技術“防火墻”不足以防治地下水污染

關注重金屬污染

    上周發(fā)生的蘭州自來水苯污染事件再次將水安全問題推向風口浪尖。比這一突發(fā)的事故更令人揪心的，是我國多地地下水安全常年亮著“紅燈”。

    去年8月《科學》雜志刊文稱，以世界衛(wèi)生組織規(guī)定的10微克/升為限值計，中國約有1960萬人可能存在飲用水砷超標的風險。此報道引發(fā)了新一輪對于地下水安全的關注。

    “我國北方地區(qū)多抽取地下水為水源，因此我們更該關注地下水砷氟污染。”中科院生態(tài)環(huán)境研究中心副研究員劉銳平說。

    地下水砷污染多為自然原因

    “砷是自然界一種常見的準金屬元素，在地殼中通常與氧、氯、硫等元素伴生。”劉銳平告訴科技日報記者，在天然地球化學循環(huán)過程中，巖石、礦物中的砷通過風化、脫附、還原溶解等作用溶出釋放到地下水中導致砷污染。這種時間尺度可能長達數十萬年的地球化學過程，是世界范圍內地下水砷超標的主要原因。當人類以含砷地下水為飲用水源時，就可能存在通過飲用水途徑的砷暴露風險。

    除此之外，劉銳平表示，我國還存在一些由于人類活動導致的飲用水源重金屬污染，其中包括砷污染。這些污染有些是突發(fā)性污染，歷時較短，也有一些是常年持續(xù)性的污染，而涉重金屬行業(yè)較多的省區(qū)往往發(fā)生污染的頻次較高。例如湖南湘江是我國典型的重金屬污染較為嚴重的河流。2011年3月，國家正式批復《湘江流域重金屬污染治理實施方案》，涉及規(guī)劃項目927個，總投資595億元。

    “如果水廠以重金屬污染水體為水源，但在技術上缺乏經濟有效的處理手段，出廠水就有可能存在重金屬超標。”劉銳平說，百姓就有可能由于喝了受污染的飲用水而影響身體健康。

    新技術新材料為水安全護航

    站在河南某自來水廠的跌水曝氣池旁可以看到，從十幾公里外黃河河灘深井采出的地下水輸送到此，通過曝氣充氧和濾池過濾作用完成了水中亞鐵離子和錳離子的去除。緩緩流過的水很清澈，讓人有伸手掬起一捧一解干渴的沖動。但你也許無法想象，從地下開采抽取上來的水中含有俗稱砒霜的三價砷，若不經處理長期直接飲用，會影響人體正常代謝，并可能引發(fā)癌變風險。

    劉銳平表示，地下水處于還原性環(huán)境，水中的砷主要以三價砷形式存在。三價砷毒性比五價砷高60倍，且為電中性，因此很難通過吸附、混凝等方法去除。“一般方式是將三價砷氧化成毒性更弱的五價砷，而五價砷帶負電，更容易被去除。”他表示，目前國際通用的方式是投加氯或臭氧等強氧化劑進行氧化，但這種方式不僅工藝復雜，不易在農村地區(qū)應用，更重要的是還會產生具有強致癌性的氧化副產物。

    圍繞三價砷與五價砷同時一步去除的難題，中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心開展了長期的基礎性研究，成功研發(fā)出一種兼具氧化與吸附性能、可同時高效去除三價砷與五價砷的凈水新材料——鐵錳復合金屬氧化物。“它不是傳統意義上的僅具有吸附功能的材料。用它來除砷，不需要額外投入氧化劑，工藝非常簡單;此外，由于它具有很強的選擇性，所以凈水效率高、處理成本低。”劉銳平說。

    以上述研究成果為基礎，科研團隊針對農村、城鎮(zhèn)和城市等不同規(guī)模飲用水廠的除砷需求開發(fā)了相應的除砷技術與應用工藝，為我國解決飲用水砷污染問題提供重要的技術支撐。

    “我國于2007年開始實施新的與發(fā)達國家接軌的飲用水標準，其中砷的濃度限值由原來的50微克每升降低到10微克每升。”劉銳平說，“許多水廠現有處理工藝難以確保出廠水全面達標。以現有工藝基礎，開發(fā)高效、經濟、方便的工程技術手段確保重金屬達標，這是我們研究的重點。河南那個自來水廠，采用我們的技術方案強化去除水中的砷，每噸水的新增藥劑處理成本僅為2到4分錢。”

    2011年，中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研發(fā)的水廠強化除砷工藝在該廠順利投產運行，出水砷濃度穩(wěn)定達標，而這是其近20個除砷工程中的一個。

    須從源頭杜絕二次污染

    當河流或湖泊等水體發(fā)生砷污染時，是否有很好的技術手段進行治理以避免對百姓健康、水生態(tài)安全的影響?劉銳平說，被砷污染的水無色、無味，但對人、畜和水生動植物毒性很大。

2009年3月，位于河南省大沙河上游民權縣的成城公司使用劣質礦石生產硫酸，大量砷隨廢水直接排入大沙河，致使河水砷濃度嚴重超標，1000多萬噸河水被污染，釀成了國內*大的砷污染事件。

    中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心在已有飲用水除砷專利技術的基礎上，歷時3天完成了基于大沙河河道特征和砷污染狀況的砷污染治理工藝與工程設計。經過近4個月的消砷，近1800萬噸的砷污染河水達到國家地表水環(huán)境質量標準對三類水體的要求。“如此大規(guī)模的砷污染水體治理，在國內還是*次。”劉銳平說。近些年我國先后發(fā)生過多起河流、湖泊的水體砷污染事件，大沙河砷污染的成功治理為解決類似水體污染問題提供了很好的工程范例。

    “在水體重金屬污染防治上，不能僅有簡單的標準或者規(guī)范的濃度限值，更重要的是需要從國家層面上設定保護人體健康、保障生態(tài)安全的目標。”劉銳平說，重金屬污染是必然存在的，關鍵是如何將其對人體健康和生態(tài)安全的風險控制在一個可接受的水平。

    其次，在重金屬污染的源頭控制、過程控制與末端控制中，劉銳平表示，要關注多種重金屬共存以及重金屬與有機物的復合污染問題。重金屬與有機物絡合后不僅處理難度大幅增大，而且在環(huán)境中的遷移性、毒性可能顯著增強，從而對水生態(tài)安全產生更大的風險。“此外，要在污染治理和廢物資源化方面投入更多關注。”他說，“我們可以把廢水做到達標排放，但產生的廢物要妥善處置并盡可能實現資源化，這樣才能有效避免二次污染，從根本上解決重金屬污染問題。”