关于砷污染治理的思考

王翠花

摘要：本文首先分析了砷的存在形态、毒性及其污染现状，然后对砷污染的治理及预防措施进行了研究，并对饮用水处理的工艺改进进行了分析，具有较强的意义和价值，供参考。

关键词：砷；毒性；污染；对策；预防措施

中图分类号：Q958.116 文献标识码：A 文章编号：

目前，环境砷污染问题已受到世界各国的普遍关注，矿山开采，含砷的工业废水、废气、废渣的排放以及高砷煤矿废水灌溉等引起的一切砷污染问题亟待解决，探索行之有效的砷污染治理措施已成为众多专家学者的一项重大研究课题。了解目前的砷污染状况，并提出相应的治理对策，对砷污染机理研究具有一定的意义。

金属的冶炼、含砷工业品的生产，如陶瓷、制革、玻璃等以及含砷农药的使用，使得砷进入到土壤环境，并通过一系列的食物链对人类健康造成了严重威胁。为了对综合治理环境中的砷污染提供理论依据，笔者从砷的毒性、砷在环境中的污染状况，砷污染治理的物理法、化学法和生物法等方面进行了概述。

１砷的存在形态、毒性及其污染现状

１．１存在形态

自然界中砷的主要来源有自然源和人为源２种，其主要存在形态与某些矿藏有关，如硫化物的矿藏。砷有无机态和有机态２种形态，其存在形态决定了毒性大小。在天然水体中，以亚砷酸（Ａｓ３＋）和砷酸 （Ａｓ５＋）为主，有机砷主要有甲基砷酸（ＭＭＡ）、二甲基砷酸（ＤＭＡ）、三甲基砷酸（ＴＭＡ）。一般情况下，在氧化环境中，砷多以稳定的Ａｓ５＋形式存在，而在还原条件下则以Ａｓ３＋为主导。研究表明，无机砷在进入人体后，经一系列的代谢过程后，主要以二甲基砷酸盐（ＤＭＡ）的形式排出，约占代谢总量６０％～８０％，有约１０％～２０％的以甲基砷酸盐（ＭＭＡ）形式排出，约１０％～３０％的直接以无机砷的形式排出。说明，无机形态的砷经过人体的机能转化，将毒性大的无机砷转化为毒性很小的有机砷，这似乎是一种解毒过程。但事实是否如此，还有待进一步研究。

１．２毒性

砷的形态决定其毒性大小。一般Ａｓ３＋的毒性大于Ａｓ５＋，尤以砷化氢气体（ＡsＨ3）的毒性最大。近年来的研究表明，ＤＭＡ也可导致染色体变异、ＤＮＡ的损伤以及基因的改变，具有遗传毒性和致癌性。砷对人体的很多器官都会造成危害，早在１９世纪８０年代，孟加拉国西部有８个区域饮用水源遭受砷污染，饮用水存在严重的健康威胁，临床检查发现有２４８人中毒后表现出染色体变异、角化症、身体虚弱、贫血症、脚趾腐坏、肝脏纤维化和慢性肺疾病等不同的临床症状。

砷中毒可表现为急性中毒和慢性中毒２种：１）急性中毒。常见的有误食了砷污染的食品、误饮砷污染的水或饮料，甚至有误服含砷农药等，这一类中毒需抢救及时，否则将严重威胁生命。２）慢性中毒。以地方性砷中毒最为广泛，主要表现在人体长期处于砷污染的环境中，皮肤长期暴露在这样的环境中容易引发皮肤方面的疾病；另外，食物链累积也是慢性中毒的一种常见现象。

