资源描述
l l引言l l控制高砷地下水溶质迁移的过程与因素l l地下水砷污染防治措施l l展望（需要深入调查研究的问题）汇报提纲ll引言汇报提纲引言汇报提纲1 1l l砷的毒理效应l l全球地下水砷异常与地砷病分布特征l l我国饮水型砷中毒分布特征1 1 引言引言ll砷的毒理效应砷的毒理效应11引言引言2 2 砷的毒性砷的毒性 砷是一种砷是一种分布最广、危害性最大分布最广、危害性最大的有毒污染物，其毒性的有毒污染物，其毒性在古代就因砒霜对人体产生剧毒而广为人知，与在古代就因砒霜对人体产生剧毒而广为人知，与HgHg、CdCd、CrCr、PbPb被称为被称为“五毒五毒”。19681968年世界卫生组织颁布的年世界卫生组织颁布的环境污染报告中把砷排在环境污染报告中把砷排在首位首位 对人体的损害是对人体的损害是全身性的、多系统全身性的、多系统的的世界卫生组织，世界卫生组织，19851985：呼吸系统、消化系统、心血管系统、神经系统：呼吸系统、消化系统、心血管系统、神经系统和造血系统和造血系统1.1 砷的毒理效应砷的毒理效应ll砷的毒性砷的毒性1.11.1砷的毒理效应砷的毒理效应3 3 慢性饮水型砷中毒的症状慢性饮水型砷中毒的症状l l在临床上有较好的特异性，主要表现为皮肤损害：在临床上有较好的特异性，主要表现为皮肤损害：色素沉着、色素脱失、皮肤角化、严重者见鲍文氏色素沉着、色素脱失、皮肤角化、严重者见鲍文氏病和皮肤癌，病和皮肤癌，还可能与周围神经损伤、心血管疾病、还可能与周围神经损伤、心血管疾病、内脏癌相关内脏癌相关l l也常表现为也常表现为体弱、疲乏、记忆力下降，腹痛、腹泻体弱、疲乏、记忆力下降，腹痛、腹泻等胃肠道症状等胃肠道症状，手足麻木、感觉障碍等多发性神经手足麻木、感觉障碍等多发性神经炎炎，常伴有肝肿大、肢体血管痉挛及癌症高发现象，常伴有肝肿大、肢体血管痉挛及癌症高发现象1.1 砷的毒理效应砷的毒理效应ll慢性饮水型砷中毒的症状慢性饮水型砷中毒的症状1.11.1砷的毒理效应砷的毒理效应4 4砷中毒引起的砷中毒引起的手足皮肤病变手足皮肤病变ll 砷中毒引起的手足皮肤病变砷中毒引起的手足皮肤病变5 5B A A、砷中毒引起的人体皮肤病变砷中毒引起的人体皮肤病变A ABB、孟加拉国水砷中毒患者、孟加拉国水砷中毒患者（引自（引自Md.Masud Karim，2000)B BllBA BA、砷中毒引起的人体皮肤病变、砷中毒引起的人体皮肤病变ABBABB、孟加拉国水砷中毒患者、孟加拉国水砷中毒患者6 61.1 砷的毒理效应砷的毒理效应l l致癌性致癌性l l从慢性砷暴露开始约从慢性砷暴露开始约2020至至3030年，癌症开始发病年，癌症开始发病l l我国继台湾、新疆后，又在内蒙、山西相继发现了这我国继台湾、新疆后，又在内蒙、山西相继发现了这种饮水型砷中毒引起癌症的高发倾向种饮水型砷中毒引起癌症的高发倾向l l中远期效应中远期效应l l即使在脱离接触高砷水即使在脱离接触高砷水5 52020年期间，机体内蓄积的砷年期间，机体内蓄积的砷仍然很高，砷中毒所形成的皮肤病变在部分病人中仍仍然很高，砷中毒所形成的皮肤病变在部分病人中仍明显可见，并可能发生癌变明显可见，并可能发生癌变ll1.11.1砷的毒理效应致癌性砷的毒理效应致癌性7 7 砷中毒的浓度砷中毒的浓度l l各国关于水砷的标准还不统一各国关于水砷的标准还不统一各国关于水砷的标准还不统一各国关于水砷的标准还不统一l l美国和欧盟等为美国和欧盟等为美国和欧盟等为美国和欧盟等为0.01 mg/L0.01 mg/L，同世界卫生组织，同世界卫生组织，同世界卫生组织，同世界卫生组织l l中国等大多数国家和地区为中国等大多数国家和地区为中国等大多数国家和地区为中国等大多数国家和地区为0.040.040.05 mg/L0.05 mg/Ll l流行病学研究表明，流行病学研究表明，流行病学研究表明，流行病学研究表明，砷化物的毒性砷化物的毒性砷化物的毒性砷化物的毒性除砷的总量过除砷的总量过除砷的总量过除砷的总量过高外，还与高外，还与高外，还与高外，还与砷的价态、结合态、人群特征砷的价态、结合态、人群特征砷的价态、结合态、人群特征砷的价态、结合态、人群特征（年龄、（年龄、（年龄、（年龄、性别、个体差异）、性别、个体差异）、性别、个体差异）、性别、个体差异）、暴露年限、生活习惯及营养暴露年限、生活习惯及营养暴露年限、生活习惯及营养暴露年限、生活习惯及营养状况状况状况状况有关，尤其与有关，尤其与有关，尤其与有关，尤其与砷的存在形态砷的存在形态砷的存在形态砷的存在形态密切相关密切相关密切相关密切相关1.1 砷的毒理效应砷的毒理效应ll砷中毒的浓度砷中毒的浓度1.11.1砷的毒理效应砷的毒理效应8 8 砷中毒的浓度砷中毒的浓度l l单质砷无害，有机砷除砷化氢衍生物外毒性较弱单质砷无害，有机砷除砷化氢衍生物外毒性较弱l l砷化氢砷化氢 三价砷的化合物三价砷的化合物 