编者按:
砷,俗称砒,是一种非金属元素,在化学元素周期表中位于33。它天然存在于地壳中,但如果溶入地下水,与人体长期接触将导致严重的健康风险,包括对皮肤、肺、膀胱和肾脏等的损害,甚至诱发癌症。
高砷地下水在全球70多个国家均有分布,尤其是在孟加拉、印度、柬埔寨、越南,砷的分布范围更广。近来年,由饮用高砷地下水引发的地方性砷中毒已成为一个全球性环境地质问题。据了解,目前世界范围内约有1.37亿人饮用砷含量超过10μg/L的地下水。在孟加拉国,这个数字达到了5000万!在中国,地下水砷超标同样不容忽视!《科学》杂志曾指出,中国有1958万人生活在地下水砷超标的高风险地区。
为此,《城市化》杂志特约河海大学水文水资源学院副教授庾从蓉就高砷地下水问题撰文,希望引起更多人对这个长久以来被严重忽视的环境问题的重视。
孟加拉国是一个人口密集的国家,约1.28亿人居住在面积相对较小的区域——147570km2,人口密度867人/km2。孟加拉国的年人口增长率为1.8%,洪水和干旱等自然灾害频繁发生。20世纪70年代以前,孟加拉国农村地区大部分饮用水取自易受粪便污染的地表水源,从而导致诸如腹泻、痢疾、伤寒、霍乱和肝炎等疾病。相对来说,地下水没有致病微生物,而且在孟加拉盆地地下蓄水层埋藏不深,因此当前孟加拉国农村地区生活用水主要取自地下水。
据估计,目前孟加拉国97%的乡村饮用水供应和农田灌溉都来源于地下水。但是地下水的高砷问题已被确定为盂加拉国地下水资源所面临的最大威胁。世界卫生组织制定的饮用水砷的指导值为l0g/L,而孟家加拉国国家饮用水标准是世界卫生组织饮用水指导值的5倍即50g/L。根据2009年孟加拉国全国饮用水水质调查的数据,大约有两千万人饮用水砷浓度超过50g/L。如果按世界卫生卫组织推荐的10g/L的指导值计算,则这一数据超过四千五百万。根据最新的砷暴露数据,可估算砷暴露浓度大于50g/L可造成每年2.4万成人死亡。全国平均而言,18个死亡的成年人中就有一个与砷相关。
1、孟加拉国地下水中砷的来源
砷元素在自然环境中是普遍存在的(以固相或液相存在),具有金属和非金属特性。砷通常存在于岩石、土壤、水、空气和生物组织中。在孟加拉国,砷元素自然存在于土壤和地下沉积物中,目前砷(高浓度)被假定为存在于表层覆有氢氧化铁的冲积物中。那砷是如何从土壤进入水中的?
很多人认为砷元素是在地下30—50米的深度进入水中的,这个深度也是水泵从地下抽水的深度。麻省理工学院教授Charles Harvey的论文证明了微生物代谢有机碳触发了土壤及沉积物中的砷溶入水中,农作物灌溉系统扮演了关键性的角色。2005年,《美国科学学院学报》上的一篇论文的研究结果表明,洪水把砷污染从沉积物中释放了出来。美国斯坦福大学Scott Fendorf领导的研究组的测量表明,释放出的矿物并不存在于地下30—50米的深度,他们认为,砷污染主要存在于地下5米之上的深度。在这个深度中,被污染的水向下深入土壤和岩石,然后作为饮用水从水井中抽出。孟加拉国饮用水中砷元素的来源还在争论中,因此对孟加拉国水循环进行基础研究之后,才能确定地下水砷含量高的原因。
2、地下水管井通过高砷地带
20世纪70年代,国际救援及发展组织与孟加拉国政府曾共同努力开凿管井以改善居民饮用水源,为孟加拉国提供了1000余万口手泵井,这项救助措施虽使得孟加拉国国内霍乱等传染病爆发率逐渐下降,也使孟加拉国婴儿和五岁以下儿童的死亡率降低,但与此同时也带来了更严重的与砷有关的癌症以及砷中毒问题。
1、用简单、有效的野外测试包鉴定砷含量超标的水井
彼此临近的水井中的水所含的砷浓度可能极其不同,因为这些水井可能钻入有着不同砷含量的不同深度蓄水层。考虑到高砷井数量巨大,所以用低成本简单的野外测试包的鉴定方法给井水进行监测,然后给水井标上色标以便将适于采集饮用水的井与只适用于其他用途的井区分开来,非常有效。
