砷污染防治:还一片碧水净土

环境保护部副部长翟青在国新办举行的新闻发布会上表示, 今年将编制出台《土壤环境保护和污染治理行动计划》并组织实施, 同时还将启动全国土壤污染状况详细调查和土壤环境保护工程第一批重点项目, 积极推进土壤污染治理与修复。

随着土壤修复工作提上日程, 得到各级政府的重视, 各地土壤的污染现状也引起了公众的注意。特别是多年来, 随着工业的高速发展, 累积形成的重金属污染逐渐显现。作为重金属污染源之一的砷污染问题也日益受到各国的普遍关注。那么, 目前我国砷污染源主要有哪些方面?砷污染治理和利用水平如何?我们还应采取哪些行之有效的措施进一步杜绝砷污染?对此, 笔者采访了有关专家。

砷污染形势日益严峻

资料显示, 砷是自然环境中广泛分布的元素之一, 地壳中的砷含量为1.5~3mg/kg, 这类砷本不会对人类及其环境造成威胁, 但由于人类的介入, 如高砷煤的开采及使用等, 使得其中的砷释放, 从而对水体及土壤环境造成严重污染和危害。

砷的毒性非常强, 环境中的砷含量超标, 其化合物可经过呼吸道、食道和皮肤接触进入人体, 影响人体内蛋白酶的活性, 造成人体正常机能的紊乱, 甚至引发各种身体的病变, 从而对人类的健康产生不利影响。人们在小说中熟知的毒药砒霜、雄黄等就是含砷化合物。

中国科学院生态环境研究中心副研究员孙国新指出, 近些年, 随着我国有色金属、硫酸等主要涉砷行业产能迅速扩大, 砷污染物排放总量和增量不断加大, 导致全国砷污染事件频发, 砷污染形势更加严峻。预期到2015年, 有色金属采选冶炼将带出16.84万吨以上的砷, 硫铁矿制酸将排放1.8万吨以上的砷。在此期间如不能实现涉砷行业发展与环境保护相协调, 将面临更高的生态环境风险。

而事实上, 当前我国遭受砷污染的区域不在少数。2013年下半年, 瑞士和中国研究人员在瑞士公布的一项最新研究成果显示, 遭受砷污染的饮用水正在危害近2000万国人的健康。该研究成果还发表在著名的《科学》杂志上。

据介绍, 鉴于中国地域辽阔, 及测试砷污染所需的时间和财力, 筛查全部数百万口地下水井可能需几十年时间。为此, 来自瑞士联邦供水、废水处理与水资源保护研究所的专家和中国研究人员开发出一种统计风险模型。研究结果显示, 中国有近2000万人生活在砷污染高风险区域。例如, 新疆塔里木盆地、内蒙古额济纳地区、甘肃黑河、中国北部平原河南和山东等。专家估测, 中国砷浓度超过每升10微克 (世卫组织的指导值) 的地区总面积为58万平方千米。

云南锡业集团 (控股) 公司研究设计院专家张洪也指出, 近年来我国砷污染事件频繁发生, 造成了恶劣的社会影响。如2008年, 河南商丘一化工企业违规采用高硫砷铁矿生产硫酸, 未经处理的含砷废水违法排放, 使大沙河水砷浓度超标100多倍, 污染河水1000多万立方米;2009年, 山东临沂一化工企业多次违法排放高砷废水, 造成江苏邳州境内邳苍分洪道、武河、沙沟河、城河等多条河道水质砷超标, 严重影响了环境。

据专家介绍, 砷污染主要来源一是土法炼砷, 即把毒砂矿 (Fe As S) 用土窑焚烧, 生成砒霜 (三氧化二砷) 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 (Fe S2) 中含有砷, 在沸腾炉中焚烧时生成砒霜蒸气, 经过水洗后进入废水中, 处理不达标就排放, 会造成水体的砷污染。经过焚烧后, 水溶态的砷也不可能经微生物的作用转化回毒砂矿。

不仅如此, 由于硫铁矿日益减少, 含砷高的硫铁矿用于制酸亦越来越多, 由于制酸的工艺不同, 为了保护触媒不被中毒, 很多厂家采用固砷焙烧工艺, 即是把砷固定在硫酸渣里, 变成砷酸铁, 这种硫酸渣的砷含硫严重超标, 若不处理会对环境造成严重的影响。

《砷污染防治技术政策》编制组预测, 到2015年, 硫酸产量将达到9000万吨左右。其中, 冶炼烟气制酸将达到2800万~3000万吨, 约占31%;硫黄制酸约4200万吨, 约占47%;硫铁矿制酸约1800万~2000万吨, 约占20%;其他原料如石膏、硫化氢、高硫煤等原料制酸产量在100万~200万吨。如按1吨硫铁矿生产1吨硫酸、硫铁矿中砷重含量为0.1%保守估算, 到2015年硫铁矿制酸将排放1.8万吨以上的砷。

砷资源利用前路漫漫

既然砷对环境的危害如此严重, 那我国又该如何治理和利用呢?

