技术“防火墙”不足以防治地下水污染

【摘要】上周发生的兰州自来水苯污染事件再次将水安全问题推向风口浪尖。比这一突发的事故更令人揪心的，是我国多地地下水安全常年亮着“红灯”。“我国北方地区多抽取地下水为水源，因此我们更该关注地下水砷氟污染。”中科院生态环境研究中心副研究员刘锐平说。

    上周发生的兰州自来水苯污染事件再次将水安全问题推向风口浪尖。比这一突发的事故更令人揪心的，是我国多地地下水安全常年亮着“红灯”。

    去年8月《科学》杂志刊文称，以世界卫生组织规定的10微克/升为限值计，中国约有1960万人可能存在饮用水砷超标的风险。此报道引发了新一轮对于地下水安全的关注。

    “我国北方地区多抽取地下水为水源，因此我们更该关注地下水砷氟污染。”中科院生态环境研究中心副研究员刘锐平说。

    地下水砷污染多为自然原因

    “砷是自然界一种常见的准金属元素，在地壳中通常与氧、氯、硫等元素伴生。”刘锐平告诉科技日报记者，在天然地球化学循环过程中，岩石、矿物中的砷通过风化、脱附、还原溶解等作用溶出释放到地下水中导致砷污染。这种时间尺度可能长达数十万年的地球化学过程，是世界范围内地下水砷超标的主要原因。当人类以含砷地下水为饮用水源时，就可能存在通过饮用水途径的砷暴露风险。

    除此之外，刘锐平表示，我国还存在一些由于人类活动导致的饮用水源重金属污染，其中包括砷污染。这些污染有些是突发性污染，历时较短，也有一些是常年持续性的污染，而涉重金属行业较多的省区往往发生污染的频次较高。例如湖南湘江是我国典型的重金属污染较为严重的河流。2011年3月，国家正式批复《湘江流域重金属污染治理实施方案》，涉及规划项目927个，总投资595亿元。

    “如果水厂以重金属污染水体为水源，但在技术上缺乏经济有效的处理手段，出厂水就有可能存在重金属超标。”刘锐平说，百姓就有可能由于喝了受污染的饮用水而影响身体健康。

    新技术新材料为水安全护航

    站在河南某自来水厂的跌水曝气池旁可以看到，从十几公里外黄河河滩深井采出的地下水输送到此，通过曝气充氧和滤池过滤作用完成了水中亚铁离子和锰离子的去除。缓缓流过的水很清澈，让人有伸手掬起一捧一解干渴的冲动。但你也许无法想象，从地下开采抽取上来的水中含有俗称砒霜的三价砷，若不经处理长期直接饮用，会影响人体正常代谢，并可能引发癌变风险。

    刘锐平表示，地下水处于还原性环境，水中的砷主要以三价砷形式存在。三价砷毒性比五价砷高60倍，且为电中性，因此很难通过吸附、混凝等方法去除。“一般方式是将三价砷氧化成毒性更弱的五价砷，而五价砷带负电，更容易被去除。”他表示，目前国际通用的方式是投加氯或臭氧等强氧化剂进行氧化，但这种方式不仅工艺复杂，不易在农村地区应用，更重要的是还会产生具有强致癌性的氧化副产物。

    围绕三价砷与五价砷同时一步去除的难题，中国科学院生态环境研究中心开展了长期的基础性研究，成功研发出一种兼具氧化与吸附性能、可同时高效去除三价砷与五价砷的净水新材料——铁锰复合金属氧化物。“它不是传统意义上的仅具有吸附功能的材料。用它来除砷，不需要额外投入氧化剂，工艺非常简单；此外，由于它具有很强的选择性，所以净水效率高、处理成本低。”刘锐平说。

    以上述研究成果为基础，科研团队针对农村、城镇和城市等不同规模饮用水厂的除砷需求开发了相应的除砷技术与应用工艺，为我国解决饮用水砷污染问题提供重要的技术支撑。

    “我国于2007年开始实施新的与发达国家接轨的饮用水标准，其中砷的浓度限值由原来的50微克每升降低到10微克每升。”刘锐平说，“许多水厂现有处理工艺难以确保出厂水全面达标。以现有工艺基础，开发高效、经济、方便的工程技术手段确保重金属达标，这是我们研究的重点。河南那个自来水厂，采用我们的技术方案强化去除水中的砷，每吨水的新增药剂处理成本仅为2到4分钱。”

    2011年，中国科学院生态环境研究中心研发的水厂强化除砷工艺在该厂顺利投产运行，出水砷浓度稳定达标，而这是其近20个除砷工程中的一个。

    须从源头杜绝二次污染

    当河流或湖泊等水体发生砷污染时，是否有很好的技术手段进行治理以避免对百姓健康、水生态安全的影响？刘锐平说，被砷污染的水无色、无味，但对人、畜和水生动植物毒性很大。

    2009年3月,位于河南省大沙河上游民权县的成城公司使用劣质矿石生产硫酸，大量砷随废水直接排入大沙河，致使河水砷浓度严重超标，1000多万吨河水被污染，酿成了国内最大的砷污染事件。

    中国科学院生态环境研究中心在已有饮用水除砷专利技术的基础上，历时3天完成了基于大沙河河道特征和砷污染状况的砷污染治理工艺与工程设计。经过近4个月的消砷，近1800万吨的砷污染河水达到国家地表水环境质量标准对三类水体的要求。“如此大规模的砷污染水体治理，在国内还是第一次。”刘锐平说。近些年我国先后发生过多起河流、湖泊的水体砷污染事件，大沙河砷污染的成功治理为解决类似水体污染问题提供了很好的工程范例。

    “在水体重金属污染防治上，不能仅有简单的标准或者规范的浓度限值，更重要的是需要从国家层面上设定保护人体健康、保障生态安全的目标。”刘锐平说，重金属污染是必然存在的，关键是如何将其对人体健康和生态安全的风险控制在一个可接受的水平。

    其次，在重金属污染的源头控制、过程控制与末端控制中，刘锐平表示，要关注多种重金属共存以及重金属与有机物的复合污染问题。重金属与有机物络合后不仅处理难度大幅增大，而且在环境中的迁移性、毒性可能显著增强，从而对水生态安全产生更大的风险。“此外，要在污染治理和废物资源化方面投入更多关注。”他说，“我们可以把废水做到达标排放，但产生的废物要妥善处置并尽可能实现资源化，这样才能有效避免二次污染，从根本上解决重金属污染问题。”