2、使用无污染或污染较少的水井
有了科学的监测方法之后,就可以区分无污染与有污染的水井,尽量使用无污染或污染较少的水井。
在某些情况中,不可能只凭一种技术来向社区提供可持续的、能负担得起的安全水供应。如果不能获得全年都安全的水源,那么或许必须采取短期解决办法,在雨季期间使用一种水源(例如,地下水或雨水),而在旱季期间使用另一种水源(例如,去除砷污染后的水或经过家庭消毒剂处理的池塘水)。
3、去除饮用水中砷的方法
直接对饮用水进行过滤和吸附处理,包括:
(1)利用商业生产的能去除水中某些化合物的合成树脂进行离子交换,这些树脂能去除砷酸盐但不能去除亚砷酸盐;
(2)用可从商业渠道获得的粗粒活性氧化铝进行过滤;
(3)可以用沙进行过滤。如果富含砷的水还含有高浓度溶解铁,在通过过滤去除铁的时候也将去除大部分砷。该方法由于成本高,在现实中并没有起到真正的作用。
我的家乡在云南个旧,这座城市素有“锡都”之称。这里因盛产大锡而闻名中外,已有数千年的开采、冶炼历史,但也因为矿产开采和冶炼的过度,这里的环境污染已经到了不得不治的程度——在开采和冶炼的过程中,大部分企业没有足够的环境保护意识,或者不愿意为环境保护花费资金,随意堆放废物、排放废水,致使污染物质随雨水和废水进入河水和地下水中,使水源受到不同程度的污染。天长日久,重金属污染危害显现:这里成为了一个癌症高发地区,几乎所有的癌症类型在这里都有。
个旧附近的部分乡镇,曾经是“鱼米之乡”,盛产水稻、甘蔗、石榴、青笋等农作物,但由于经济和社会发展的需求,对锡、铅、铜等矿石开采、选矿、冶炼的企业逐渐增多,使这些农作物受到污染,产量减少,最后不再栽种,这些都是矿物开采、选矿、冶炼导致环境污染的例子。
在各种类别的地下水污染中,砷污染是最难治理的污染之一。中国在20世纪80年代也曾有过一个时期,随意向水中排放放射性矿物。这种情况虽然现在已经得到了有效控制,但是污染遗留问题依然严峻。几年前,曾有民间组织沿湘江调查,看湘江水中砷的含量;如今,我国内蒙地区仍然是砷污染情况较为严重的地区。
防治环境污染,向社会各方做好观念普及十分重要。孟加拉国地下水含砷问题格外突出,目前数千万居民的身体健康受到砷污染的威胁。20世纪70年代以来,为了解决生活用水问题,孟加拉政府在国际援助机构帮助下在全国各地打了数百万口深层管井,但是由于当时没有检测地下水矿物元素中砷的含量,而刚好孟加拉岩层的高砷带从井水抽取带上通过,当地人饮用地下水后,皮肤溃烂、骨头变形等症状增多。之后人们才找到症因,又花费了很多时间、金钱,人力和物力补救。但目前还有很多居民在饮用高砷水,他们在观念上认为那是无害的——污染观念的局限性导致了污染治理的周折。
现在,虽然环境污染修复技术已经有了很大提升,但是很多时候只靠科学技术无法从根本上解决环境问题。环境污染的治理还应当与经济社会相结合。甘肃省张掖市高台县骆驼城就是一个很好的例子。骆驼城灌区气候干旱,降水量少、蒸发量大,地下水资源允许开采量较小,地表水供给量受到黑河分水方案限制。水资源条件与农业经济结构布局不相适应,水资源供需矛盾突出。由于骆驼城乡距离地表水较远,输水费用又太高,各个机构难以分配利益,所以都不太愿意往这个地区输水,造成地表水供给不足。结果只能靠大量提取地下水进行灌溉,致使地下水位急速下降,造成地面沉降、水质变坏等环境问题。若仅从技术的角度考虑,制止地下水水位的下降,应思考如何实现总水量的优化配置。但是该怎样实现地下水、地表水的优化配置?中间就是各个利益团体之间的平衡。所以技术人员做模型时,除了考虑物理因素——怎样最优化分配水量、污染物怎样迁移等——之外,还要把经济、社会因素考虑在内,做好各方利益的平衡,最终才能真正解决实际问题。再者,如果灌区供水水量不够,调整农作物结构、增加节水措施、减少灌区面积等也是解决问题的有效途径。