五价砷的化合物五价砷的化合物 甲基化砷甲基化砷l l侯少范等（侯少范等（20022002）对内蒙古病区研究表明）对内蒙古病区研究表明l l饮水中饮水中As(As()和和As(V)As(V)是饮水型砷中毒的主要因素是饮水型砷中毒的主要因素l lAs(As()As(V)As(V)，MMAMMA和和DMADMA未见有明显的作用未见有明显的作用1.1 砷的毒理效应砷的毒理效应ll砷中毒的浓度砷中毒的浓度1.11.1砷的毒理效应砷的毒理效应9 9l l地方性砷中毒已远非地方性问题，而是地方性砷中毒已远非地方性问题，而是地方性砷中毒已远非地方性问题，而是地方性砷中毒已远非地方性问题，而是全世界共同的全世界共同的全世界共同的全世界共同的难题，正威胁着至少难题，正威胁着至少难题，正威胁着至少难题，正威胁着至少2222个国家和地区的亿万人口个国家和地区的亿万人口个国家和地区的亿万人口个国家和地区的亿万人口l l最为严重的是最为严重的是最为严重的是最为严重的是孟加拉、印度、中国孟加拉、印度、中国孟加拉、印度、中国孟加拉、印度、中国，其中，美国、智，其中，美国、智，其中，美国、智，其中，美国、智利、中阿根廷、墨西哥、罗马尼亚、匈牙利和越南等利、中阿根廷、墨西哥、罗马尼亚、匈牙利和越南等利、中阿根廷、墨西哥、罗马尼亚、匈牙利和越南等利、中阿根廷、墨西哥、罗马尼亚、匈牙利和越南等国家也不同程度地存在病区国家也不同程度地存在病区国家也不同程度地存在病区国家也不同程度地存在病区l l局部地下水砷异常的国家越来越多局部地下水砷异常的国家越来越多局部地下水砷异常的国家越来越多局部地下水砷异常的国家越来越多，每年，都有来自，每年，都有来自，每年，都有来自，每年，都有来自亚洲国家的关于水砷污染的报道。由于砷不是实验室亚洲国家的关于水砷污染的报道。由于砷不是实验室亚洲国家的关于水砷污染的报道。由于砷不是实验室亚洲国家的关于水砷污染的报道。由于砷不是实验室水质常规分析的元素，所以，漏掉了很多高砷水水质常规分析的元素，所以，漏掉了很多高砷水水质常规分析的元素，所以，漏掉了很多高砷水水质常规分析的元素，所以，漏掉了很多高砷水1.2 1.2 全球砷异常的地理分布全球砷异常的地理分布ll地方性砷中毒已远非地方性问题，而是全世界共同的难题，正威胁着地方性砷中毒已远非地方性问题，而是全世界共同的难题，正威胁着1010全球范围内主要高砷地下水分布区（全球范围内主要高砷地下水分布区（全球范围内主要高砷地下水分布区（全球范围内主要高砷地下水分布区（Smedley,2002Smedley,2002Smedley,2002Smedley,2002）ll全球范围内主要高砷地下水分布区（全球范围内主要高砷地下水分布区（Smedley,2002Smedley,2002）1111l l地质成因的低温地下水砷异常地质成因的低温地下水砷异常地质成因的低温地下水砷异常地质成因的低温地下水砷异常最常见的污染最常见的污染最常见的污染最常见的污染类型，包括污染最严重的类型，包括污染最严重的类型，包括污染最严重的类型，包括污染最严重的孟加拉、印度、中国孟加拉、印度、中国孟加拉、印度、中国孟加拉、印度、中国等等等等大部分地区大部分地区大部分地区大部分地区l l地热水砷异常地热水砷异常地热水砷异常地热水砷异常包括包括包括包括阿根廷、日本、新西兰、阿根廷、日本、新西兰、阿根廷、日本、新西兰、阿根廷、日本、新西兰、智利、勘察加半岛、冰岛、法兰西、多米尼加和智利、勘察加半岛、冰岛、法兰西、多米尼加和智利、勘察加半岛、冰岛、法兰西、多米尼加和智利、勘察加半岛、冰岛、法兰西、多米尼加和美国美国美国美国的热泉的热泉的热泉的热泉l l采矿引起的地下水砷污染采矿引起的地下水砷污染采矿引起的地下水砷污染采矿引起的地下水砷污染在世界上的许多地在世界上的许多地在世界上的许多地在世界上的许多地方也已经发现，包括方也已经发现，包括方也已经发现，包括方也已经发现，包括加纳、希腊、泰国和美国加纳、希腊、泰国和美国加纳、希腊、泰国和美国加纳、希腊、泰国和美国地下水砷污染的类型地下水砷污染的类型ll地质成因的低温地下水砷异常地质成因的低温地下水砷异常最常见的污染类型，包括污染最严最常见的污染类型，包括污染最严1212亚洲高砷地下水影响地区（亚洲高砷地下水影响地区（D.Chakraborti et al.,2002D.Chakraborti et al.,2002）(1)新疆；(2)吉林；(3)辽宁；(4)内蒙；(5)宁夏；(6)山西；(7)巴基斯坦Jhelum；(8)巴基斯坦Gujrat；(9)孟加拉；(10)尼泊尔；(11)贵州；(12)台湾；(13)河内；(14)缅甸；(15)老挝；(16)西孟加拉邦，印度(17)柬埔寨；(18)泰国Ronphibunll亚洲高砷地下水影响地区（亚洲高砷地下水影响地区（D.ChakrabortietD.Chakrabortiet13131.3 