技術(shù)“防火墻”不足以防治地下水污染

關(guān)注重金屬污染

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

    去年8月《科學(xué)》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(jì)，中國(guó)約有1960萬(wàn)人可能存在飲用水砷超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。此報(bào)道引發(fā)了新一輪對(duì)于地下水安全的關(guān)注。

    “我國(guó)北方地區(qū)多抽取地下水為水源，因此我們更該關(guān)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(shuō)。

    地下水砷污染多為自然原因

    “砷是自然界一種常見(jiàn)的準(zhǔn)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?qǐng)?bào)記者，在天然地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中，巖石、礦物中的砷通過(guò)風(fēng)化、脫附、還原溶解等作用溶出釋放到地下水中導(dǎo)致砷污染。這種時(shí)間尺度可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的地球化學(xué)過(guò)程，是世界范圍內(nèi)地下水砷超標(biāo)的主要原因。當(dāng)人類以含砷地下水為飲用水源時(shí)，就可能存在通過(guò)飲用水途徑的砷暴露風(fēng)險(xiǎn)。

    除此之外，劉銳平表示，我國(guó)還存在一些由于人類活動(dòng)導(dǎo)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(shí)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(guó)典型的重金屬污染較為嚴(yán)重的河流。2011年3月，國(guó)家正式批復(fù)《湘江流域重金屬污染治理實(shí)施方案》，涉及規(guī)劃項(xiàng)目927個(gè)，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(shù)上缺乏經(jīng)濟(jì)有效的處理手段，出廠水就有可能存在重金屬超標(biāo)。”劉銳平說(shuō)，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(shù)新材料為水安全護(hù)航

    站在河南某自來(lái)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(guò)曝氣充氧和濾池過(guò)濾作用完成了水中亞鐵離子和錳離子的去除。緩緩流過(guò)的水很清澈，讓人有伸手掬起一捧一解干渴的沖動(dòng)。但你也許無(wú)法想象，從地下開(kāi)采抽取上來(lái)的水中含有俗稱砒霜的三價(jià)砷，若不經(jīng)處理長(zhǎng)期直接飲用，會(huì)影響人體正常代謝，并可能引發(fā)癌變風(fēng)險(xiǎn)。

    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(jià)砷形式存在。三價(jià)砷毒性比五價(jià)砷高60倍，且為電中性，因此很難通過(guò)吸附、混凝等方法去除。“一般方式是將三價(jià)砷氧化成毒性更弱的五價(jià)砷，而五價(jià)砷帶負(fù)電，更容易被去除。”他表示，目前國(guó)際通用的方式是投加氯或臭氧等強(qiáng)氧化劑進(jìn)行氧化，但這種方式不僅工藝復(fù)雜，不易在農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用，更重要的是還會(huì)產(chǎn)生具有強(qiáng)致癌性的氧化副產(chǎn)物。

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

    以上述研究成果為基礎(chǔ)，科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)農(nóng)村、城鎮(zhèn)和城市等不同規(guī)模飲用水廠的除砷需求開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的除砷技術(shù)與應(yīng)用工藝，為我國(guó)解決飲用水砷污染問(wèn)題提供重要的技術(shù)支撐。

    “我國(guó)于2007年開(kāi)始實(shí)施新的與發(fā)達(dá)國(guó)家接軌的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，其中砷的濃度限值由原來(lái)的50微克每升降低到10微克每升。”劉銳平說(shuō)，“許多水廠現(xiàn)有處理工藝難以確保出廠水全面達(dá)標(biāo)。以現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、方便的工程技術(shù)手段確保重金屬達(dá)標(biāo)，這是我們研究的重點(diǎn)。河南那個(gè)自來(lái)水廠，采用我們的技術(shù)方案強(qiáng)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(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研發(fā)的水廠強(qiáng)化除砷工藝在該廠順利投產(chǎn)運(yùn)行，出水砷濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，而這是其近20個(gè)除砷工程中的一個(gè)。

    須從源頭杜絕二次污染

    當(dāng)河流或湖泊等水體發(fā)生砷污染時(shí)，是否有很好的技術(shù)手段進(jìn)行治理以避免對(duì)百姓健康、水生態(tài)安全的影響?劉銳平說(shuō)，被砷污染的水無(wú)色、無(wú)味，但對(duì)人、畜和水生動(dòng)植物毒性很大。

2009年3月，位于河南省大沙河上游民權(quán)縣的成城公司使用劣質(zhì)礦石生產(chǎn)硫酸，大量砷隨廢水直接排入大沙河，致使河水砷濃度嚴(yán)重超標(biāo)，1000多萬(wàn)噸河水被污染，釀成了國(guó)內(nèi)*大的砷污染事件。

    中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心在已有飲用水除砷專利技術(shù)的基礎(chǔ)上，歷時(shí)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(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)近4個(gè)月的消砷，近1800萬(wàn)噸的砷污染河水達(dá)到國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三類水體的要求。“如此大規(guī)模的砷污染水體治理，在國(guó)內(nèi)還是*次。”劉銳平說(shuō)。近些年我國(guó)先后發(fā)生過(guò)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(wèn)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(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范的濃度限值，更重要的是需要從國(guó)家層面上設(shè)定保護(hù)人體健康、保障生態(tài)安全的目標(biāo)。”劉銳平說(shuō)，重金屬污染是必然存在的，關(guān)鍵是如何將其對(duì)人體健康和生態(tài)安全的風(fēng)險(xiǎn)控制在一個(gè)可接受的水平。

    其次，在重金屬污染的源頭控制、過(guò)程控制與末端控制中，劉銳平表示，要關(guān)注多種重金屬共存以及重金屬與有機(jī)物的復(fù)合污染問(wèn)題。重金屬與有機(jī)物絡(luò)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(qiáng)，從而對(duì)水生態(tài)安全產(chǎn)生更大的風(fēng)險(xiǎn)。“此外，要在污染治理和廢物資源化方面投入更多關(guān)注。”他說(shuō)，“我們可以把廢水做到達(dá)標(biāo)排放，但產(chǎn)生的廢物要妥善處置并盡可能實(shí)現(xiàn)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(wèn)題。”