１．３污染现状

１）我国的砷矿资源储量丰富，也是砷污染最为严重的地区之一。由于生物地球的化学过程，自然环境中的砷逐渐释放到地表水体，导致了严重的地表水体砷污染问题。同时，伴随冶金及矿产开采，砷被释放出来，形成含砷的“三废”进入到环境中，但大部分仍被弃留在尾矿之中，这些尾矿不仅成了砷的储存之所，也成了一个潜在的砷污染源。此外，砷在金属矿的提取过程中将以氧化物或是砷酸盐的形式进入大气及采矿废水之中。据２００８年９月相关新闻报道，云南阳宗海水体砷污染事件就是由于附近化工厂的污水排放导致水体砷含量严重超标。在我国，目前已有越来越多的城市通过开采地下水来作为饮用及生活用水，对于已经遭受砷污染的地下水，必然会带来污染事件的发生。

２）砷对人体带来负面影响的同时也对农业生态系统产生了不良影响，矿业活动的开展对周边土壤、地下水以及河流均造成了严重砷污染。以贵州省高砷煤的开采为例，由于煤炭资源的大量需求，开采量的大幅度增加，一方面，燃煤在自然堆放过程中砷会直接释放到空气中，同时，在采矿过程中产生的煤矿废水及煤矿废渣也呈直线上升的趋势，周边的农田采用已经遭受污染的水源进行灌溉，对作物以及人体健康都存在巨大的潜在危险；另一方面产生的煤矿废渣占据当地大量良田好土，即使日后恢复再利用也存在安全隐患。

３）对砷在人体的流行病学研究中发现，人体摄食受砷污染的水体以及用被污染水体灌溉的土壤种出的作物，将严重威胁人类的身体健康。另有研究发现，受砷污染的土壤，其固氮作用将受到抑制，而且还会影响土壤的酶活性，使一些淀粉酶和β－葡萄糖苷酶的合成受到抑制。由此可见，土壤砷污染的途径是多样的，导致其污染状况及程度也是复杂的。

２砷污染的治理方法及对策

２．１砷污染的治理

目前，砷污染的治理方法主要有以下３种：物理法、化学法和生物法。

２．１．１物理法。在被污染的水体中加入一些具有强大吸附功能的混凝剂，利用其吸附作用将砷转化为沉淀的形式，再通过过滤等方式将砷与水体分离开来。对于被砷污染的土壤，可采用排土或是客土法进行治理。李典友等在对砷污染土壤的危害及防治对策研究中提出，施用含Ｆｅ、Ａｌ的盐类肥料，可将土壤中的砷与Ｆｅ、Ａｌ等结合形成沉淀，附着在土壤颗粒上，减少土壤中的水溶性砷，进而减少作物对砷的吸收；此外，在土壤砷浓度小于４０ｍｇ／ｋｇ时，磷的存在可降低砷对作物的毒害。从某种意义上说，施用磷肥在一定程度上有利于某些蔬菜作物的生长。对土壤中砷的等温吸附试验研究表明，在不同ｐＨ条件下，加入不同量的磷源，对砷的吸附效果不同，此外，吸附量的大小还受到土壤粘粒含量的影响。这与Ａｓ和Ｐ属同族元素密切相关。但另有研究表明，硝酸铵、磷酸铵、复合肥中Ａｓ含量可达５０～６０ｍｇ／ｋｇ。由此可见，磷肥的大量施用，也将增加土壤中砷的含量，导致更加严重的土壤砷污染。

２．１．２化学法。在含砷废水中加入化学药剂，如石灰、硫酸亚铁、液氯等，使其与砷发生化学反应，将砷转化为稳定、难溶的化合物形态，最后形成砷沉淀。应晖提出了一种处理高砷酸性污水的方法：氧化共沉、分布沉淀分离的处理流程。这一方法理论、实践均可行，并大大提高了出水的ｐＨ值，二次污染问题得以解决。王艳青等通过海水搅拌赤泥并调节其ｐＨ值，用于处理含砷废水效果好。