1.3 我国饮水型砷中毒病区我国饮水型砷中毒病区l l分布于分布于分布于分布于8 8个省个省个省个省（市（市（市（市/区），区），区），区），4040个县个县个县个县（旗（旗（旗（旗/市），受影响人口达市），受影响人口达市），受影响人口达市），受影响人口达234234万人万人万人万人，其中饮水砷，其中饮水砷，其中饮水砷，其中饮水砷0.05 mg/L0.05 mg/L高砷暴露人口高砷暴露人口高砷暴露人口高砷暴露人口5252万人万人万人万人l l我国地方性砷中毒我国地方性砷中毒我国地方性砷中毒我国地方性砷中毒l l2020世纪世纪世纪世纪6060年代始见于年代始见于年代始见于年代始见于台湾台湾台湾台湾l l8080年代年代年代年代新疆奎屯新疆奎屯新疆奎屯新疆奎屯地区流行，砷暴露人口约地区流行，砷暴露人口约地区流行，砷暴露人口约地区流行，砷暴露人口约1010万万万万l l后又在后又在后又在后又在内蒙古河套地区内蒙古河套地区内蒙古河套地区内蒙古河套地区发现，受威胁人口约发现，受威胁人口约发现，受威胁人口约发现，受威胁人口约2020万万万万l l9090年代初在年代初在年代初在年代初在山西大同、运城和太原山西大同、运城和太原山西大同、运城和太原山西大同、运城和太原三大盆地发现，总面积约三大盆地发现，总面积约三大盆地发现，总面积约三大盆地发现，总面积约2150 2150 kmkm2 2，1818个县（市、区）个县（市、区）个县（市、区）个县（市、区）4444个乡（镇）个乡（镇）个乡（镇）个乡（镇）116116个村个村个村个村l l115115万万万万饮水型地方性砷中毒病区人口需要改水饮水型地方性砷中毒病区人口需要改水饮水型地方性砷中毒病区人口需要改水饮水型地方性砷中毒病区人口需要改水ll1.31.3我国饮水型砷中毒病区分布于我国饮水型砷中毒病区分布于8 8个省（市个省（市/区），区），4040个县个县1414我国地方性砷中毒流行特点我国地方性砷中毒流行特点l l地理地形地理地形:除内蒙赤峰克旗的除内蒙赤峰克旗的2 2个饮水型砷中毒村处于山个饮水型砷中毒村处于山区外，其余均为平原、盆地或高原区外，其余均为平原、盆地或高原l l北方内陆干旱盆地高砷含水层为第四系含有机质的湖沼地层；该层有机北方内陆干旱盆地高砷含水层为第四系含有机质的湖沼地层；该层有机质可将水中质可将水中As(V)As(V)还原成还原成As(III)As(III)，提高了水的毒性，提高了水的毒性l l性别性别:男性高于女性，可能为男性饮水量与膳食量一般大男性高于女性，可能为男性饮水量与膳食量一般大于女性，且其生活习惯较差于女性，且其生活习惯较差l l重病区山阴县地区的男性居民经常直接饮用大量未经煮沸的生水，致使重病区山阴县地区的男性居民经常直接饮用大量未经煮沸的生水，致使其总摄砷量较高，且饮水中的其总摄砷量较高，且饮水中的As(III)As(III)未被氧化未被氧化l l年龄：年龄：各年龄组均可患病各年龄组均可患病l l内蒙杭后旗内蒙杭后旗8 8岁儿童患严重的饮水型砷中毒，山阴县患严重的饮水型砷中岁儿童患严重的饮水型砷中毒，山阴县患严重的饮水型砷中毒且患癌早亡的多为中老年男性毒且患癌早亡的多为中老年男性ll我国地方性砷中毒流行特点地理地形我国地方性砷中毒流行特点地理地形:除内蒙赤峰克旗的除内蒙赤峰克旗的2 2个饮水个饮水1515l l地下水中砷的来源l l高砷地下水的形成l l地下水中砷的存在形态l l砷在地下水中迁移和富集影响因素2 控制地下水中砷 迁移富集的过程与因素ll地下水中砷的来源地下水中砷的来源22控制地下水中砷控制地下水中砷1616l l天然来源天然来源天然来源天然来源l l由于自然环境条件的变化使固定在地质体上的砷（吸附或成矿）释由于自然环境条件的变化使固定在地质体上的砷（吸附或成矿）释由于自然环境条件的变化使固定在地质体上的砷（吸附或成矿）释由于自然环境条件的变化使固定在地质体上的砷（吸附或成矿）释放而进入地下水放而进入地下水放而进入地下水放而进入地下水l l各类岩石中砷的平均含量为各类岩石中砷的平均含量为各类岩石中砷的平均含量为各类岩石中砷的平均含量为1.41.42.5 mg/kg2.5 mg/kg，以页岩富集砷的，以页岩富集砷的，以页岩富集砷的，以页岩富集砷的能力最强，其含量比其它岩石高能力最强，其含量比其它岩石高能力最强，其含量比其它岩石高能力最强，其含量比其它岩石高1 1个数量级个数量级个数量级个数量级l l另外，火山活动、构造运动、变质作用、地下热液、成矿过程另外，火山活动、构造运动、变质作用、地下热液、成矿过程另外，火山活动、构造运动、变质作用、地下热液、成矿过程另外，火山活动、构造运动、变质作用、地下热液、成矿过程都可能导致砷富集都可能导致砷富集都可能导致砷富集都可能导致砷富集l l人为活动污染人为活动污染人为活动污染人为活动污染l