试析环境砷污染及其治理技术发展趋势

论文关键词：砷污染　防治　主要对策　生物法

论文摘要：本文阐述了砷的毒性以及其引起的环境污染，并详细说明了国内砷污染的现状，随后总结了砷污染防治的方法，及砷污染的主要对策—生物法。生物法是一种环境友好的方法，它包括微生物法和植物法以及微生物和植物联合修复法。其中利用微生物和植物联合修复法具有很好的发展前景，是未来治理受砷污染的水体和土壤的主要方法。

1.砷的毒性

砷属类金属，但因其行为与来源都与重金属相似，常被列为霓金属来研究。在自然界有三价无机态as(ii1)、五价无机态as( v)和有机砷mma(甲基肿酸).dma(二甲基肿酸),tma(三甲基砷酸)等。有机砷中除了砷化氢衍生物外一般毒性较弱。无机砷有剧毒，其中三价砷as(ii1)较五价砷as( v)毒性高约100倍。砷化合物可从呼吸道、食道和皮肤接触进入人体。进入人体的三价砷化合物能和硫基作用，抑制蛋白酶的活性并致癌;五价砷其结构类似磷化合物，能干扰人体代谢。砷对人体内许多器官都会造成损伤，是环境中重要的致癌物。今天的卫生学和环境学研究者应该意识到，剧毒的砷对人体造成的危害往往是一个长期的、慢性的健康效应，即砷对那些长时间与之接触(如通过食物链)的人群产生健康负效应。在人类大规模经济活动之前，砷处于自然循环的平衡之中，由于人类工业活动扩张，加快了砷在环境中的迁移和转化，在局部地区造成了砷在环境中的积累，从而危害动植物，甚至威胁到人类的健康，这种状况就是通常所说的砷污染。世界上曾发生多次砷中毒事件，因此含砷化合物污染和防治已日益引起人们的普遍关往。因此，研究已有砷污染的对策是必要的。

2砷污染现状

砷污染目前己经是个全球性问题。亚洲是砷污染最为严重的地区，目前世界上的砷污染主要是在孟加拉国、印度和中国，以砷污染地下水为主。当孟加拉东部和西部的饮用水出现高砷水平，超过4000万人暴露在含超过50 ppb砷的环境中时，砷污染就己经严重到成为灾难的地步了。由于目前全世界采用地下水源作为饮用水，并试图取代严重污染地表水源的趋势的生长，砷引起了全球范围的中毒性流行病，以致在许多国家近上千万人被认为处于极度危险中。

砷污染虽然有地质的原因但在中国主要来源于采矿及冶金业废水，污染土壤、地下水及河流。我国在很早以前就已发现了饮用水型砷中毒的存在，远早于备受国际关注的孟加拉国和印度。我国的很多省市都存在着不同程度的砷污染情况。据新闻报道，目前已有至少十个省、自治区发现了饮用水型砷中毒。在土壤砷污染方面，我国南方地区如湖南、广东和广西的某些地区，由于矿冶、制酸造成的砷污染已相当严重。据新闻报道，广西、湖南两省至少有上千平方公里的土壤正遭受着砷污染，而云南、贵州，包括湖北一些地区也面临着严重的砷污染问题。这些地区除地质因素造成的砷污染外，在矿藏开采中忽略了对环境的保护，使得这些矿区周围3040公里都受到砷的污染。具体的砷污染源一是土法炼砷，即把毒砂矿(feass)用上窑焚烧，生成砒霜蒸气，再冷凝结晶即可制得砒霜，污染源主要是砒霜蒸气外逸及矿渣;二是制酸企业使用的黄铁矿。

中含有砷，在拂腾炉中焚烧时生成砒霜蒸气，经过水洗后进入废水中，处理不达标排放，造成水体的砷污染。经过焚烧后，水溶态的砷不可能经微生物的作用转化回毒砂矿。

3砷污染的防治技术发展趋势

矿业及冶金业是造成砷污染的主要原因。开采、焙烧、冶炼含砷矿石以及生产水溶性含砷产品过程中产生的含砷“三废”是环境中砷污染的主要来源。而砷污染对人类造成的影响主要是饮用水源污染及地方性砷中毒。避免砷进入食物链，是防治砷污染的关键。由于砷这种类金属元素是不能被降解的，其在地球中的含量也不能减少，只能采取一些方法把砷转移到安全的地方或者把高毒性的砷转化为低毒性的砷，甚至转化为低水溶性或不溶于水的矿化物质，使其对人类和环境的影响降到最小。

3.1预防措施

(1)加强环境监测，建立重点地区空气、饮用水源等流体中的砷污染预报机制，同时加强重点地区土壤中砷的监测，解决好高砷地区人畜用水及农业灌溉用水问题。

(2)加强含砷矿藏及其冶炼过程的管理，取缔土法炼砷的工厂，冶炼砷的工厂和其它冶金工厂的“三废”必须达标排放，对高砷煤采取强制性脱砷处理，从根本上降低空气中砷含量。

(3)加强含砷化工产品管理，特别要加强对含砷农药和医药的监管，要加强这些毒性药物的使用常识培训，最大程度减少人为中毒情况的发生。

3.2治理策略

砷污染治理方法主要包括物理方法、化学方法和生物方法。

物理法主要是采用一些过滤器，例如活性炭过滤器吸附来减少废水中砷的浓度。对于土壤砷污染，若面积不大，可采用客土法，对换出土壤要妥善处理，防止二次污染。亦可将污染土壤翻到下层，深埋程度以不污染作物而定。

化学法则指采用化学试剂使砷变成人体难以吸收的化合物。如在含砷废水中投加石灰、硫酸亚铁和液氯(或漂白粉)，将砷沉锭然后对废渣进行处理，也可以让含砷废水通过硫化铁滤床或用硫酸铁、氯化铁和氢氧化铁凝结沉锭等。