中国环境科学院相关专家告诉笔者, 虽然砷是一种有用的资源, 但是在国民经济领域中的需求十分有限, 如三氧化二砷的全球需求量只有大约5万吨, 高纯砷需求量约有100吨 (生产砷化镓) 。纯度99%的砷主要用于铅或铜合金添加剂 (0.1%~0.5%) , 以提高铅酸蓄电池板栅的强度或提高铜合金的抗蚀能力和拉伸强度, 出于环保方面的考虑, 市场正逐步萎缩;含砷农药被一些地区明令禁止生产和使用;白砷在玻璃工业中的应用也十分有限;木材防腐是砷应用的主要途径, 如在美国90%的三氧化二砷用于木材防腐, 虽然我国木材防腐的市场很大, 但每年消耗砷最大不超过4000吨。

尽管难以准确估算出砷及其化合物的实际产出量, 但仅从云南一家有色冶金集团公司每年产出砷6000吨 (分别赋存在除尘灰、炉渣、水处理渣中) 推测, 我国每年的砷产出量可能为10万吨左右, 如此庞大的砷源, 在砷资源化前景不明的情况下, 很多相关企业也只是做了简单的无害化处理, 并没有涉及到资源的再利用。

除了市场前景的不明朗, 专家还指出, 目前少有成熟的工程化技术, 既能回收含砷废料中有价金属, 又能回收砷或对砷进行固化处理。

据笔者了解, 目前国内外针对含砷废料等剧毒危险化学品治理主要有稳定化、固化 (稳定化填埋) 和转化提取技术三方面。

处理含砷废料工艺技术可分为三种:

一是用氧化焙烧、还原焙烧和真空焙烧等火法工艺, 以白砷形式直接回收砷, 该工艺路线提砷成本较低、处理量大, 但生产过程控制不好极易造成二次污染。

二是采用酸浸、碱浸或盐浸等湿法工艺, 先把砷从渣中分离出来, 然后进一步采用硫化法处理或进行其他无害化处理。湿法工艺不产生粉尘, 具有低能耗、污染少、效率高等优点, 但流程较为复杂, 处理成本相对高。南昌大学环境科学与工程学院从事相关研究的陈敬军指出, 硫化钠直接沉淀法, 在江西某些冶炼厂硫酸车间, 硫酸生产每年创造约1亿元的利润, 但用于硫化钠除砷就得耗资约1500万元。

三是采用硝酸浸出法、有机溶剂萃取法和三氧化二砷饱和溶解度法等, 这些方法特点是浸出率低、工业化生产难度大。对于含砷废料的资源化尤其是将砷固化/稳定化后生产建材等工程技术研究相对缺乏。

数据显示, 砷渣的无害化处理和综合利用率低, 近年来, 我国年产砷渣50多万吨, 已囤积的砷渣200余万吨, 许多工厂设置专门仓库堆存含砷物料及砷的副产品。

面对技术发展现状, 相关人士认为, 今后的除砷技术将朝着多种除砷剂联合使用、几种方法结合处理的方向发展。开发廉价、易于取得或制备、生物化学稳定性高、吸附容量大、选择性高、再生能力强的新型除砷吸附剂, 开发新型的生物除砷技术, 使砷经生物体氧化、吸收或转化成为无毒化合物, 研究出高效价廉的除砷材料以适应砷的饮水标准日趋严格的要求均是人们努力的方向。就我国而言, 除砷技术的发展还远远落后于西方发达国家, 因此要不断借鉴国际上先进的除砷技术和经验, 同时开发出适合我国国情和水源水质的除砷新工艺。我国饮用高砷水人群大多居住于农村, 迫切需要用于家庭除砷器或适于集中供水的除砷设备的研制, 需要安全、高效、经济的除砷新技术、新工艺、新材料、新设备的出现。

三方面努力杜绝砷污染

在土壤修复持续升温的影响下, 我国对砷污染的治理又将出现哪些措施呢?

据笔者了解, 当前中国环境科学院清洁生产中的相关专家正在以湖北省荆门市地区为主要研究区域, 针对该地区20余家的涉砷企业存在的砷污染环境风险以及相应的历史遗留, 进行以如何实现砷排放总量控制目标并持续推动以源消减和全过程污染防治控制为目的的研究。

据相关人士介绍, 他们首先将调研荆门地区涉砷行业砷污染防治现状, 包含企业的三防措施、环保设备设施情况 (对比《部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录 (2010年本) 》) 等评估其砷污染防治水平, 研究砷污染点源的控制上存在的不足, 对国内外砷污染防治技术进行研究和评估, 挑选适合不同涉砷行业的污染防治技术, 制定涉砷行业砷污染防治技术体系。

其次, 专家还将深入研究涉砷行业原材料、单位产值 (产品产量) 污染物产生和排放强度、生产工艺、设备设施、管理制度等方面, 对比国内现有先进水平, 形成清洁生产评价指标体系。

同时, 他们还将研究砷污染的土壤和水体修复问题, 对现有荆门地区涉砷企业进行监测包括水体、空气、土壤, 着重对含砷废水、废渣进行特性研究, 对比国内现有修复技术, 结合当地的产业和地域情况和2010年、2012年国家先进污染防治示范技术名录深入研发修复技术。

面对历史遗留砷污染的压力以及当前采矿、硫酸行业的不断发展, 中国航天科工集团○六一基地环境监测站专家刘宏呼吁应从以下三方面努力杜绝砷污染:

第一, 环保部门加大对环境的监管力度, 建立、健全相关的规章制度;坚决取缔土法炼砷的工厂、企业, 对其他冶炼砷及相关金属的工厂的“三废”进行严格监管, 责令其达标排放;对高砷煤的使用地区, 严令增加脱砷装置, 从而降低空气中砷的含量;加强对土壤污灌区的监测与管理, 建立监测系统网络, 定期对辖区内的土壤环境质量进行检查。

第二, 强化企业对含砷工业品管理, 做好监督管理机制, 使措施落到实处, 对含砷农药及医药品的使用进行监管, 尽可能避免不必要的中毒事件发生及人员伤亡。

第三, 强化群众从思想上要重视了解重金属砷对人类及环境造成的危害, 提高环境保护意识;从行为上要从个人做起, 配合国家有关环境保护的法律、法规和规定的实行。