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孟加拉国高砷地下水问题与对策
时间:2015-08-12 19:58:47  来源:城市化杂志  作者:庾从蓉 河海大学水文水资源学院副教授 

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编者按:

  砷,俗称砒,是一种非金属元素,在化学元素周期表中位于33。它天然存在于地壳中,但如果溶入地下水,与人体长期接触将导致严重的健康风险,包括对皮肤、肺、膀胱和肾脏等的损害,甚至诱发癌症。

  高砷地下水在全球70多个国家均有分布,尤其是在孟加拉、印度、柬埔寨、越南,砷的分布范围更广。近来年,由饮用高砷地下水引发的地方性砷中毒已成为一个全球性环境地质问题。据了解,目前世界范围内约有1.37亿人饮用砷含量超过10μg/L的地下水。在孟加拉国,这个数字达到了5000万!在中国,地下水砷超标同样不容忽视!《科学》杂志曾指出,中国有1958万人生活在地下水砷超标的高风险地区。

  为此,《城市化》杂志特约河海大学水文水资源学院副教授庾从蓉就高砷地下水问题撰文,希望引起更多人对这个长久以来被严重忽视的环境问题的重视。

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  孟加拉国地下水高砷现状

  孟加拉国是一个人口密集的国家,约1.28亿人居住在面积相对较小的区域——147570km2,人口密度867人/km2。孟加拉国的年人口增长率为1.8%,洪水和干旱等自然灾害频繁发生。20世纪70年代以前,孟加拉国农村地区大部分饮用水取自易受粪便污染的地表水源,从而导致诸如腹泻、痢疾、伤寒、霍乱和肝炎等疾病。相对来说,地下水没有致病微生物,而且在孟加拉盆地地下蓄水层埋藏不深,因此当前孟加拉国农村地区生活用水主要取自地下水。

  据估计,目前孟加拉国97%的乡村饮用水供应和农田灌溉都来源于地下水。但是地下水的高砷问题已被确定为盂加拉国地下水资源所面临的最大威胁。世界卫生组织制定的饮用水砷的指导值为l0g/L,而孟家加拉国国家饮用水标准是世界卫生组织饮用水指导值的5倍即50g/L。根据2009年孟加拉国全国饮用水水质调查的数据,大约有两千万人饮用水砷浓度超过50g/L。如果按世界卫生卫组织推荐的10g/L的指导值计算,则这一数据超过四千五百万。根据最新的砷暴露数据,可估算砷暴露浓度大于50g/L可造成每年2.4万成人死亡。全国平均而言,18个死亡的成年人中就有一个与砷相关。

  1、孟加拉国地下水中砷的来源
  
  砷元素在自然环境中是普遍存在的(以固相或液相存在),具有金属和非金属特性。砷通常存在于岩石、土壤、水、空气和生物组织中。在孟加拉国,砷元素自然存在于土壤和地下沉积物中,目前砷(高浓度)被假定为存在于表层覆有氢氧化铁的冲积物中。那砷是如何从土壤进入水中的?

  很多人认为砷元素是在地下30—50米的深度进入水中的,这个深度也是水泵从地下抽水的深度。麻省理工学院教授Charles Harvey的论文证明了微生物代谢有机碳触发了土壤及沉积物中的砷溶入水中,农作物灌溉系统扮演了关键性的角色。2005年,《美国科学学院学报》上的一篇论文的研究结果表明,洪水把砷污染从沉积物中释放了出来。美国斯坦福大学Scott Fendorf领导的研究组的测量表明,释放出的矿物并不存在于地下30—50米的深度,他们认为,砷污染主要存在于地下5米之上的深度。在这个深度中,被污染的水向下深入土壤和岩石,然后作为饮用水从水井中抽出。孟加拉国饮用水中砷元素的来源还在争论中,因此对孟加拉国水循环进行基础研究之后,才能确定地下水砷含量高的原因。

  2、地下水管井通过高砷地带

  20世纪70年代,国际救援及发展组织与孟加拉国政府曾共同努力开凿管井以改善居民饮用水源,为孟加拉国提供了1000余万口手泵井,这项救助措施虽使得孟加拉国国内霍乱等传染病爆发率逐渐下降,也使孟加拉国婴儿和五岁以下儿童的死亡率降低,但与此同时也带来了更严重的与砷有关的癌症以及砷中毒问题。

  当时,由于没有砷存在水溶性成分的证据,因此英国地质调查局的团队对孟加拉国中部和东北部的地下水化学成分试验中没有测试砷含量。英国议会也因此否决了对孟加拉国砷中毒受害者赔偿的上诉。管井的深度与高砷地带相同,使得大概7500万(2004)的居民暴露在高砷的饮用水环境中。