l在人类活动直接或间接参与下，给地下水带来了额外的砷在人类活动直接或间接参与下，给地下水带来了额外的砷在人类活动直接或间接参与下，给地下水带来了额外的砷在人类活动直接或间接参与下，给地下水带来了额外的砷l l主要包括含砷矿床的开采、含砷农药的使用等主要包括含砷矿床的开采、含砷农药的使用等主要包括含砷矿床的开采、含砷农药的使用等主要包括含砷矿床的开采、含砷农药的使用等 2.1 地下水中砷的来源地下水中砷的来源ll天然来源天然来源2.12.1地下水中砷的来源地下水中砷的来源1717l l已确认对水砷含量有重要影响的物质已确认对水砷含量有重要影响的物质l l丰富的有机质或黑页岩丰富的有机质或黑页岩丰富的有机质或黑页岩丰富的有机质或黑页岩l l冲刷速率低的全新世冲积沉积物冲刷速率低的全新世冲积沉积物冲刷速率低的全新世冲积沉积物冲刷速率低的全新世冲积沉积物l l成矿和采矿活动区（最常见的是金矿）成矿和采矿活动区（最常见的是金矿）成矿和采矿活动区（最常见的是金矿）成矿和采矿活动区（最常见的是金矿）l l火山来源和热泉火山来源和热泉火山来源和热泉火山来源和热泉l l近来研究发现，地下水中的砷近来研究发现，地下水中的砷l l大都来源于砷含量相当于平均值的岩石大都来源于砷含量相当于平均值的岩石大都来源于砷含量相当于平均值的岩石大都来源于砷含量相当于平均值的岩石l l这几乎是大部分原生高砷地下水含水层的共同特征这几乎是大部分原生高砷地下水含水层的共同特征这几乎是大部分原生高砷地下水含水层的共同特征这几乎是大部分原生高砷地下水含水层的共同特征2.1 地下水中砷的来源地下水中砷的来源ll已确认对水砷含量有重要影响的物质已确认对水砷含量有重要影响的物质2.12.1地下水中砷的来源地下水中砷的来源1818l lSmedley(2002)Smedley(2002)报道，大部分高砷地下水报道，大部分高砷地下水报道，大部分高砷地下水报道，大部分高砷地下水形成于由相对形成于由相对形成于由相对形成于由相对年轻的冲积层和黄土组成的含水层；大量的砷一般被不年轻的冲积层和黄土组成的含水层；大量的砷一般被不年轻的冲积层和黄土组成的含水层；大量的砷一般被不年轻的冲积层和黄土组成的含水层；大量的砷一般被不同的矿物固定，尤其是氧化铁同的矿物固定，尤其是氧化铁同的矿物固定，尤其是氧化铁同的矿物固定，尤其是氧化铁l l当当当当地球化学条件发生变化地球化学条件发生变化地球化学条件发生变化地球化学条件发生变化时就可能引起砷的释放，且只时就可能引起砷的释放，且只时就可能引起砷的释放，且只时就可能引起砷的释放，且只需要需要需要需要一小部分一小部分一小部分一小部分这种这种这种这种“固体固体固体固体”砷溶解或解吸就可以产生砷溶解或解吸就可以产生砷溶解或解吸就可以产生砷溶解或解吸就可以产生严严严严重重重重的地下水砷污染问题的地下水砷污染问题的地下水砷污染问题的地下水砷污染问题l l另外，饮用水中砷的含量标准相对于天然环境中砷的丰另外，饮用水中砷的含量标准相对于天然环境中砷的丰另外，饮用水中砷的含量标准相对于天然环境中砷的丰另外，饮用水中砷的含量标准相对于天然环境中砷的丰度度度度非常低非常低非常低非常低，地下水环境的，地下水环境的，地下水环境的，地下水环境的微小变化微小变化微小变化微小变化都可能引起砷的释放、都可能引起砷的释放、都可能引起砷的释放、都可能引起砷的释放、富集，尤其是沉积孔隙水富集，尤其是沉积孔隙水富集，尤其是沉积孔隙水富集，尤其是沉积孔隙水2.1 地下水中砷的来源地下水中砷的来源llSmedley(2002)Smedley(2002)报道，大部分高砷地下水形成于由相报道，大部分高砷地下水形成于由相1919l l高砷地下水存在的特殊环境不仅与高砷地下水存在的特殊环境不仅与地球化学环境地球化学环境有有关，而且与关，而且与过去和目前过去和目前的的水文地质条件水文地质条件有关有关l l两种典型的环境：包含地质历史上两种典型的环境：包含地质历史上早期的沉积物早期的沉积物，且为且为地势低平地势低平的地下水的地下水流动迟缓区流动迟缓区l l（1 1）干旱）干旱-半干旱地区的内陆或封闭盆地半干旱地区的内陆或封闭盆地l l（2 2）由冲积层形成的具有强还原性的含水层）由冲积层形成的具有强还原性的含水层2.2 高砷地下水的形成环境高砷地下水的形成环境ll高砷地下水存在的特殊环境不仅与地球化学环境有关，而且与过去和高砷地下水存在的特殊环境不仅与地球化学环境有关，而且与过去和2020高砷水形成环境案例高砷水形成环境案例l l干旱氧化性环境干旱氧化性环境l l墨西哥墨西哥l l智利智利l l阿根廷阿根廷l l还原还原+氧化混合环境氧化混合环境l l美国西南美国西南l l还原性环境还原性环境l l孟加拉和西孟加拉邦孟加拉和西孟加拉邦（印度）（印度）l l中国北方中国北方l l越南越南l l匈牙利匈牙利l l罗马尼亚罗马尼亚ll高砷水形成环境案例干旱氧化性环境还原性环境高砷水形成环境案例干旱氧化性环境还原性环境2121l l该国砷中毒是人类历史上最严重的水安全事件之一，将该国砷中毒是人类历史上最严重的水安全事件之一，将该国砷中毒是人类历史上最严重的水安全事件之一，将该国砷中毒是人类历史上最严重的水安全事件之一，将可能造成可能造成可能造成可能造成1.31.3亿贫困人口亿贫困人口亿贫困人口亿贫困人口中中中中1010的成年人的成年人的成年人的成年人在未来死亡在未来死亡在未来死亡在未来死亡l l饮用地下水砷的浓度最高达饮用地下水砷的浓度最高达饮用地下水砷的浓度最高达饮用地下水砷的浓度最高达3.7 mg/L3.7 mg/Ll l Gaus et al.