砷污染是指由砷或其化合物所引起的环境污染。砷和含砷金属的开采、冶炼,用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程,都可产生含砷废水、废气和废渣,对环境造成污染。大气含砷污染除
岩石风化、火山爆发等自然原因外,主要来自工业生产及含砷农药的使用、煤的燃烧。含砷废水、农药及烟尘都会污染土壤。砷在土壤中累积并由此进入农作物组织中。砷和
砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体,造成危害。元素砷的毒性极低,砷化物均有毒性,三价砷化合物比其他砷化合物毒性更强。
基本介绍
砷和它的化合物是常见的环境污染物。地壳中砷的丰度约为1.8ppm,岩石和土壤中砷的含量从小于1ppm至几百 ppm。地面水的含砷量差异极大。砷的主要矿物有砷硫铁矿、雄黄、
雌黄和砷石等,但多伴生于铜、铅、锌等的硫化物矿中。各类煤中砷含量为3~45ppm,在
原油中小于1ppm。因此金属冶炼和燃料燃烧会把砷排入环境。砷主要用于农药,少量用于
有色玻璃、半导体和金属合金的制造。砷不是人体的必需元素,但是由于所处环境中含有砷而成为人和动、植物的构成元素。全球每年从
岩石风化的砷为6000~9000吨,从河流输往海洋的砷为19000吨;砷开采量为47000吨,因燃烧进入大气的为1500吨;人为活动加入循环的量大于天然的量。
主要来源
(1)砷化物的开采和冶炼。特别是在我国流传广泛的土法炼砷,常造成砷对环境的持续污染;
(2)在某些有色金属的开发和冶炼中,常常有或多或少的砷化物排出,污染周围环境;
(3)砷化物的广泛利用,如含砷农药的生产和使用,又如作为
玻璃、木材、制革、纺织、化工、陶器、颜料、化肥等工业的原材料,均增加了环境中的砷污染量;
(4)煤的燃烧,可致不同程度的砷污染。
污染种类
对大气的污染
大气中砷含量为1.5~53
微克/米3。砷的污染除岩石风化、火山爆发等自然原因外,主要来自工业部门。1974年S.米勒姆和T.斯特朗测定距某炼铜厂不同距离的飘尘中砷含量:3.2~3.8公里处为 70ppm,不足0.6公里处为1300ppm。当地人的头发和尿中均检出高浓度的砷。含砷农药生产和砷的提炼也会造成局部地区大气的砷污染。
对水的污染
地面水中含砷量因水源和地理条件不同而有很大差异。据H.J.M.鲍恩估算,
淡水为0.2~230微克/升,平均为0.5微克/升;海水为3.7微克/升。海洋中溶解的砷的形态主要是砷酸氢根和以甲基胂为主的有机
砷化物。在海洋和土壤中,细菌可使砷
甲基化成为甲基胂或二甲基胂。采矿和冶炼的废渣,冶金、化工、农药、染料和制革等部门的
工业废水,地热发电厂的废水,均含有砷。美国W.H.杜鲁姆等于1971年取河川、湖泊水样727件,其中79%含砷量不足10微克/升,21%大于10微克/升,总样品中有2%大于50微克/升,最高的达1100微克/升。J.E.萨巴德尔和R.C.阿克斯特曼在1975年报道了新西兰的地热发电厂废水中含有较多的砷,废水排入河流,河水砷浓度高达 0.25ppm。被砷污染的水无色,无味,透明度不变,可降低
生化需氧量。
污水中砷浓度如大于1毫克/升,会影响污水净化工程的净化效率。砷化合物在水中相当稳定,但如水温升高,沉积于河底的砷化合物会产生重新溶解的现象。砷对水生生物毒性很大。
对土壤的污染
天然存在含高浓度砷的土壤很少,一般每公斤土壤中含砷约为 6毫克。被污染土壤中的砷来自含砷农药的施用,矿山、工厂含砷废水的排放以及燃煤、
冶炼排出的含砷飘尘的降落。J.S.琼斯等人分析美国果园土壤,喷洒
砷酸铅的砷含量为18~144ppm,未喷洒的为3~14ppm。牛因吃了喷洒这种农药的庄稼而死亡的事故多次发生。砷可以在土壤中积累并由此进入农作物的组织之中,砷对农作物产生毒害作用的最低浓度为3毫克/升。
环境标准