  此外,政府大量挖掘人工池塘,取得泥沙用在防洪工程上。水利工程的存在也加剧了地下水砷污染。

  3、砷中毒的危害

  砷俗称砒霜,能够对人类健康造成危害。人体不会积聚砷且能够自然排泄砷。如果人体摄取砷的总量大于砷的排泄量,砷将积聚在毛发和指甲中。营养不良和社会经济条件的落后能够加重砷毒性的危害。早期的砷中毒症状是皮肤出现黑斑点,进一步发展将使皮肤硬化(通常开始于手掌和脚掌)。世界卫生组织1996年指出 ,长期与砷接触,砷中毒症状(例如皮肤硬化)能够持续5—10年。久而久之,砷中毒症状将变得越来越明显,在某些情况下,内脏(包括肝脏、肾脏和肺)也会受到影响。当砷中毒非常严重时能够诱发癌症(例如皮肤癌和肝癌等)和四肢坏疽。

   4、孟加拉地下水砷含量高,影响范围广

  据报导,在孟加拉国的一些地区,地下水中砷的浓度高达2000g/L。同时,公共卫生管理部门也发现,在3,000,000—4,000,000口供水井中,有l,200,000口(29%)供水井受到了砷污染。

  至2007年为止,印度环境研究院会同孟加拉国Dhaka社区医院已经对该国大约68000个村中的3600个村完成了压把井水样的采集分析工作。其中有2500个村的水砷含量超过10g/L(世界卫生组织饮用水砷的指导值),2000个村超过50g/L (孟加拉国饮水含砷量标准)。基于对孟加拉国所有64个县50808份水样的检测分析,发现有60个县水中砷含量超过10g/L,51个县超过50g/L。医疗组对该国31个县77个警管区260个村的18991人进行了临床诊察,确认3762人有皮肤病损症状。分析结果表明,该国有40.3%的压把井水砷含量超过10g/L,有26.3%超过50g/L。

  5、砷中毒意识的淡薄

  由于孟加拉国当地居民砷中毒知识的匮乏,目前很多居民认为身体的中毒现象与饮用水无关。另外,由于化合物化学和物理组成、砷进人人体的路径、摄取剂量和接触时间以及砷接触个体的性别和年龄的不同,砷对人体的毒性也各不相同,造成饮用同一井水的人砷中毒表现的程度明显不一。砷中毒的社会接受度的不足导致很多人还在继续饮用高砷的地下水。

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  面对如此灾难,人们的应对措施

  1、用简单、有效的野外测试包鉴定砷含量超标的水井

  彼此临近的水井中的水所含的砷浓度可能极其不同,因为这些水井可能钻入有着不同砷含量的不同深度蓄水层。考虑到高砷井数量巨大,所以用低成本简单的野外测试包的鉴定方法给井水进行监测,然后给水井标上色标以便将适于采集饮用水的井与只适用于其他用途的井区分开来,非常有效。

  2、使用无污染或污染较少的水井

  有了科学的监测方法之后,就可以区分无污染与有污染的水井,尽量使用无污染或污染较少的水井。

  在某些情况中,不可能只凭一种技术来向社区提供可持续的、能负担得起的安全水供应。如果不能获得全年都安全的水源,那么或许必须采取短期解决办法,在雨季期间使用一种水源(例如,地下水或雨水),而在旱季期间使用另一种水源(例如,去除砷污染后的水或经过家庭消毒剂处理的池塘水)。

  3、去除饮用水中砷的方法

  直接对饮用水进行过滤和吸附处理,包括:

  (1)利用商业生产的能去除水中某些化合物的合成树脂进行离子交换,这些树脂能去除砷酸盐但不能去除亚砷酸盐;

  (2)用可从商业渠道获得的粗粒活性氧化铝进行过滤;

  (3)可以用沙进行过滤。如果富含砷的水还含有高浓度溶解铁,在通过过滤去除铁的时候也将去除大部分砷。该方法由于成本高,在现实中并没有起到真正的作用。

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  4、进行大规模教育和培训

  为了收到更大成效,必须通过交流、支持等方式努力改变行为,鼓励使用其他水源或进行家庭水处理。因此,长期解决办法应包括就砷的有害影响以及避免这些影响的办法进行大规模教育和培训。

  5、国家以及世界卫生组织的努力

  (1)世界各组织联合对砷污染程度进行评估

  世界银行、联合国儿童基金会(UNICEF)、世界卫生组织和一些其他国际援助机构联合作出决定(1997),对孟加拉国砷污染的程度进行评估,通过野外比色测定法对所有手泵水井进行测试。到目前为止,已对超过100万口水井进行了测试。把砷浓度大于50g/L的水井涂上红色油漆,代表该水井的地下水是不能饮用的;对砷浓度小于50g/L的水井涂上绿色油漆,代表该水井中的地下水是可以饮用的。

  (2)联合国基金会拨款提供清洁饮用水

  2000 年7 月核准的一笔250 万美元联合国基金会拨款使世卫组织和儿童基金会得以支持一个项目,向孟加拉国受影响最严重的三个分区中的110 万人提供其他清洁饮水供应。该项目运用了一种综合措施,包括交流,加强分区及以下各级所有利益相关方的技能,检验管井,管理患者以及提供其他供水办法等。令人关注的一个问题是必须继续促进公共卫生人员的认识和参与。
  