(2003)Gaus et al.(2003)对对对对35343534个饮用水井调查分析后估计：个饮用水井调查分析后估计：个饮用水井调查分析后估计：个饮用水井调查分析后估计：l l饮水砷饮水砷饮水砷饮水砷50g/L50g/L暴露人口约暴露人口约暴露人口约暴露人口约35003500万万万万l l饮水砷饮水砷饮水砷饮水砷10g/L10g/L 暴露人口达暴露人口达暴露人口达暴露人口达57005700万万万万孟加拉国孟加拉国ll该国砷中毒是人类历史上最严重的水安全事件之一，将可能造成该国砷中毒是人类历史上最严重的水安全事件之一，将可能造成1.1.2222孟加拉浅层地下水孟加拉浅层地下水 (150 m)(150 m)中的砷含量分布图中的砷含量分布图 l l地下水中砷的含量范围为地下水中砷的含量范围为地下水中砷的含量范围为地下水中砷的含量范围为0.5-3200 g/l0.5-3200 g/ll l大约大约大约大约 27%27%浅井浅井浅井浅井 (深度深度深度深度150 150 m)m)含砷量超过含砷量超过含砷量超过含砷量超过 50 g/l 50 g/l l l 受到影响最大的地区位于孟受到影响最大的地区位于孟受到影响最大的地区位于孟受到影响最大的地区位于孟加拉东南部，超过加拉东南部，超过加拉东南部，超过加拉东南部，超过90%90%的井的井的井的井中水砷含量超标中水砷含量超标中水砷含量超标中水砷含量超标l l大于大于大于大于150200 m150200 m的深井中的深井中的深井中的深井中 ，砷的含量几乎都很低，小于砷的含量几乎都很低，小于砷的含量几乎都很低，小于砷的含量几乎都很低，小于5g/l5g/lll孟加拉浅层地下水孟加拉浅层地下水(150m)(0.2 mg/l),Mn(0.5 mg/l),HCOFe(0.2 mg/l),Mn(0.5 mg/l),HCO3 3-(500 mg/l)(500 mg/l)含量高，含量高，P P(0.5 mg/l)(0.5 mg/l)含量经常也含量经常也较高较高l lClCl-(60 mg/l),SO(60 mg/l),SO4 42-2-(1 mg/l),NO(1 mg/l),NO3 3-和和 F F-(1 mg/l)(0.2mg/l),Mn(0.5mg/l)Fe(0.2mg/l),Mn(0.5mg/l)2626中国北方以山西省山阴县为例l l山阴位于大同盆地的西南端，地处桑干河支流黄水河中下山阴位于大同盆地的西南端，地处桑干河支流黄水河中下游游l l8080年代中期，居民逐渐饮用深度为年代中期，居民逐渐饮用深度为10-50 m10-50 m的手压水井的手压水井l l9090年代初，一些先期打井的居民饮用此水后开始出现掌跖年代初，一些先期打井的居民饮用此水后开始出现掌跖角化、身上色素沉着，进而四肢乏力以致出现癌症高发等角化、身上色素沉着，进而四肢乏力以致出现癌症高发等异常现象异常现象l l直至直至19941994年年3 3月山西省卫生厅开展地方病普查，确认居民月山西省卫生厅开展地方病普查，确认居民出现上述不良症状系砷中毒，之后呈现出现上述不良症状系砷中毒，之后呈现“爆发流行爆发流行”的趋的趋势势ll中国北方中国北方以山西省山阴县为例山阴位于大同盆地的西南端，地处以山西省山阴县为例山阴位于大同盆地的西南端，地处2727中国北方以山西省山阴县为例l l我们于我们于19991999年、年、20012001年和年和20042004年三次对该区进行年三次对该区进行了调查研究了调查研究l l研究发现研究发现l l该县和应县部分地区地下水中砷含量严重超标（该县和应县部分地区地下水中砷含量严重超标（0.05 0.05 mg/Lmg/L），居民饮水砷浓度集中分布在），居民饮水砷浓度集中分布在0.10.10.5 mg/L0.5 mg/L范范围之内，砷的平均含量高达围之内，砷的平均含量高达 0.262 mg/L0.262 mg/Ll l不同浓度的水井交替存在，高砷水井呈点状分布不同浓度的水井交替存在，高砷水井呈点状分布l l高砷水的埋深主要分布于高砷水的埋深主要分布于202050 m50 m之间之间ll中国北方中国北方以山西省山阴县为例我们于以山西省山阴县为例我们于1999 1999年、年、2001 