２．１．３生物法。目前的应用主要是利用微生物的转化或是植物体进行修复。这一方法的处理成本低，效益也高，不易产生二次污染，是今后砷污染治理技术的发展方向。

１）微生物法。微生物具有种类繁多、数量大、分布广泛，且繁殖能力强、个体微小、比表面积大，对环境的适应能力也很强等特点，因而适于砷形态的转化。微生物在砷的转化过程中参与了很多环节，如，实现土壤与水体之间砷的相互转化、砷由地表向地下水体的迁移、生物甲基化产生的气态砷和微生物对砷的吸附、固定等。

砷对于人体来说有剧毒，但微生物对其却有很强的适应能力，甚至有的微生物以砷为生存的食物来源。微生物对重金属具有很强的吸附性，利用微生物来转化砷正是利用其这一特点。菌藻共生体法和活性污泥法是早期运用较多的微生物除砷的方法，这２种方法都是利用微生物的吸附性质。另外，砷氧化微生物还可以代替化学氧化剂氧化Ａｓ３＋，形成容易被吸附的Ａｓ５＋，从而促进砷的去除效果。

２）植物修复法。植物修复法是利用某些植物来吸附净化重金属或是其他一些有机污染物。在受污染的土壤中种植植物，植物根系在吸收水分及土壤养分的同时将土壤中的重金属吸收，并转移到植物的叶茎部位，通过收割植物的茎叶而达到去除土壤中重金属的目的。

目前，最常见的富集砷的植物是蜈蚣草和大叶井口边草２种。有研究表明，蜈蚣草是一种典型的超富集植物，具有很强的富集作用。大量的调查结果表明，蜈蚣草吸附的砷浓度及其生物富集系数，在很大程度上受土壤中砷浓度的影响：在低Ａｓ浓度下，蜈蚣草地上部分Ａｓ的浓度、富集系数均随土壤Ａｓ浓度的增加而显著增加；但是随着Ａｓ浓度的进一步升高，蜈蚣草地上部Ａｓ浓度增加的趋势变缓，在高Ａｓ浓度下，蜈蚣草地上部分Ａｓ的浓度及富集系数均随土壤中Ａｓ浓度的增加而降低。除此之外，大叶井口边草也被认为有很好的应用前景，其根茎 的富 集效果极好，其富集系数为１．３～４．８。以上２种植物都是利用其吸附受砷污染土壤中的砷，再通过收割其土表上部的植物来实现净化土壤的目的。

３）微生物与植物联合除砷技术。对于有些微生物，可以促进植物的生长，如，生物固氮菌就可促进豆科植物的生长，甚至如果缺少了这类微生物，作物的生长将受到抑制。同样的道理，在利用某些超富集植物（如，蜈蚣草）除砷的同时，可将适于蜈蚣草生长的微生物菌种接种到蜈蚣草幼苗的根部，以促进蜈蚣草的生长，从而提高砷的去除率。

由此可以看出，微生物与植物的联合修复是一种集去除与修复于一体的好方法，经济、无污染、技术可行，可谓是绝无仅有的。但目前这一技术的应用尚少，还不是很成熟。不过可以肯定的是，这一方法将成为未来砷处理技术的发展方向。

２．２砷污染的预防措施

冶金及矿产开采是砷污染的主要原因。砷对环境的污染主要是砷对人类的饮水水源污染，以及地方性慢性砷中毒。因此，避免砷进入食物链，是防治砷污染的关键，防治环境砷污染任重而道远。

２．２．１加强政府管理。政府部门要加强管理力度，增强防范意识。对高砷地下水地区需妥善解决好其饮用水源及农田灌溉水的安全利用问题。

２．２．２加大环保部门监管力度。加大环保部门对环境的监管力度，建立、健全相关的规章制度；坚决取缔土法炼砷的工厂、企业，对其他冶炼砷及相关金属的工厂的“三废”进行严格监管，责令其达标排放；对高砷煤的使用地区，严令增加脱砷装置，从而降低空气中砷的含量；加强对土壤污灌区的监测与管理，建立监测系统网络，定期对辖区内的土壤环境质量进行检查。

