水中砷

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水中砷
地下水中的砷污染的分布
砷是周期表中第四周期,第五主族元素,在自然界中普遍存在。

单质砷是一种黑色非金属,不溶于水、酸和醇类,毒性极低。

自然界中单质砷比较少见,大多数都是以硫化物的形式存在于岩石和砷矿中,常见的含砷矿物有雄黄、雌黄、砷硫铁矿,毒砂、斜方砷矿、硫砷铜矿等。

砷的化合物一般以+5, +3, 0、-3四种价态存在。

水体中的砷,通常以无机状态存在,有三价砷As(III)和五价砷As(V)两种化学价态。

砷在地下水中分布广泛,世界范围内至少有22个国家和地区受到地下水砷污染的影l 据中国新闻网2007年8月30口报道,“英国研究人员30口发表的报告认为,全球将有1.4亿人因为用水受到砷中毒之害、导致更多的人患癌症”。

根据联合国儿童基金会2009年4月5口在达卡发布的新闻公报,全世界约有6000万人饮用水受砷污染,其中80%在亚洲。

在全球范围的高砷地下水区,孟加拉国和孟加拉州是人类受高砷地下水威胁最严重的地区,受影响区地下水中砷的浓度范围大,为0.5-3200ug/L;在匈牙利平原南部的冲积物中(包括罗马尼业的部分区域)已经发现砷浓度高于50 ug/L的地下水;在墨西哥中北部的Lagunera 地区、智利北部(包括Antofagasta 、Calama和Tocopilla等城市)及阿根廷中部的Chaco-Pampean平原都发现了地下水砷问题。

在美国,高砷地下水影响的地区主要包括内华达、加利福尼业和业利桑那州。

在内华达州,至少有1000眼私人民用井砷含量超过50ug/L。

在加利福尼业州的图莱里(Tulare)盆地,大多数地下水的砷含量在1-2600ug/L之间。

我国于2007年7月1日,由国家标准委和卫生部联合发布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)强制性国家标准和13项生活饮用水卫生检验国家标准正式实施,其中规定砷的最高允许浓度为1 0ug/L。

按照此饮用水砷标准,我国砷中毒危害病区的暴露人口高达1500万之多,已确诊患者超过数万人。

我国的高砷地下水区主要分布在内蒙、新疆、山西、吉林、江苏、安徽、山东、河南、湖南、云南、台湾等省(自治区)区的40个县,受影响人口约234万人,其中饮水中砷含量大于50ug/L的高砷暴露人口已超过52万人。

同时,近年来在我国发生的几起重金属污染水源事件,如“滇中明珠”阳宗海砷污染事件、湖南岳阳砷污染、河南民权砷污染事件等,使得人们对水源安全问题越来越重视,水源水砷污染和砷中毒问题也越来越受到人们的关注。

2砷对人体健康的危害生活饮用水中砷的浓度标准
砷是一种毒性很高的原生质毒物,在环境污染物中砷是最毒的元素之一,位居污染有毒元素黑名单之首。

地下水水源中的砷是以地下水为饮用水源地区人们健康威胁的魁首。

美国疾病控制中心(CDC)和国际癌症研究中心(IARC)将砷及其化合物,列在工类致癌物(对人类致癌性证据充分)95种物质中的第三位。

同时在接触场合中,饮用水中的砷列在第二位。

砷不是人体的必需元素,但由于所处的环境中都含有砷成为人和动物的构成元素。

在正常情况下,人每天从食物和水、空气中摄入砷的总量为100ug左右,每天从粪便、尿、汗腺和乳汁中排出的总量也是约100ug,因此不会引起中毒。

但当体的摄入量超过排出量,就能引起不同程度的危害。

砷中毒可使细胞正常代谢发生障碍,导致细胞死亡。

砷对人的中毒剂量为0.01 -0.052g,致死量为0.06-0.2g。

砷可以通过呼吸、皮肤接触、饮食等途径侵入人体,与蛋白质和酶中的琉基结合,使酶失去活性,抑制体内许多生化过程,引起细胞代谢的严重紊乱。

长期摄入低剂量的砷,经过十几年甚至几十年的体内蓄积才发病。

砷中毒主要表现为有神经损伤、产生末梢神经炎症;肌肉萎缩;头发变脆易于脱落;皮肤色素高度沉着,呈弥漫的灰黑色或深褐色斑点,逐渐融合成大片;手掌脚底皮肤高度角质化:食欲差、消化不良,腹痛、呕吐等。