2001年和年和2828山阴县高砷水的水化学特征l l pH pH一般大于一般大于8.08.0，为，为HCOHCO3 3-Na-Na型型l l大部分高砷水中检测到大部分高砷水中检测到HPOHPO4 42-2-l lSOSO4 42-2-含量普遍小于含量普遍小于2.0mg/L2.0mg/Ll lNONO3 3-浓度相对较低，大部分小于浓度相对较低，大部分小于10.0 mg/L or 10.0 mg/L or 低于检出限低于检出限l lHCOHCO3 3-含量相对较高含量相对较高l lF F-含量偏高含量偏高l lFeFe含量较低，小于含量较低，小于0.11 mg/L0.11 mg/Ll lMnMn含量为含量为0.10mg/L0.10mg/L左右左右l l三价砷含量一般大于五价砷，它们浓度之比普遍大于三价砷含量一般大于五价砷，它们浓度之比普遍大于1 1，最大可达，最大可达4.114.11ll山阴县高砷水的水化学特征山阴县高砷水的水化学特征pH pH一般大于一般大于8.0 8.0，为，为HCO3-NHCO3-N2929abNO3-（mg/L）SO42-(mg/L)地下水中总砷浓度与地下水中总砷浓度与NONO3 3-（a a）、）、SOSO4 42-2-（b b）含量的关系）含量的关系高浓度的硫化氢、低浓度的硫酸根和硝酸根指示还原环境高浓度的硫化氢、低浓度的硫酸根和硝酸根指示还原环境高浓度的硫化氢、低浓度的硫酸根和硝酸根指示还原环境高浓度的硫化氢、低浓度的硫酸根和硝酸根指示还原环境硫酸根及硝酸根降低、砷浓度升高的同时，水中铁、锰相应增加硫酸根及硝酸根降低、砷浓度升高的同时，水中铁、锰相应增加硫酸根及硝酸根降低、砷浓度升高的同时，水中铁、锰相应增加硫酸根及硝酸根降低、砷浓度升高的同时，水中铁、锰相应增加llabNO3-abNO3-（mg/L mg/L）SO42-(mg/L)SO42-(mg/L)地下水中总砷浓地下水中总砷浓3030b地下水中总砷浓度与地下水中总砷浓度与FeFe（a a）、）、MnMn（b b）含量的关系）含量的关系高浓度的硫化氢、低浓度的硫酸根和硝酸根指示还原环境高浓度的硫化氢、低浓度的硫酸根和硝酸根指示还原环境高浓度的硫化氢、低浓度的硫酸根和硝酸根指示还原环境高浓度的硫化氢、低浓度的硫酸根和硝酸根指示还原环境硫酸根及硝酸根降低、砷浓度升高的同时，水中铁、锰相应增加硫酸根及硝酸根降低、砷浓度升高的同时，水中铁、锰相应增加硫酸根及硝酸根降低、砷浓度升高的同时，水中铁、锰相应增加硫酸根及硝酸根降低、砷浓度升高的同时，水中铁、锰相应增加llb b地下水中总砷浓度与地下水中总砷浓度与Fe Fe（a a）、）、Mn Mn（b b）含量的关系高浓度的）含量的关系高浓度的3131b山阴地区高砷地下水成因模型山阴地区高砷地下水成因模型llb b山阴地区高砷地下水成因模型山阴地区高砷地下水成因模型3232l l在主要高砷含水层中，在主要高砷含水层中，矿物中的含砷量并不非常高矿物中的含砷量并不非常高，一般为，一般为1-20 1-20 mg/kgmg/kg；有；有两种诱因两种诱因可以导致砷的大量释放可以导致砷的大量释放l l第一个是干旱或半干旱的环境中由于矿物风化和蒸发的共同作第一个是干旱或半干旱的环境中由于矿物风化和蒸发的共同作用通常造成的高用通常造成的高pHpH值值(8.5)(8.5)条件条件l lpHpH值的变化可造成被吸附的砷（尤其是值的变化可造成被吸附的砷（尤其是As(V)As(V)）和其它以酸根）和其它以酸根形式存在的元素形式存在的元素 (V,B,F,Mo,Se(V,B,F,Mo,Se 和和 U)U)从氧化物矿物中解从氧化物矿物中解吸，尤其是铁的氧化物，或者阻止其被吸附吸，尤其是铁的氧化物，或者阻止其被吸附l l第二个是第二个是pHpH值接近中性时的强还原条件值接近中性时的强还原条件l l这可以导致砷从氧化物矿物中解吸：铁和锰氧化物被还原溶解，这可以导致砷从氧化物矿物中解吸：铁和锰氧化物被还原溶解，从而导致砷的释放从而导致砷的释放2.3 砷在地下水中砷在地下水中 迁移和富集的影响因素迁移和富集的影响因素ll在主要高砷含水层中，矿物中的含砷量并不非常高，一般为在主要高砷含水层中，矿物中的含砷量并不非常高，一般为1-201-203333l l除了除了除了除了pHpHpHpH值、值、值、值、EhEhEhEh以及温度之外，地下水中砷的含量也以及温度之外，地下水中砷的含量也以及温度之外，地下水中砷的含量也以及温度之外，地下水中砷的含量也受受受受溶液成分溶液成分溶液成分溶液成分的影响的影响的影响的影响l l地下水中高浓度的地下水中高浓度的地下水中高浓度的地下水中高浓度的磷酸盐、重碳酸盐、硅酸盐和磷酸盐、重碳酸盐、硅酸盐和磷酸盐、重碳酸盐、硅酸盐和磷酸盐、重碳酸盐、硅酸盐和/或有机或有机或有机或有机物等物等物等物等溶质可以溶质可以溶质可以溶质可以减少或阻止减少或阻止减少或阻止减少或阻止砷酸和亚砷酸离子在细粒粘土砷酸和亚砷酸离子在细粒粘土砷酸和亚砷酸离子在细粒粘土砷酸和亚砷酸离子在细粒粘土上的吸附，尤其是氧化铁。