陳 強

(福建農林大學資源與環(huán)境學院 350002)

砷的危害及其污染治理技術

陳 強

(福建農林大學資源與環(huán)境學院 350002)

綜述砷的危害及其轉移途徑，總結改變種植品種、施用磷肥、采用稀釋法和吸附法、提高土壤氧化還原電位等措施治理砷污染。

砷；毒性；轉移污染；治理技術

Abstract: In this paper，the arsenic hazards and its transferring pathway are reviewed, and the measures for controlling arsenic pollution were also summarized from the aspects of changing planting varieties, applying phosphate fertilizer, adopting dilution or adsorption methods, increasing soil oxidation reduction potential, etc.

Keywords: Arsenic; toxicity; transfer pollution; treatment technology

我國土壤污染問題日益嚴重，據2014年國家相關部門公布的土壤調查報告表明，全國土壤總的點位超標率為16.1%，其中砷的超標率為2.7%，在調查的無機污染物中居第三[1]。砷在地殼中的含量為1.5 mg/kg，但是砷較容易轉移到土壤、水中。轉移的途徑主要有兩個方面，分別為包含大氣沉降、雨水侵蝕、微生物作用下砷化物的代謝等的生物地球化學循環(huán)過程，以及涉及施用農藥、開采礦物等的人類生活生產活動。我國砷污染呈南北走向，海拔越高，土壤砷含量越高。砷超標區(qū)域主要位于砷的礦區(qū)附近，其附近農田土壤砷污染最為嚴重，土壤砷含量高達1000 mg/kg[2]。

砷的化合物被用于工業(yè)和醫(yī)療等方面，合理的砷含量可以促進人體新陳代謝。但砷也是一種有毒的元素，不合理的利用、排放含砷物質，累積到一定程度，會對人類造成傷害，導致器官變異等。在自然力和人為的影響下，砷可以在環(huán)境中遷移。三價砷與人體中酶的結合，可抑制酶活性，導致糖代謝紊亂、中毒性神經衰弱癥候群等問題。五價砷的毒性是慢性的，可造成脊髓炎、再生不良貧血等后遺癥。因此，對砷的理化性質分析以及對砷的治理刻不容緩，并且針對不同程度的污染，從經濟、地理環(huán)境等方面考慮采用不同的技術治理。

1 砷的性質

1.1理化性質

砷呈灰色，是一種類金屬。砷位于元素周期表第5主族，原子量為74.92，核電荷和電子數(shù)為33，電負性為2.20。砷及其化合物毒性很強，三價砷毒性最強，砷酸鹽的有機態(tài)毒性較小[3]。

1.2毒性

在正常途徑中，砷主要是通過飲食和飲水進入體內，經過呼吸系統(tǒng)進入人體的比較少見。砷會對人體造成比較強的毒性，并且有使細胞組織變異等能力。因此，國家對飲用水的砷含量有相應規(guī)定和約束。

砷本身毒性很小，進入身體后絕大部分不被吸收，并且經過新陳代謝被排出體外。但是三價砷和五價砷有毒性，三價砷毒性強。據相關研究表明，三價砷和五價砷對動物有致畸的作用[4]。臺灣西南沿海地區(qū)的一種地方性疾病烏腳病與砷有關，這種疾病會導致病人肢體出現(xiàn)潰爛等癥狀[5]。

2 砷的轉移途徑

在自然情況下，地下水中的砷大部分來自水和巖石的相互作用，且其含量隨時間和位置而改變，環(huán)境因素也會影響砷在各方面的轉移。對我國臺灣臺北市關渡平原農地土壤進行檢測，發(fā)現(xiàn)其土壤中砷含量超過標準(60 mg/kg)的面積達100多hm2[6]，可能是由于地熱谷附近累積的的砷鉛鐵礬礦物所致。土壤中的砷以不同的形態(tài)存在，主要影響因素是氧化還原電位，一般以砷酸鹽形態(tài)在土壤中存在，在氧化還原電位較低的地點，以亞砷酸鹽形式存在[7]。

2.1機械方法擴散轉移

砷在多孔結構的物質中轉移時，由于多孔結構的存在和滲透性的差異，與地下水運動方向不同，砷的擴散表現(xiàn)在水平和垂直方向上。根據Fick定律，機械方法擴散量與水體中的物質濃度有關，砷濃度越大，在水中的擴散速度就越快。

