟加拉公共健康工程局(Department of Public Health and Engineering，DPHE)调查显示，地下水中除砷污染以外，还含有较高浓度的铀、锰、硼、硫化物、氟化物、钼、钡及磷酸盐等污染物[3]。在使用了数十年含砷地下水之后，孟加拉成为世界上饮用水砷污染最严重的国家之一，而饮用水砷污染也被认为是该国“最大的自然灾难”。
2. 孟加拉地下水砷污染来源与形成机制
天然水环境中的砷主要来源于自然界的砷循环转化及人类活动造成的砷污染。其中，前者主要由于局部砷地球化学行为异常而导致固相中的砷通过风化(weathering)、还原溶解(reductive dissolution)[4]、脱附(desorption)[5-6]等作用机制释放至地下水。高砷含水层往往伴随着还原性环境、氧化-还原环境交替、硫化物矿化等水文地质特征[7]，固相中的砷释放至水相通常伴随着体系pH升高[8-9]或氧化还原电位的降低[7]。人类活动引起的砷污染，主要来源于工农业生产过程中直接或间接引入的砷污染源。孟加拉区域性地下水砷污染均为天然过程，而非人为污染造成的。
在孟加拉，砷黄铁矿是砷污染的最主要来源。2000年，BGS的研究显示，孟加拉砷来源于硫化物或金属氧化物的矿层，硫、砷、铁矿被氧化后，释放出溶解性砷和硫酸盐，硫酸盐排放入海，而砷(As(V))则被铁氧化物吸附。这些氧化物是胶体尺度，将在恒河三角洲下游沉积聚集[3]。因此，孟加拉的砷污染问题是含水层沉积物含砷、沉积物中砷释放至地下水、天然地下水循环中砷迁移等综合作用的结果，其中受污染影响最严重的是孟加拉国4个洪泛区漫滩下层的冲积扇。
3. 孟加拉人群砷暴露途径
当人们以受砷污染的水作为农业灌溉水或饮用水水源时，砷元素就有可能通过食物链直接或间接进入人体，进而对健康产生潜在的危害，最终发生急慢性砷中毒现象。毒理学及流行病学的研究表明，长期饮用含砷水会引发神经衰弱、腹泻、呕吐、肝痛等症状，并有可能导致皮肤癌、肺癌、膀胱癌等癌症发病率升高[10-11]。
饮用水是孟加拉人群砷暴露的最主要途径。20世纪90年代初期，孟加拉人口为1.25×108人，大约有8×106个水井或供水点，其中约1×106个为政府的供水点；1996—1997年，第一次进行大规模调查，测试了4.5×104个供水点；以0.05 mg·L−1标准计，砷超标率约为28%。2001年，DPHE和BGS联合开展砷污染调查，测试水井中砷超标率为27%。孟加拉行政建制的农村基层政权机构乌帕齐拉(U Paci La)，辖地约300 km2，有300个左右自然村，人口约2.5×105人。在对272个乌帕齐拉大约4.5×106口水井进行调查后发现，这些水井中砷超标率约为29%；全国调查显示，水井的砷超标率约23%。据统计，孟加拉全国有2.5×109人存在砷中毒风险，且对17 896人的筛查表明，3 695人表现出砷中毒症状，比例高达20.6%。
食物(主食、蔬菜、水果等)等也是孟加拉人群砷污染的重要传播途径。孟加拉水资源总体相对丰富，但在旱季缺水期间，不少地区采用地下水进行农田灌溉。调查显示，岩石中砷含量一般为0.5~2.5 mg·kg−1，土壤中砷含量一般为10~2 470 mg·kg−1。采用含砷地下水灌溉的地区，土壤砷含量可高达83 mg·kg−1，而未被污染的农业表层土中砷浓度平均值为4.64 mg·kg−1[12]。孟加拉国民以大米等为主食，在以含砷地下水为农业灌溉用水时，稻田土壤也被砷污染，导致大米中砷含量升高，从而使得人群砷暴露。调查显示，孟加拉各种主食、蔬菜、水果、海产品等均可能存在不同程度的砷污染，这增大了人群砷暴露风险。如稻米谷粒和豆类中砷质量分数分别为110~200 μg·kg−1，菠菜和洋葱中砷质量分数分别为200~1 500 和50~200 μg·kg−1，土豆和苹果中砷质量分数分别为30~200 μg·kg−1和50~200 μg·kg−1[13]。
4. 孟加拉政府在饮用水砷污染控制方面的努力
1998年，孟加拉府颁布了国家安全饮用水和卫生政策。之后，还制定了多项相关计划和方案。2004年，孟加拉政府制定了《孟加拉砷污染控制政策和行动方案》(National Policy for Arsenic Mitigation & Implementation Plan for Arsenic Mitigation in Bangladesh)；2005年，批准了地方政府与城乡发展部(Ministry of Local Government and Rural Development，LGRD)的部门行动计划(Sector Development Plan, SDP 2005-2015)，并于2011年进一步颁布了修订后的行动计划SDP 2011-2025。