3生活饮用水中砷的浓度标准
由于地下水中砷存在的普遍性和高毒性,世界各国对于砷的毒理学以及慢性砷中毒
引起癌变的生理过程进行了广泛研究。

研究表明,在饮水高砷与低砷地区,其粮食蔬菜牧草及土壤砷含量无差异,说明饮水型地方性砷中毒的人群过量摄砷来源为饮水中的高砷含量,故科学合理的饮水卫生标准对于防制砷中毒至关重要。

为了保证人体健康,世界卫生组织(WHO)推荐饮用水砷标准为0.01 mg/L,欧盟和美国均采用了此标准。

我国对于砷污染问题也非常重视,2004年11月26日,由联合国和中国政府共同主办,15个国家代表参加的“水质及减砷区域大会”在我国山西太原召开,并发表了《关于水质和砷含量问题太原宣言》,指出业洲地区饮水质量存在的问题,并敦促各国努力解决慢性砷中毒问题。

《太原宣言》呼吁各国配合2005年开始的“联合国国际供水十年”活动,实现联合国到2015年把得不到安全饮水人口减半的发展目标。

2006年我国成立“中国砷中毒协作组”,并于当年3月25日举行了首次协作组会议。

2007年7月1日我国实施了新国标《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006),将饮用水中砷的标准限值从原来的不超过0.05mg/L提高到不超过0.01 mg/L 。

2国内外地下水除砷技术的研究现状
2. 1物理、化学法去除地下水中砷技术的研究现状
在国际和国内大背景条件下,国内外科研工作者研究出各种地下水除砷方法,其中物理化学法主要包括:吸附一过滤法、离子交换法、氧化法、膜过滤法等。

这些理论基础和应用基础研究,为除砷工艺技术的进一步发展和完善奠定了良好的基础。

吸附一过滤法
该法主要利用吸附剂具有大的活性表面积或吸附基团的强大的吸附作用吸附砷,然后过滤或用滤膜除去水中的砷。

吸附剂可分为无机和有机两类,最常见和运用最广泛的无机吸附剂是铁盐(如Fe(OH)2, FeCl2等)和铝盐(如Al(OH)3 ,A1C13)等,也有用煤渣主要成分是和有骨架结构和微孔经粉碎及高温培烧活化后做吸附剂,另外还有聚硅酸铁、无机饰铁稀土基材料、活性炭、椰子壳、锯屑等等。

其中铁盐的除砷效果最好,处理效果主要取决于铁盐水解产物和砷之间的吸附与络合作用,受pH和共存离子影响较大。

其中F e ( III)类混凝剂对As (V)去除率较高,对于As (III}去除效果较差,而地下水中砷多以As ( III)形式存在,此为该方法存在的不足。

由曲久辉和王洪杰等人发明了一种基于原位生成符合金属氧化物的吸附过滤除砷方法的专利,通过制备以铁氧化物、锰氧化物、铝氧化物为基础的原位生成复合金属氧化物除砷吸附剂可用于去除地下水的中的砷,最高能去除1 mg/L的As (III) 曲久辉和张高升等人还提供了一种新型吸附剂一铁锰复合氧化物/硅藻土的制备、使用及再生方法,用这种滤料制成的滤柱能去除1 mg/L的As(III)}滤料饱和后再通过表面重新负载铁锰复合氧化物而再生。

吸附法是目前广泛使用和研究最多的方法,但是由于地下水总砷中As ( III)占大部分,而上述吸附剂对As ( III)的吸附能力有限且再生性差,故限制了其在地下水除砷工艺中的应用。

有研究人员进一步对改性吸附剂如改型斜发沸石、改性高岭土、改性锻烧矾土等进行了研究。

随着纳米技术和纳米新材料的不断推出,开发出纳米吸附剂如TiO2, Fe2O3 ,ZrO2, Ni0等,由于吸附机制的变化使其具有较高的除砷能力。

但一些纳米微粒对生物体产生了有害作用,如Ti02纳米微粒促进了砷在鱼体内的累积聚合纳米颗粒减小了孔隙度并挤压反应床,造成严重的水头损失和操作方面的问题;纳米材料中常用的黏合剂由于其弱凝聚和有毒性也可能产生有害影响。

在吸附法中最值得一提的是新生态Mn02对As ( V)的吸附性能表现优异,受到了国内外研究者的广泛关。

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