  (3)世界卫生组织开发筛查砷的简单现场工具包以及去除砷的产品

  世卫组织(泛美卫生组织)泛美卫生工程和环境科学中心开发了筛查饮用水中砷成分的简单现场工具包,以及用于家庭去除饮用水中砷的技术和一项产品,该技术和产品已在阿根廷、墨西哥和秘鲁得到应用。世卫组织在美洲区域的应对工作还包括向有关国家提供关于在阿根廷、墨西哥、尼加拉瓜和秘鲁农村社区进行风险评估和风险管理的指导。

  (4)致力于其他问题的加强与防范

  饮用含砷水的后果以实例证明饮用水和健康方面新出现的令人关注的问题。除开展减少砷的活动以及与实际或可能受到砷污染饮用水影响的会员国进行合作外,秘书处一直以来还致力于加强对其他新出现问题的防范,例如开发了一个简单的迅速评估和筛查工具以便确定饮用水中哪些化学物质可能给健康造成危害。

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  环境修复应与经济社会相结合

  我的家乡在云南个旧,这座城市素有“锡都”之称。这里因盛产大锡而闻名中外,已有数千年的开采、冶炼历史,但也因为矿产开采和冶炼的过度,这里的环境污染已经到了不得不治的程度——在开采和冶炼的过程中,大部分企业没有足够的环境保护意识,或者不愿意为环境保护花费资金,随意堆放废物、排放废水,致使污染物质随雨水和废水进入河水和地下水中,使水源受到不同程度的污染。天长日久,重金属污染危害显现:这里成为了一个癌症高发地区,几乎所有的癌症类型在这里都有。

  个旧附近的部分乡镇,曾经是“鱼米之乡”,盛产水稻、甘蔗、石榴、青笋等农作物,但由于经济和社会发展的需求,对锡、铅、铜等矿石开采、选矿、冶炼的企业逐渐增多,使这些农作物受到污染,产量减少,最后不再栽种,这些都是矿物开采、选矿、冶炼导致环境污染的例子。

  在各种类别的地下水污染中,砷污染是最难治理的污染之一。中国在20世纪80年代也曾有过一个时期,随意向水中排放放射性矿物。这种情况虽然现在已经得到了有效控制,但是污染遗留问题依然严峻。几年前,曾有民间组织沿湘江调查,看湘江水中砷的含量;如今,我国内蒙地区仍然是砷污染情况较为严重的地区。

  防治环境污染,向社会各方做好观念普及十分重要。孟加拉国地下水含砷问题格外突出,目前数千万居民的身体健康受到砷污染的威胁。20世纪70年代以来,为了解决生活用水问题,孟加拉政府在国际援助机构帮助下在全国各地打了数百万口深层管井,但是由于当时没有检测地下水矿物元素中砷的含量,而刚好孟加拉岩层的高砷带从井水抽取带上通过,当地人饮用地下水后,皮肤溃烂、骨头变形等症状增多。之后人们才找到症因,又花费了很多时间、金钱,人力和物力补救。但目前还有很多居民在饮用高砷水,他们在观念上认为那是无害的——污染观念的局限性导致了污染治理的周折。

  现在,虽然环境污染修复技术已经有了很大提升,但是很多时候只靠科学技术无法从根本上解决环境问题。环境污染的治理还应当与经济社会相结合。甘肃省张掖市高台县骆驼城就是一个很好的例子。骆驼城灌区气候干旱,降水量少、蒸发量大,地下水资源允许开采量较小,地表水供给量受到黑河分水方案限制。水资源条件与农业经济结构布局不相适应,水资源供需矛盾突出。由于骆驼城乡距离地表水较远,输水费用又太高,各个机构难以分配利益,所以都不太愿意往这个地区输水,造成地表水供给不足。结果只能靠大量提取地下水进行灌溉,致使地下水位急速下降,造成地面沉降、水质变坏等环境问题。若仅从技术的角度考虑,制止地下水水位的下降,应思考如何实现总水量的优化配置。但是该怎样实现地下水、地表水的优化配置?中间就是各个利益团体之间的平衡。所以技术人员做模型时,除了考虑物理因素——怎样最优化分配水量、污染物怎样迁移等——之外,还要把经济、社会因素考虑在内,做好各方利益的平衡,最终才能真正解决实际问题。再者,如果灌区供水水量不够,调整农作物结构、增加节水措施、减少灌区面积等也是解决问题的有效途径。

  再以北京为例。北京周边有很多企业,造成了城市环境的污染。如果把这些企业全部迁往外地,短期内很难做到;如果把这些企业撤销掉,则会造成大批人失业——这是生存与环境之间的矛盾。数量庞大的人群在短期内失去生活保障,必然导致社会不稳定因素增加。对于政府、社会来说,首先要“以人为本”,如果人们的生活都无以为继,那么再怎么“山清水秀”也是无价值的。所以在两者的取舍上,目前情况下,更倾向于先牺牲一部分环境,提高民众的生活水平后再考虑可持续发展的问题。

  对于环境治理,政府、企业与学术界各有角度。理工科做研究,很多时候是从技术角度出发考虑问题,但有时候会发现技术与实际问题之间是存在距离的,要把社会经济的成分放进去才可填补这个距离。所以,做好当下中国的环境污染修复工作,应该将科学技术与经济社会结合在一起,这两者是一个整体,不能把它们割离开。

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