物理法和化学法的缺点是费用高，二次污染大等。 生物法则指生物转化法或者植物修复法。生物法具有物理和化学法所没有的优点，环保，低成本，高效益，能够进行原位修复，所以是砷污染治理技术发展的主要方向。

4砷污染治理技术主要方向—生物法

4.1微生物法

微生物不仅种类繁多，数量极大，分布广泛，而且具有繁殖迅速，个体微小，比表面积大，对环境适应能力强等特点，因而成为人类最宝贵、最具开发潜力的资源库之一。基本上所有的细菌都有对付毒性金属离子的抗性基因，其中最大(数量最多)的抗性系统是由耗能的毒性离子外排系统起作用，其次为通过酶来转化的系统(氧化还原，甲基化和脱甲基化)，或者由金属结合蛋白解毒(如金属硫蛋白smta, chaperon copt和周质银结合蛋白。微生物参与了砷在环境中循环的多个环节，如土壤/水体中砷的相互转化、砷由地表向地下和水体的迁移、生物甲基化产生的气态砷和微生物对砷的吸附、固定等。砷虽然对人体有毒，但微生物对砷的适应性极强，甚至有的微生物以砷作为其生长的能源。细菌对砷的抗性和代谢系统有三种模式:一是最为广泛存在的为砷操纵子，它们存在于大多数细菌的基因组和质粒中;二是最近发现的arr基因，这是周质区的as( v)还原酶它在厌氧呼吸中起作用，使as( v)作为末端电子受体;三是aso基因编码周质as( iii )氧化酶，它在好氧环境下发挥抗耐as( iii)作用，使as( iii)成为电子供体，转化为低毒的as( v )。鉴于这三种模式，我们可以从受砷污染或者未受砷污染的环境中筛选得到抗耐砷菌，把环境中的砷吸附和解毒。例如日本研究人员利用微生物对砷的吸附特性将砷从水体中去除最近还有被提到微生物甲基化砷，由于砷甲基化三甲基砷最终产物是无毒的，因此微生物甲基化砷成为了新的研究热点。

4.2植物修复法

植物修复是利用某种植物来净化受重金属及/或有机污染物如原油、溶剂以及聚合碳氢化学物(pahs)污染的土壤、沉淀和水体。植物修复按其修复的机理和过程可分为植物萃取、植物固定、植物挥发、根系过滤、植物降解。其中，植物萃取(phytoextraction)是指利用植物根系吸收土壤污染物质并运送至植物地部，通过收割地部物质而达到去除土壤中污染物的一种方法。

对于不同的要修复的污染点要联合植物生理学、农学、微生物学、水文地质学以及工程学来选择适当的植物和条件。适当的植物有两种，一种是转基因植物，另一种是超富集植物。陈同斌等人在中国境内找到砷的超富集植物凤尾蔗属的蚁蚁草(pteris vittata l.)，经野外调查表明，蚁蚁草对砷具有很强的富集作用，在含砷9 mg/kg的正常土壤中，蚁蚁草地下部和地上部对砷的生物富集系数分别高达71和80 ma等人也报道在美国发现的蚁蛤草能在23400 mg as/kg的矿渣上正常生长。除了蚁蚁草，还有大叶井口边草(pteris cretical.)。大叶井口边草地上部的平均含砷量为418 mg/kg(干重，下同)，最大含砷量可达694 mg/kg;地下部(根)的平均含砷量为293 mg/kg，最大含砷量552 mg/kg，地上部含砷量均大于土壤砷含量，且随土壤砷含量的增加而增加，其生物富集系数为1.34.8。我们可以通过利用种植砷超富集植物来提取受砷污染土壤中的砷，并通过收割其地上部并进行处置来净化土壤。至于转基因植物就是利用改变植物的基因，使得某种植物具备抗耐砷并且能够富集砷的基因。dhankher等将细菌的砷还原酶基因arsc和谷氨酞半脱氨酸合成酶基因同时转入拟南芥植株中，得到了砷高耐受和高积累的转基因植株。转基因植物虽然当前尚无实用价值，但为植物修复开辟了新途径。

4.3微生物与植物联合修复

自然界许多微生物都有抗砷耐砷转化砷价态的功能，同样的不少根际微生物细菌有促进植物生长的功能。如果将这些有促进蚁蛤草生长的抗砷菌种，接种到娱蛤草的幼苗，然后用到砷污染土壤的整治上，将可以提高砷的去除率。因此利用微生物与植物联合修复受砷污染的水体和土壤不失为一种好方法，使得砷最终能够从污染的环境中分离出来。目前对微生物和植物联合修复受砷污染土壤的报道还比较少，但这方面应用前景很大，充分结合了微生物和植物修复的优点，既环保，又经济，最大的优点是能把受污染点的砷转移到安全的地方进行集中处理处置。

5结论

砷是一种对人类有害的类金属，但其也是一种人类需要的微量元素，据报道砒霜甚至可以用于治疗某种白血病，在人类社会中发挥一定的作用。因此砷化合物的生产和使用是不能避免的，我们必须采取有效的办法使得砷对环境的污染最小，而且必须合理地回收并处置环境中的砷。化学法和物理法可以用于治理砷污染废水或者废渣，而生物法则可以用于处理受砷污染的水体和土壤。鉴于砷的毒性，以及化学法和物理法的治理费用高，容易产生二次污染等特点，我们在今后应加大力度研究生物法除砷，筛选抗耐砷并能转化砷的微生物，并联合超富集植物进行修复受砷污染水体和土壤，充分利用这种对环境友好的方法来对受砷污染点进行彻底的处理。