２．２．３强化企业管理。对含砷工业品加强管理，做好监督管理机制，使措施落到实处，对含砷农药及医药品的使用进行监管，尽可能避免不必要的中毒事件发生及人员伤亡。

２．２．４强化群众的环保意识。从思想上要重视了解重金属砷对人类及环境造成的危害，提高环境保护意识；从行为上要从个人做起，配合国家有关环境保护的法律、法规和规定的实行。

3饮用水处理工艺的改进

(1)饮用水常规处理技术及其工艺

饮用水常规处理技术及其工艺在20世纪初期形成雏形，并在饮用水处理的实践中不断得以完善基本工艺流程如图1：

图1饮用水常规处理工艺流程

常规饮用水处理工艺的主要目的是去除水源水中的悬浮物、胶体物和病原微生物等。我国目前95%以上的自来水厂至今都是采用常规处理工艺。在工业化不发达，天然水体很少受到人类活动的污染时期，常规处理工艺能生产卫生洁净的饮用水。随着工业和城市的发展，以及现代农业大量使用化肥和农药等，水中的有害物质的种类和含量越来越多。此时饮用水处理除了原有的泥沙、胶体物质和病原微生物外，还要面临去除有机污染物、高氨氮、消毒副产物、环境激素和重金属的任务。常规处理工艺已经无法解决水源不断恶化而饮用水水质标准不断提高的矛盾。必须在已有的常规处理技术与工艺的基础上，发展新的水处理技术与工艺。

(2)新的水处理技术

活性炭吸附。活性炭吸附是在常规处理的基础上去除水中有机污染物最有效最成熟的水处理深度处理技术，用以去除水中的微量有机污染物和色素，对Pb、Cd、Hg等重金属去除也非常有效。工艺上活性炭吸附可与常规处理工艺和设备结合。但是在饮用水允许pH范围内，活性炭没有很明显的除砷效果。

膜分离技术。膜分离技术是一种以压力为推动力、利用不同孔径的膜进行水与水中离子、分子、病毒、细菌、黏土、沙粒等筛除分离的技术，微滤、超滤、纳滤和反渗透。其中纳滤就可以截留二价以上的离子和其他颗粒，可以有效去除水中砷及重金属。设备费和运行费高，运行中膜易堵塞，需要定期进行化学清洗，且膜前水质要求较高等问题。

臭氧氧化技术。臭氧用于水处理的主要作用是去除水中的有机污染物，可以分解多种有机物，还可以除色、除臭。臭氧还可以提高饮用水的氧化电位，可作为砷处理的辅助剂。

强化混凝技术。强化混凝的措施有:从铝盐混凝剂改为铁盐混凝剂(铁盐比铝盐更易于形成与腐殖酸和富里酸的聚合物)，减低pH值(pH值为5~6的条件有利于形成腐殖酸、富里酸的聚合物)，投加有机或无机絮凝剂，采用具有絮凝作用的新型混凝药剂(如聚硅酸盐铁盐、聚硅酸盐铝盐等)，增加混合与絮凝反应的时间，选用澄清工艺等。

4小结

砷是一种有剧毒的类金属元素，但也是一种人类需要的微量元素。据报道，砒霜可以用于治疗白血病，可以说，砷在人类社会发展的过程中也起到了一定的作用。由此可见，砷化合物的生产及使用不可避免，只有尽可能地使砷的危害性降到最小，使由于砷造成的污染降到最小。

参考文献：

［1］陶秀珍，吴攀，杨艳．兴仁高砷煤矿区溪流水系环境中砷自然净化的初步研究［Ｊ］．地球与环境，2007(4)

［２］王艳青，张书武，李中和．海水冲洗赤泥用于去除水中砷的研究[P／OL］．２０10-10-0

［3］师荣光，赵玉杰，周启星．苏北优势农业区土壤砷含量空间变异性研 究[J]．农业工程学报，2008，24(1)