砷在水體和土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的共性與個(gè)性
2013-05-30 04:52:44劉燕陶田谷晟
劉燕 陶田谷晟
【摘 要】砷是一種有毒元素，對(duì)人體有害，通過(guò)呼吸道、消化道和皮膚接觸進(jìn)入體內(nèi)，會(huì)積蓄在人體各個(gè)器官部位，從而引發(fā)慢性中毒，潛伏期和長(zhǎng)達(dá)幾年甚至幾十年。所以，我們到對(duì)人經(jīng)常接觸到的水體和土壤中的砷元素進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化的分析，以便于對(duì)砷污染的監(jiān)測(cè)和治理。
【關(guān)鍵詞】砷；水體和土壤；遷移轉(zhuǎn)化；共性與個(gè)性
0.概述
為了有效地保護(hù)和合理地使用水資源和地資源，控制和治理水污染和土壤污染，必須對(duì)水體和土壤的質(zhì)量進(jìn)行定期的監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)來(lái)掌握其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為正確保護(hù)和治理水體和土壤，提供科學(xué)的依據(jù)。
砷是人體的非必要元素，元素砷的毒性極低，而砷的化合物均有劇毒，三價(jià)砷化合物比其它砷化合物毒性更強(qiáng)。砷是通過(guò)呼吸道、消化道和皮膚接觸進(jìn)入人體。在一般情況下，土壤、水、空氣、植物和人體都有微量的砷，對(duì)人體不會(huì)構(gòu)成危害。
1.砷在不同的介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的分析
砷在水中常備懸浮物吸附而沉淀在底泥中，各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物膠體都可以吸附砷，尤其是鉛、鐵的氫氧化物對(duì)砷有特殊的親和能力，在酸性條件下，這種吸附能力最強(qiáng)。但當(dāng)水體中的PH值升到堿性時(shí)，分散作用加強(qiáng)，砷又可以離開(kāi)膠體表面而進(jìn)入水中。
各種砷的化合物由各種渠道進(jìn)入水中，其物理行動(dòng)在很大程度上受水周?chē)h(huán)境氧化還原條件的制約。在緩滯水體中，由于表層水處于富氧狀態(tài)，因此表層水中的三價(jià)砷易被氧化成五價(jià)砷，并與水中的氫氧化鐵生成砷鐵沉淀物，沉在底泥中。在深水層中，還原條件下五價(jià)砷又可被還原成三價(jià)砷，并和硫化物生成硫化砷沉淀物，沉在底泥中，硫化砷可以被微生物分解，生成氣態(tài)的三甲基砷排入大氣。這個(gè)過(guò)程是水體中砷的主要遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程。通過(guò)這個(gè)過(guò)程我們可以看出，除人為污染外，水體中砷元素（單質(zhì)）含量是很低的。
地下水中有機(jī)質(zhì)的含量及微生物的活動(dòng)，對(duì)地下水砷的遷移轉(zhuǎn)化有特殊作用。由于微生物的活動(dòng)及有機(jī)物質(zhì)的存在，不僅影響硫酸根、硝酸根及硫化氫的存在，還影響地下水的Eh和pH。
由于有機(jī)物的沉淀、積累以及分子氧難以向下擴(kuò)散到達(dá)沉積物的孔隙水中，因此在表層與底層之間存在著很大的氧化還原梯度。在密閉很?chē)?yán)的深層地下水中，硫酸鹽經(jīng)脫硫細(xì)菌作用還原成了H2S，因此地下水含硫酸根極低。此外，由于湖泊、沼澤、河流中水生物、植物的作用，砷被富集在生物體內(nèi)，在長(zhǎng)期的地質(zhì)演化時(shí)期，眾多生物遺體的腐爛，在生物化學(xué)作用下容易形成含砷的沉積物。沉積物中的動(dòng)植物遺體及排泄物——含硫氨基酸經(jīng)脫氫基過(guò)程也生成H2S。在這種環(huán)境中H2S促使砷以硫化砷等形式沉淀析出（pH值偏酸），或是先生成亞硫酸鹽，再與重金屬結(jié)合形成難溶的化合物，從而制約地下水中砷的遷移轉(zhuǎn)化。
許多有機(jī)酸，如檸檬酸、醋酸、甲酸及腐殖酸等，能促進(jìn)砷在地下水的遷移。一方面，砷可直接與有機(jī)酸官能團(tuán)結(jié)合，隨有機(jī)酸一起遷移；另一方面，還由于某些有機(jī)酸具有還原能力。由于砷處于低價(jià)態(tài)時(shí)具有較高的溶解度，而有機(jī)酸的還原作用可以促使它們由高價(jià)態(tài)向低價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變。從而提高砷在地下水中的遷移能力。