根据这些方案，孟加拉政府提出并实施了具体砷污染控制策略：提高公众对砷污染及其危害的认识；采用现场测试试剂盒测定管井水中砷浓度，开展含砷井水普查；采用红色、绿色对有砷或无砷的井水进行标识；对于高砷水井，倡导更换水源或改用其他低砷水井；提供替代的供水方案；砷中毒患者识别与管理等。
孟加拉政府还积极组织实施了砷污染控制的重大项目，如孟加拉供水项目(Bangladesh Water Supply Program Project, BWSPP)、孟加拉农村地区环境卫生与供水工程、国家农村供水项目、孟加拉环境技术认证-除砷技术(Bangladesh Environmental Technology Verification - Support to Arsenic Mitigation, BETV-SAM)等。过去20多年来，DPHE在全国共安装、提供或分派了大约44.2×104个供水井，其中15.5×104个安装于砷污染地区；实施了300个村级的集中式供水工程，孟加拉政府先后认证许可了6种除砷技术，且安装1.4×104个单户和290个社区除砷过滤器。DPHE后续将在政府相关规划和行动计划支持下，在2.5×105个供水点提供无砷水过滤器。孟加拉大约有3.5×107人受砷污染影响人口，过去25年政府覆盖解决了大约1.6×107人的饮用水安全问题。
此外，孟加拉政府还与国际组织合作开展多个饮用水砷污染控制项目，主要包括SHEWA-B项目和DART项目[13]。1)SHEWA-B项目由英国国际发展部(UK Department for International Development)推动实施，目的在于提高公众对卫生、安全饮用水认识，并有效控制砷污染。该项目目标是建设2.1×104个新型无砷安全饮用水的供水点，其中安全饮用水源包括深层管井、挖掘井、塘或河水过滤器、雨水池和除砷系统等。项目实施超过5年，覆盖31个区超过1 000个聚居点。2)DART项目由加拿大国际发展局(Canadian International Development Agency, CIDA)资助，在26个砷污染严重且缺乏替代水源的地区实施。截至2008年，该项目共安装近2×104个单户型和50个社区型除砷过滤器，受益人口超过1×105人。
20多年来，孟加拉政府及国际社会对孟加拉砷污染治理开展了大量工作，但从根本上控制砷污染仍任重而道远。2015年，孟加拉颁布“安全无砷饮用水规划”，提出在今后15年逐步解决全国饮用水砷污染问题，预计总投资达2.1×1010美元。然而，尽管全世界针对饮用水除砷技术做了大量的研究，但仍缺乏经济、操作方便、适用于发展中国家的可行技术[14]。因此，实现“安全无砷饮用水规划”目标对于孟加拉而言，无疑具有重大挑战。
5. 中国科研团队推进孟加拉饮用水除砷扶贫援外
中国科学院生态环境研究中心在饮用水除砷领域开展了近20年研究、技术开发与工程应用的系统性工作，开发了基于铁锰复合氧化物的非均相氧化-吸附一步法除砷原理、关键技术和核心装备[15-18]，形成了针对村镇、城市等不同规模的饮用水除砷工艺原理和系统化方案，完成数十个农村、城镇和城市饮用水除砷工程建设或水厂强化除砷改造工程，相关技术成果被纳入水利部《村镇供水工程设计规范》、住建部《城镇供水设施建设与改造技术指南》、科技部《水污染治理先进技术汇编》。围绕孟加拉饮用水砷污染重要需求和重大难题，中国科学院-发展中国家科学院水与环境卓越中心(简称水与环境卓越中心)依托中国科学院生态环境研究中心在饮用水除砷领域的成果积累，积极推进在孟加拉的饮用水除砷扶贫工作。水与环境卓越中心多次组织专家团队前往孟加拉与LGRD、DPHE、孟加拉科学和工业研究委员会(Bangladesh Council of Scientific and Industrial Research, BCSIR)、孟加拉工程技术大学(Bangladesh University of Engineering and Technology, BUET)等交流合作，并积极推进孟加拉饮用水除砷援外项目(第一期)。该项目拟采用中国政府援外资金，建设一座处理规模为2×104 t·d−1的除砷水厂。目前，该项目已完成前期采样实验、技术可行性评估和立项建议与批复等工作，并已报送中国驻孟加拉大使馆。