而且，其上的吸附，尤其是氧化铁。而且，其上的吸附，尤其是氧化铁。而且，其上的吸附，尤其是氧化铁。而且，其竞争吸附作用竞争吸附作用竞争吸附作用竞争吸附作用可以可以可以可以增强砷的解吸附作用增强砷的解吸附作用增强砷的解吸附作用增强砷的解吸附作用l l当当当当游离硫化物游离硫化物游离硫化物游离硫化物的含量很高时，一般不会产生高砷水的含量很高时，一般不会产生高砷水的含量很高时，一般不会产生高砷水的含量很高时，一般不会产生高砷水，因，因，因，因为为为为还原的酸性条件有利于还原的酸性条件有利于还原的酸性条件有利于还原的酸性条件有利于雌黄雌黄雌黄雌黄(As(As(As(As2 2 2 2S S S S3 3 3 3),),),),雄黄雄黄雄黄雄黄 (AsS)(AsS)(AsS)(AsS)和其和其和其和其它包含砷的硫化物矿物它包含砷的硫化物矿物它包含砷的硫化物矿物它包含砷的硫化物矿物发生沉淀发生沉淀发生沉淀发生沉淀其它影响因素ll除了除了pH pH值、值、Eh Eh以及温度之外，地下水中砷的含量也受溶液成分的以及温度之外，地下水中砷的含量也受溶液成分的3434l l在天然水环境中，砷主要以在天然水环境中，砷主要以在天然水环境中，砷主要以在天然水环境中，砷主要以无机无机无机无机的亚砷酸盐和砷酸盐存在；的亚砷酸盐和砷酸盐存在；的亚砷酸盐和砷酸盐存在；的亚砷酸盐和砷酸盐存在；生物活动可产生生物活动可产生生物活动可产生生物活动可产生有机砷有机砷有机砷有机砷，但一般含量较低，但一般含量较低，但一般含量较低，但一般含量较低l l在地下水中，在地下水中，在地下水中，在地下水中，As(III)As(III)As(III)As(III)和和和和 As(V)As(V)As(V)As(V)比率的变化范围很大比率的变化范围很大比率的变化范围很大比率的变化范围很大（由（由（由（由于其氧化还原活性固体丰度的变化，尤其是有机碳、微生于其氧化还原活性固体丰度的变化，尤其是有机碳、微生于其氧化还原活性固体丰度的变化，尤其是有机碳、微生于其氧化还原活性固体丰度的变化，尤其是有机碳、微生物活动和大气中物活动和大气中物活动和大气中物活动和大气中O O O O2 2 2 2的对流和扩散的程度）的对流和扩散的程度）的对流和扩散的程度）的对流和扩散的程度）l l在在在在强还原性强还原性强还原性强还原性含水层中，含水层中，含水层中，含水层中，As(III)As(III)As(III)As(III)占主导占主导占主导占主导地位地位地位地位l l孟加拉孟加拉孟加拉孟加拉的还原性富砷地下水中，的还原性富砷地下水中，的还原性富砷地下水中，的还原性富砷地下水中，As(III)/As(III)/As(III)/As(III)/总总总总AsAsAsAs比率的变比率的变比率的变比率的变化范围为化范围为化范围为化范围为0.1-0.90.1-0.90.1-0.90.1-0.9，但大部分为，但大部分为，但大部分为，但大部分为0.5-0.60.5-0.60.5-0.60.5-0.6l l内蒙古内蒙古内蒙古内蒙古的还原性富砷地下水中的还原性富砷地下水中的还原性富砷地下水中的还原性富砷地下水中As(III)/As(III)/As(III)/As(III)/总总总总AsAsAsAs比率大部分比率大部分比率大部分比率大部分为为为为0.6-0.90.6-0.90.6-0.90.6-0.92.4水中砷的存在形态ll在天然水环境中，砷主要以无机的亚砷酸盐和砷酸盐存在；生物活动在天然水环境中，砷主要以无机的亚砷酸盐和砷酸盐存在；生物活动3535pp在在在在氧化氧化氧化氧化条件下，条件下，条件下，条件下，pHpHpHpH值较低时值较低时值较低时值较低时（大约大约大约大约6.96.96.96.9），），），），主要以主要以主要以主要以H H H H2 2 2 2AsOAsOAsOAsO4 4 4 4-形式存在，而形式存在，而形式存在，而形式存在，而pHpHpHpH值值值值较较较较高高高高时，主要以时，主要以时，主要以时，主要以HAsOHAsOHAsOHAsO4 4 4 42-2-2-2-形式存形式存形式存形式存在在在在ppH H H H3 3 3 3AsOAsOAsOAsO4 4 4 40 0 0 0 和和和和 AsOAsOAsOAsO4 4 4 43-3-3-3-可能分别可能分别可能分别可能分别在在在在非常酸性或碱性非常酸性或碱性非常酸性或碱性非常酸性或碱性的条件下的条件下的条件下的条件下存在存在存在存在pp在大约为在大约为在大约为在大约为pHpHpHpH值值值值低于低于低于低于9.29.29.29.2的还的还的还的还原条件下，原条件下，原条件下，原条件下，H H H H3 3 3 3AsOAsOAsOAsO3 3 