土壤中的砷大部分為膠體吸附，或和有機(jī)物生成絡(luò)合和螯合，或和磷一樣與土壤中的鐵、鉛、銅離子相結(jié)合，形成難溶的化合物，或與鐵、鉛的氫氧化合物生成沉淀。而水溶性砷只占全量的5%—10%。水溶性砷主要以AS033和ASO43形式存在。土壤的吸附主要來(lái)自粘土礦物中的鐵、鉛氫氧化物，這也說(shuō)明貼、鉛氫氧化物對(duì)砷有突出的吸附作用，被吸附的砷1/3為交換態(tài)，其它則為固定態(tài)。對(duì)土壤砷的交換，PH值起著重要作用，PH值高，砷的吸附量減少，水溶性增加，對(duì)砷污染的土壤來(lái)說(shuō)危害加重，而土壤中可溶性砷酸和亞砷酸隨著EH的變化而變化，土壤在氧化條件下，大部分為砷酸，它易被土壤膠體吸附，增加固定性，對(duì)土壤的污染能力減弱，而隨著EH的降低砷酸轉(zhuǎn)化成亞砷酸。另外土壤對(duì)砷的吸附量與土壤的質(zhì)地密切相關(guān)，通過(guò)相同深度取樣后分析，不同質(zhì)地、不同層次發(fā)現(xiàn)粘土中砷的含量最高，沙土最低。
2.結(jié)論
綜上所述，砷在不同介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化的分析，我們可以看出砷在水體和土壤遷移變化規(guī)律存在著共性與個(gè)性。
共性方面：
（1）砷在水體和土壤中都是易被有機(jī)或無(wú)機(jī)的膠體吸附，而鐵、鋁氫化物，在水體中和土壤中都有突出的吸附能力。
（2）砷在水體和土壤隨著pH、EH的變化而有相同的變化。當(dāng)pH值升高還原條件下，在水體和土壤中的遷移能力和毒性增強(qiáng)。當(dāng)pH值降低氧化條件下，在水體和土壤中的砷遷移能力和毒性減弱。
（3）砷不論是在水體還是在土壤中，三價(jià)砷的化合物毒性大于五價(jià)砷。
個(gè)性方面：
（1）砷在不同介質(zhì)中存在的方式不同。
砷在水體中存在的方式比較簡(jiǎn)單，多以砷酸鹽或亞砷酸鹽形式存在水中。而土壤中有兩種方式：①在土壤溶液中呈膠體狀態(tài)，主要是在濕潤(rùn)的土地和酸性肥沃的土壤中。②土壤中的膠體對(duì)離子吸附是固體的，它是砷的離子或分子從溶液進(jìn)入固相的主要方式。
（2）砷在不同介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化的形式不同。
砷在水體中一般參加沉淀反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)，遷移轉(zhuǎn)化比較簡(jiǎn)單，而砷在土壤中的砷與其所在的環(huán)境進(jìn)行氧化還原以外，還參加與有機(jī)物的絡(luò)合和螯合反應(yīng)，遷移轉(zhuǎn)化較水體復(fù)雜。砷在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化的形式有3種：
①機(jī)械遷移。
②物化和化學(xué)遷移。
③生物遷移。
（3）砷在不同介質(zhì)中，隨著pH、EH的高低對(duì)介質(zhì)污染的程度不同。
砷在土壤中隨pH值升高，對(duì)砷的吸附量減少，水溶性增加，污染加重，反之污染減弱。而在水體中無(wú)論pH、EH的增高與降低，砷對(duì)水體的整體污染影響都不大。
（4）砷在不同介質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化能力受不同因素影響。
砷在水體中主要受pH、EH的影響，而砷在土壤中，不但受pH、EH的影響外，還主要受土壤膠體的吸附和重金屬的絡(luò)合和螯合的影響。
3.綜上所述
我們了解砷在不同介質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的共性和個(gè)性，使我們掌握了砷在水體和土壤中污染的狀況以及遷移轉(zhuǎn)化的規(guī)律，為以后對(duì)砷污染的監(jiān)測(cè)和治理提供了科學(xué)的理論依據(jù)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]齊文啟.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）第三篇.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002，12.
[2]錢(qián)金平.環(huán)境概論中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993，12.
[3]王華東，郝春曦，王建.環(huán)境中的砷[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1992：54-66.
[4]李昌靜，衛(wèi)鐘鼎.地下水水質(zhì)及其污染[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1983： 138-147.
[5]薛禹群.地下水動(dòng)力學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2001：4-40.
[6]王敬華，趙倫山，吳悅斌.山西山陰、應(yīng)縣一帶砷中毒區(qū)砷的環(huán)境地球化學(xué)研究[J].現(xiàn)代地質(zhì)，1998，6（2）：243-248.