2018年，DPHE派团访问水与环境卓越中心，总结过去20多年孟加拉在控制砷污染方面的经验、成效与不足，提出在后续工作中希望中国科学院重点协助的几方面工作：1)技术转移，引进经济高效、操作方便、运行稳定的除砷技术和设备；2)系统提出涵盖地下水、地表水、雨水等水源的农村供水可行解决方案；3)提出针对农村、城市砷污染地区可持续性的综合解决方案；4)拓展资金来源，解决城市和农村除砷供水系统的投资缺口；5)提高公众认知，开展骨干人员培训；6)研究和评估地下水资源，在保证水质安全的前提下挖掘地下水潜力。
此外，水与环境卓越中心积极推进两国科技文化交流，在中国科学院白春礼院长见证下，与BUET签订双方合作框架协议，推进包括饮用水除砷合作、建设联合实验室等的全方位合作。BUET大学校长ISLAM Saiful教授受聘担任“一带一路”国际科学组织联盟(Alliance of International Science Organization, ANSO)理事会理事。水与环境卓越中心与BUET联合申请ANSO项目，在孟加拉开展村镇饮用水除砷技术示范。目前，双方的合作已逐渐形成了以解决重大民生问题为导向、以科技文化交流合作为基础、以具有自主知识产权核心技术和装备输出为着力点的“一带一路”科技合作模式。
6. 孟加拉砷污染控制策略与方向
近20年，孟加拉政治稳定，政府积极推进并加快市场化与自由化改革，经济得到高速发展。2005年至今，国内生产总值(GDP)增长率始终保持在6%以上。2018年，联合国发展政策委员会宣布，孟加拉国可从“最不发达国家”进入到发展中国家行列。经济的快速发展为孟加拉解决包括饮用水砷污染在内的重大民生问题提供了坚实的基础。
以饮用水砷污染及其健康风险控制为目标，制定科学、合理、有效的砷污染控制策略，对于孟加拉在全国范围内解决饮用水安全等民生问题具有重要意义。制定科学合理的砷中毒防治策略，应全面调查含砷水井和饮用水砷暴露人群，综合考虑饮用水、食物等暴露途径，科学评估砷暴露剂量和健康风险，并采用宣教、预防、控制、治疗等不同手段，有效降低人群砷暴露水平、控制砷中毒风险。在饮用水砷污染控制方面，孟加拉应全面加强含砷水井筛查、标识和高砷水井禁用，综合考虑砷以及共存有毒元素控制，适时提高饮用水砷污染物控制标准，积极引进和开发适合发展中国家的经济高效、可行稳定适用技术和成套装备，合理推进单户分散式向社区集中式、城乡一体式等饮用水除砷供水模式发展，因地制宜规划利用地下水、雨水和地表水等水资源，分区域统筹保障农村、城市饮用水安全和砷污染控制的实施，积极构建技术、装备、运营、监管、绩效评估等协同的饮用水砷污染控制技术体系与运营模式。
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图 1 含油污水中油和悬浮物质量浓度分布
Figure 1. Distribution of oil and suspended solids in oily wastewater
图 4 装置再生强度优化及分离效果恢复性能分析
Figure 4. Device regeneration intensity optimization and separation effect recovery performance analysis
表 1 含油污水预处理工艺经济性分析
Table 1. Economic analysis of oily wastewater pretreatment process
指标 以200 m3·h−1规模计 涡凹气浮+溶气气浮 沸腾床分离器 备注 经济性指标 药剂消耗成本 PAC 168 t·a−1+PAM 5 t·a−1 0 4.2×105元·a−1 气浮浮渣产量 5 000 t·a−1 0 5 000 t·a−1 动力设备电耗 2.4×105 元·a−1 1.3×105 元·a−1 1.1×105 元·a−1 环保效益指标 出水指标 含油量<30 mg·L−1；含固量<50 mg·L−1 含油量<20 mg·L−1含固量<40 mg·L−1 — 外委危废处置 170 t·a−1（含水率40%） 0 5.1×105 元·a−1 VOCs逸散 略微 0 — 运维指标 人为操作 间歇性 全自动 — 
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