美国规定居民区大气中砷最高容许浓度为3微克/立方米;车间空气中砷化氢最高容许浓度为0.3毫克/立方米;饮水中砷最高容许浓度为0.05毫克/升,并建议达到0.01毫克/升;
欧洲规定饮水中砷最高容许浓度为0.2毫克/升;
苏联规定为0.05毫克/升(世界卫生组织的标准为0.01 毫克/升);
中国规定饮用水中砷最高容许浓度为0.01毫克/升,地表水包括渔业用水为0.04毫克/升,居民区大气砷的日平均浓度为3微克/立方米。
危害情况
总体情况
2004年12月15日,
世界卫生组织官员公布,全球至少有5000多万人口正面临着地方性砷中毒的威胁,其中,大多数为亚洲国家,而中国正是受砷中毒危害最为严重的国家之一。
有专家分析,市场上的部分食物可能存在严重的砷超标问题。砷污染正向人们步步逼近,严重威胁着人们的健康和生命安全。在太原召开的改善水质减轻砷中毒危害国际研讨会上,这一数据的公布,立刻在社会各界引起了强烈的反响,有关
重金属污染的话题在环境保护中急剧升温。中国科学院
地理科学与资源研究所进行的初步调查显示,治理重金属污染,尤其是砷污染,近乎到了刻不容缓的地步。“我国的很多省市都存在着不同程度的砷污染情况,北京也不例外,北京的砷污染可能比目前所了解的情况更为严重。”
中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心主任、
博士生导师、国家杰出青年基金获得者
陈同斌研究员说。北京部分农产品,砷含量已近临界值。关于“砷中毒”,用中国
卫生部疾控司改水处处长刘家义在此次国际研讨会上的话来说,就是“有剧毒的砒霜”。如果饮用水、空气、食物中的含砷量超标,就有可能引发砷中毒。“北京的个别区域也存在砷中毒问题,部分农产品的砷含量已经接近临界值。”陈同斌说。
土壤中的重金属污染致使许多地方的作物减产。砷在土壤中累积并由此进入农作物组织中。砷对农作物产生毒害作用最低浓度为3mg/L,对水生生物的毒性亦很大。砷和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体,造成危害。元素砷的毒性极低,砷化物均有毒性,三价砷化合物比其他砷化合物毒性更强。砷污染中毒事件(急性砷中毒)或倒置的公害病(
慢性砷中毒)已屡见不鲜。
外国中毒事件
砷中毒事件早就有了。1900年英国
曼彻斯特因啤酒中添加含砷的糖,造成6000人中毒和71人死亡。
1955~1956年日本发生的森永奶粉中毒事件,是因含三氧化二砷达25~28ppm引起的。日本森永奶粉公司,因使用含砷中和剂,引起12100多人中毒,130人因脑麻痹而死亡。
典型的慢性砷中毒在日本宫崎县吕久砷矿附近,因土壤中含砷量高达300~838mg/kg,致使该地区小学生慢性中毒。
日本岛根县谷铜矿山居民也有慢性中毒患者。
孟加拉国的砷污染更是被
世界卫生组织称为“历史上一国人口遭遇到的最大的群体中毒事件”。据2009年11月报道,
孟加拉国可能有两百万人集体砷中毒,且已经造成多人丧命,未来将有更多人因此失去生命,堪称人类史上最大的中毒案。孟加拉国挖掘许多池塘作为养殖鱼类与储水灌溉用,科学家发现,这些池塘是居民集体砷中毒的罪魁祸首。研究指出,祸首就是数万个人工池塘。孟加拉国当局挖掘这些池塘,并以挖出的泥土防洪。科学家很早即知,这些砷来自孟加拉国全境、数百万个以低科技挖掘的“管状深井”的井水。讽刺的是,这些井多数是靠国际援助机关开凿而成。据孟加拉国政府估计,大约有三千万人饮用含砷量超过50ug/L的水源。但是,如果按
世卫组织推荐的10ug/L的临时标准计算,则这一数据将超过七千万。政府根据2001年的实地调查结果估计,每10万口管井中大约有40%-50%受到砷污染。有些乡镇的这一数据甚至高达80%-100%。问题是,原本未受污染的一些管井仍在不断遭受污染。