2.2氧化還原電位和酸堿度對砷的轉化轉移

在水中主要以砷酸鹽和亞砷酸鹽的形態(tài)轉移。水中占主要地位的氧化劑是DO、三價鐵離子、四價錳，還原劑是硫化氫、二價鐵離子和錳離子。水體中的氧化還原點位與酸堿度有關。

在pH值5～7時，帶負電的二氧化砷離子、砷酸鹽離子和亞砷酸鹽離子容易吸引正電的物質，并與這些物質產生難溶物，尤其在氧化劑的作用下，臭蔥石可以與砷發(fā)生反應，形成難溶物，這抑制了砷的轉移，也會讓水中的砷含量降低。在具有還原性的條件下，一些礦物粘土帶有更多的負電子，這大大減少了對砷污染物的吸引，導致水中砷含量較高，隨著水體自身的流動，使其轉移轉化速度得到提高。

在偏堿性條件下，F(xiàn)e(OH)3帶負電，對正電荷具有吸引作用，尤其在有氧化劑的條件下，絕大部分的砷都被釋放到水中，大大提高了砷的轉化轉移率。在pH值4～7時，砷酸鹽會向氫氧化鋁不斷靠攏，pH值4～9時，靠攏能力基本穩(wěn)定。因此，隨著地下水的酸堿度不斷提高，偏堿性物質的不斷聚集，溶解出來的砷酸鹽含量超過亞砷酸鹽，從而使地下水中的砷酸鹽含量提高[8]。

在還原劑較多的狀態(tài)下，三價砷和五價砷比較，三價砷的活性更強。隨著氧化還原電位的減弱，絕大部分的砷以亞酸鹽存在。因此提高了砷的轉化轉移率。

2.3生物體對砷轉化轉移的影響

水中有機物的濃度和生物的活動影響砷的遷移轉化，同時也引起水的電位和酸堿度的變化，沉積物中的有機質含量在同一垂直方向電位不同，有一定的差異。水中的生物死后殘體在化學作用下經多年的沉淀變成含砷的物質，動植物的排泄物經過一系列的反應生成硫化氫，硫化氫又會促進砷形成難溶化合物或者與其他重金屬形成沉淀物，抑制了砷的轉化轉移速度。

許多酸和植物的殘體也會影響著砷的轉移。一定的條件下，酸的一些生色團與砷進行結合，影響到水中砷的含量。同時酸性物質具有還原性，導致砷價態(tài)變低并且析出，促進了砷的轉移。

3 砷污染防治

更換土壤、改變種植品種、使用改良農藥、改變土地用途等在農業(yè)治理砷污染中廣泛運用。對于小面積、污染不嚴重的地塊，可以將表面受污染的土壤更換正常的土壤，使砷的含量減低。對于污染較嚴重、面積較大的地塊，選擇施用適宜的藥劑例如石灰、鈣鎂氧化物，這些藥劑與砷形成不溶物使砷被固定，可減弱砷的轉化轉移以及對動植物的毒性。施用馬糞等也可以有效降低砷的毒性和含量。砷污染主要是大氣以及污水灌溉導致的，因此控制大氣和灌溉水的砷含量是防治砷污染的根本途徑。

3.1優(yōu)化種植品種

砷在土壤中可以轉移，被農作物吸收后通過食物鏈，最后在人的身體中富集，危害人體健康。因此，可以通過種植沒有食用價值的具有超富集砷能力的植物，收割植物從土壤中帶走砷，以實現(xiàn)對砷污染土壤的治理。我國臺灣臺北市關渡平原農地等土壤砷污染嚴重，通過種植蜈蚣草對污染土壤進行有效治理。蜈蚣草在我國熱帶、亞熱帶地區(qū)分布較廣，在歐美等西方國家也有分布，對不同地區(qū)的不同氣候適應性很強，且其對土壤環(huán)境酸堿度要求不高，pH值4.5～8.5均可正常生長，是治理土壤砷污染的首選植物[9]。

3.2施用降砷肥料

研究結果表明，砷污染的土壤施用適宜的磷肥，可以降低砷的毒性。土壤砷濃度小于40 mg/kg，磷與砷的比例4∶1，砷對植物的負面影響(生產緩慢，植株矮化、瘦弱、枯黃死葉等)大幅度減弱，同時磷肥有利于蔬菜作物的生長。施用含有鐵、鋁鹽類的肥料也有控制砷污染的效果，肥料中的鐵、鋁與砷等結合形成沉淀，附著在土壤顆粒上，可減少土壤中的水溶態(tài)砷，降低了植物對其的吸收，從而達到控制污染的目的[10]。