3 30 0 0 0占主导地占主导地占主导地占主导地位位位位在在 25 和和 1巴大气压下，巴大气压下，As-O2-H2O 系统中砷的形态随系统中砷的形态随Eh-pH 的变化的变化（引自（引自 Brookins,1988;Yan et al.,2000）ll在氧化条件下，在氧化条件下，pH pH值较低时（大约值较低时（大约6.96pH6pH6pH6时，其除砷时，其除砷时，其除砷时，其除砷效率高达效率高达效率高达效率高达95%95%95%95%新型除砷介新型除砷介质llBonninDagmar(1997)BonninDagmar(1997)发现斜发沸石和菱沸石可发现斜发沸石和菱沸石可53534 需要深入需要深入调查研究的研究的问题l l通过系统调查研究不同地砷病区的水文地质、环境地通过系统调查研究不同地砷病区的水文地质、环境地通过系统调查研究不同地砷病区的水文地质、环境地通过系统调查研究不同地砷病区的水文地质、环境地质和地球化学条件和特点，探讨质和地球化学条件和特点，探讨质和地球化学条件和特点，探讨质和地球化学条件和特点，探讨砷中毒与内外环境的砷中毒与内外环境的砷中毒与内外环境的砷中毒与内外环境的关系关系关系关系l l观测、模拟高砷地下水环境中观测、模拟高砷地下水环境中观测、模拟高砷地下水环境中观测、模拟高砷地下水环境中水水水水-岩岩岩岩-土土土土-气气气气-生物相互作生物相互作生物相互作生物相互作用过程及其水文地球化学效应用过程及其水文地球化学效应用过程及其水文地球化学效应用过程及其水文地球化学效应，研究砷在不同地理环，研究砷在不同地理环，研究砷在不同地理环，研究砷在不同地理环境中迁移转化富集机制，揭示高砷地下水的形成机制境中迁移转化富集机制，揭示高砷地下水的形成机制境中迁移转化富集机制，揭示高砷地下水的形成机制境中迁移转化富集机制，揭示高砷地下水的形成机制和影响因素和影响因素和影响因素和影响因素l l开展高砷地下水系统开展高砷地下水系统开展高砷地下水系统开展高砷地下水系统有机地球化学和同位素地球化学有机地球化学和同位素地球化学有机地球化学和同位素地球化学有机地球化学和同位素地球化学研究研究研究研究ll44需要深入调查研究的问题通过系统调查研究不同地砷病区的水文需要深入调查研究的问题通过系统调查研究不同地砷病区的水文54544 需要深入需要深入调查研究的研究的问题l l研发快速、精确、可靠的研发快速、精确、可靠的研发快速、精确、可靠的研发快速、精确、可靠的水砷分析试剂和仪器水砷分析试剂和仪器水砷分析试剂和仪器水砷分析试剂和仪器以及操以及操以及操以及操作简便、经济有效的水砷样品保存和形态分离测定技作简便、经济有效的水砷样品保存和形态分离测定技作简便、经济有效的水砷样品保存和形态分离测定技作简便、经济有效的水砷样品保存和形态分离测定技术术术术l l对我国现已发现的地砷病发育区，调查、评价对我国现已发现的地砷病发育区，调查、评价对我国现已发现的地砷病发育区，调查、评价对我国现已发现的地砷病发育区，调查、评价替代安替代安替代安替代安全饮用水源（如深层水）及其长效供水潜力全饮用水源（如深层水）及其长效供水潜力全饮用水源（如深层水）及其长效供水潜力全饮用水源（如深层水）及其长效供水潜力，继续，继续，继续，继续探索能在地砷病区普遍推广的探索能在地砷病区普遍推广的探索能在地砷病区普遍推广的探索能在地砷病区普遍推广的经济有效的降砷技术经济有效的降砷技术经济有效的降砷技术经济有效的降砷技术l l地砷病的病理调查研究和饮水国家地砷病的病理调查研究和饮水国家地砷病的病理调查研究和饮水国家地砷病的病理调查研究和饮水国家标准修订标准修订标准修订标准修订ll44需要深入调查研究的问题研发快速、精确、可靠的水砷分析试剂需要深入调查研究的问题研发快速、精确、可靠的水砷分析试剂5555中国国家自然科学基金委员会中国国家自然科学基金委员会中国国家自然科学基金委员会中国国家自然科学基金委员会(49832005,40425001)(49832005,40425001)(49832005,40425001)(49832005,40425001)中华人民共和国科学技术部中华人民共和国科学技术部中华人民共和国科学技术部中华人民共和国科学技术部(2004DFB01600)(2004DFB01600)(2004DFB01600)(2004DFB01600)中中中中华人民共和国华人民共和国华人民共和国华人民共和国地质调查局地质调查局地质调查局地质调查局(200310400009)(200310400009)(200310400009)(200310400009)致 谢请批评指正！ll中国国家自然科学基金委员会中国国家自然科学基金委员会(49832005,404250(49832005,4042505656
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