孟加拉国砷浓度最高的井水约有50年历史,同时砷这种有机碳一旦经过微生物新陈代谢,会让砷从沉积物释放出来,且很快就能从地表渗入地底。美国麻省理工学院哈维领导的研究团队在蒙西甘吉区研究15.5平方公里内的地面与地下水流动模式,并以天然
示踪剂与3D计算机模型追踪来自稻田与池塘的水,测量这两处的有机碳将砷从泥土与沉积物释放出来的能力。刊登在《自然地球科学》的研究建议,“将饮用水井挖得比池塘还要深,或是在稻田挖浅井,即能减轻问题的严重性。”在孟加拉,几乎所有人都知道很多管井受到了污染,但他们仍然继续饮用这些井水。政府官员无奈地说:“早些时候,在确定一口管井受到砷污染后,我们会在它涂周围涂上红色,并告诉人们不要饮用,但并未对它进行封锁。后来,由于没有其他水源,人们只好又开始饮用。此外,由于砷无色无味,而且不会引起象发烧或疼痛那样的急性症状,所以人们——尤其是儿童——仍然继续饮用。”
2010年,医学期刊《
柳叶刀》报告称,孟加拉国7700万人因饮用水被砷污染而面临危险。过去十年间,研究人员对孟加拉国首都
达卡Araihazar区近1.2万人的跟踪调查发现,20%以上的死亡者似乎都是由被砷污染的井水引起的。据估计,由于20世纪70年代一次灾难性运动的误导,孟加拉国有3500万至7700万的人口已经逐渐受到砷污染的水的侵害。当时,为了给村民提供清洁无菌的生活用水,该地区开挖了数百万口管井。许多管井的底部不慎探进土壤表层,而土壤表层中天然产生的砷含量非常高。
石门砷污染事件
在湖南省常德市
石门县
鹤山村,1956年国家建矿开始用土法人工烧制雄磺炼制砒霜,直到2011年企业关闭,砒灰漫天飞扬,矿渣直接流入河里,以致土壤砷超标19倍,水含砷量标准上千倍。鹤山村全村700多人中,有近一半的人都是砷中毒患者,因砷中毒致癌死亡的已有157人。
防治措施
防止污染措施
防治砷污染应该狠抓源头,从污染源抓起。
1.加强环境监测,建立重点地区空气、水等流体中的砷污染预报机制,同时加强重点地区的土壤中砷的监测,解决好高砷地区人畜用水及农业灌溉用水问题;
2.加强含砷矿藏及其冶炼过程的管理,取缔土法炼砷的工厂,冶炼砷的工厂和其它冶金工厂的“三废”必须达标排放,对高砷煤采取强制性脱砷处理,从根本上降低空气中砷含量;
3.加强含砷化工产品管理,特别要加强对含砷农药和医药的监管,要加强这些毒性药物的使用常识培训,最大程度减少人为中毒情况的发生。
4.避免砷进入食物链,是防治砷污染的关键。
面对如此严峻的砷污染形势,要减轻砷中毒危害、开展有效防治并非易事。在太原召开的国际研讨会通过了《关于水质和砷含量问题的太原宣言》,与会的71位学术专家和机构代表就改善水质、减少砷中毒危害提出了具体建议。陈同斌认为,与水中砷污染的治理相比,土壤砷污染的治理还要困难得多。他建议,防治砷污染,首先不要将高砷水用来灌溉,其次不要让在受到砷污染的土壤上种植的植物进入食物链。对于已经受到污染的土壤,可以用植物来进行环境修复。“蜈蚣草就是一种修复效果很好的植物”。他告诉记者,蜈蚣草吸收土壤中砷的能力比其他植物高出几万倍、甚至10万-20万倍。“也就是说,种其他植物花上万年才能吸收的砷,种蜈蚣草一年就可以被吸收了”。之后,将种植的蜈蚣草收获并进行安全处理后,即可将其
污染物去除。 “避免砷进入到食物链中,这是特别需要注意的一个问题”。
治理污染措施
一旦出现砷污染,需要及时的治理,以防止出现更大范围的危害,以保障广大人民群众的生命健康安全。砷污染治理的方法主要有化学方法、物理方法和生物方法:
化学方法:是指用
化学试剂使砷变为人体难以吸收的砷化合物,如,在含砷废水中投加石灰、
硫酸亚铁和液氯(或
漂白粉),将砷沉淀,然后对废渣进行处理,也可以让含砷废水通过硫化铁滤床或用硫酸铁、氯化铁氢氧化铁凝结沉淀等。
物理法:主要是让含砷污水通过特殊的过滤器,使砷富集起来变废为宝,如,活性炭过滤法等。
生物方法:主要是指在砷污染的土壤或水体中种植能吸收砷的植物,以达到吸收砷的目的,如美国科学家发现了一种蕨类植物可吸收污染土壤中的砷。