3.3換土法、客土法、稀釋法

換土法和客土法是消除砷污染等重金屬污染比較傳統(tǒng)的方法。換土法是將受污染土壤表土部分或者全部轉移，換上沒有污染的土壤?？屯练▌t是將沒有污染的土壤置于污染土壤的表層，使植物的根部與污染物隔離，控制污染物的轉移。稀釋法是對受污染的土壤進行分層處理，將受污染較為嚴重的土壤用污染較輕或者沒有污染的土壤充分混合，降低土壤中砷的濃度，從而減少對植物的危害。

3.4提高氧化還原電位

合理調整氧化還原電位可以降低土壤中的可溶性砷[6]，并且促進三價砷轉化為五價砷，降低對植物的毒性。通過改變田地的性質，將水田變?yōu)楹堤?，或者水田定期曬田和排水，均可降低土壤氧化還原電位。但是植物體內有一定的氧化還原電位，要求土壤的氧化還原電位要與植物所需要的相適應，適合旱田生長的植物對砷的耐受能力相對較高。微生物類群也能影響土壤的氧化還原電位，增加硝化細菌的密度可以提高氧化還原電位，能夠降低砷對植物的負面影響。

3.5采取改良后的吸附法

海泡石是一種富含鎂纖維狀硅酸鹽黏土礦物，是目前比表面積最高的天然無機礦物質[7]，材料環(huán)保，沒有二次污染，具有較高的經濟價值[10]。對砷有很強的吸附性能，并且價格低，加工程序簡單。用HCl溶液改進的海泡石，可以用于鉻、汞重金屬離子的處理。用三氯化鐵對海泡石進行改良后，可有效吸附去除水中的砷，去除率大于95%，處理后的砷含量低于飲水用的標準。

4 結論與展望

砷在環(huán)境中的遷移轉化受到多種因素影響，砷污染不僅對環(huán)境有影響，對生物體也有重大影響。砷在農業(yè)等各方面被廣泛應用，其用量要嚴格控制。隨著科技的不斷發(fā)展進步，對砷污染的去除技術也取得明顯進步，例如膜處理技術的應用，除砷效果好，操作簡單且無二次污染。但從根本上解決砷污染，應實現(xiàn)清潔生產，對需要利用砷的原料、工藝等實現(xiàn)無砷排放，從而控制砷污染的源頭，達到保護環(huán)境、保證健康的目的。

[1]陳尋峰.砷污染土壤淋洗修復技術研究[D].長沙：湖南大學,2016.

[2]張靖佳,單世平.我國砷污染現(xiàn)狀及生物修復技術的應用與展望[J].農業(yè)網絡信息,2016(11):64-67.

[3]王東華，赫春曦.環(huán)境中的砷[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，1992.

[4]王敏華，趙倫山，吳悅斌.山西山陰、應縣一帶砷中毒區(qū)砷的環(huán)境地球化學研究[J].現(xiàn)代地質，1998，12(2):243-248.

[5]CHIN-HSIAO TSENG,CHOON-KHIM CHONG,CHING-PING TSENG.臺灣烏腳病:它與飲用水中無機砷接觸的關系[J]. AMBIO-人類環(huán)境雜志,2007,36(1):78-80.

[6]李昌靜，衛(wèi)鐘鼎.地下水水質及其污染物[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.

[7]陳懷滿.土壤中化學物質的行為與環(huán)境質量[M].北京：科學出版社，2002.

[8]林熊,唐建,宋銳,等.氧化還原電位水在農業(yè)中的應用概述[J].四川農業(yè)科技,2014(1):56-58.

[9]陳同斌,韋朝陽,黃澤春,等.砷超富集植物蜈蚣草及其對砷的富集特征[J].科學通報,2002(3):207-210.

[10]張琦.海泡石吸附性能研究[D].石家莊：河北工業(yè)大學,2002.

(責任編輯：劉新永)

Arsenichazardsanditspollutioncontroltechnology

CHEN Qiang

(CollegeofResourcesandEnvironmentofFujianAgricultureandForestryUniversity,FujianProvince350002)

2017-05-16

陳強，男，1995年生。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2017.06.024