摘要

盡管自2000年代中期以來對柬埔寨地下水的砷汙染進行了深入調查，但對土壤和水稻以及人類健康的影響尚未得到充分澄清。這篇綜述文章介紹了飲用水供應的轉變、地下水砷汙染和對居民的健康風險、砷對水稻土和水稻的影響以及柬埔寨管井水除砷技術。來自柬埔寨的一些大米樣品砷含量超過0.2毫克公斤^－1(食品法典通過的大米中砷含量的最高可接受水平)，一些樣品高達最高可接受水平的3倍。在這種情況下，如果人們作為自給自足的農民生活，砷暴露風險可能會增加，因此，砷影響地區值得更多關注。同樣重要的是，製定法規確保受砷汙染的大米不出現在市場上。另一種吸附劑，非晶鐵(氫)氧化物負載活性炭被推薦為一種理想的除砷技術。

關鍵字

砷;地下水;土壤;水稻;去除技術;柬埔寨

簡介

砷是一種有毒的類金屬元素，眾所周知，接觸砷會導致肺癌、皮膚癌和出生缺陷[1]。在慢性中毒的情況下，砷在頭發、皮膚和指甲中積累，導致手腳嚴重色素沉著(即角化病)、高血壓以及心血管、呼吸、內分泌、神經和代謝功能障礙/紊亂[2]。在全世界70多個國家，包括孟加拉國、印度、中國、越南和柬埔寨，都發現了砷汙染的地下水。多達2億人生活在高地質(自然)砷汙染[4]地區，許多人沒有其他飲用水或灌溉用水供應[5,6]，特別是在旱季。Benner和Fendorf[7]指出，南亞和東南亞地下水中的砷是喜馬拉雅含砷礦物侵蝕引發的一係列過程的產物。含有含砷鐵氧化物的沉積物被沿雅魯藏布江-恒河、湄公河、伊洛瓦底江和紅河水係輸送而下，沉積為三角洲沉積物。此外，增加用富砷地下水灌溉農田，導致土壤和水稻的砷含量升高，甚至對砷未受影響地區的人們造成進一步的暴露風險。

柬埔寨是受砷影響的國家之一，主要發生在湄公河、巴薩河和洞裏薩河[9]等主要河流附近的沉積物中。砷從沉積物中釋放到地下水中，通過管井將其抽上來。據估計，約有225萬人砷暴露風險為[9]。

這個國家位於東南亞大陸，西、北與泰國和老撾接壤，東、南與越南接壤，西南與泰國灣接壤。它占地181035平方公裏，總人口1360萬，其中8%生活在金邊，10%生活在其他城市地區，其餘82%生活在農村地區。柬埔寨有兩個季節。從5月到10月，當風向轉為西南季風時，就會下雨，9月和10月是降水最多的月份。東北季風季節從11月持續到4月，帶來晴朗幹燥的天氣，特別是在1月和2月。全年平均降雨量為1000-1500毫米，每年變化較大。西南沿海山區的降雨量最大，可達2500毫米至5000毫米以上。年平均溫度為23-35°C[9,10]。國民經濟主要依靠農業、漁業和林業。全國耕地麵積434萬公頃，約占全國的24%。 Cambodia has recently achieved a surplus in rice production, and is able once more to export a potion of this.

傳統上，柬埔寨的日常生活使用雨水、地表水(河流和池塘)和手工挖的淺井水(圖1)。然而，這些水源很可能受到微生物病原體的汙染，導致嬰兒死亡率很高[11]。因此，1992年內戰結束後，隨著經濟的發展和國際合作，管井的數量迅速增加。管井數量從277,657(1998)增加到681,192(2008)[12]。目前，有幾種井在使用，包括手挖井、手泵管井和電動泵管井(圖1)。正如Shantz[12]報道的那樣，柬埔寨農村地區的生活水源和使用情況隨季節而變化。在雨季，大多數家庭收集和使用雨水用於飲用和非飲用用途，在旱季，飲用水既來自管井(如果有的話)，也來自剩餘的儲存雨水或供應商提供的水。雖然雨水收集在柬埔寨普遍實行，但它不是一種常見的主要水源，而是濕季[12]的二次水源。

圖1:柬埔寨的各種飲用水來源

在柬埔寨，管道供水覆蓋率仍然很低(2011年為14%)，水費對農村人口來說是一筆可觀的開支。而且，管道供水係統不能提供可靠的服務，所以大多數家庭使用傳統的儲罐來儲存管道水。水供應商係統也發生了，但水質很差[12]。

柬埔寨地下水砷汙染及其對居民健康的危害

1993年，世界衛生組織(WHO)製定了不超過10 μ g L的標準^－1飲用水中的砷含量。然而，50 μ g L^－1是許多發展中國家認為可以接受的最高汙染水平嗎?圖2顯示了柬埔寨地下水砷汙染程度[12]。

在1999年至2000年的柬埔寨飲用水質量評估中，柬埔寨首次發現了飲用水中的砷。在至少10個省，包括krate、Kandal以及金邊南部和東南部地區，地下水砷濃度升高[13,14]。其中，幹達省地下水砷含量最高。坎達省50%的土地地下水超過50微克升⁻¹．在人體指甲和頭發分析中檢測到砷濃度超過典型基線水平，飲用水地下水砷濃度與指甲和頭發砷濃度均呈正相關[15,16]。

圖2:柬埔寨地下水砷汙染程度(紫色:未檢測到;綠色:≤10 μgL^－1；黃色:10.1 ~ 50 μgL^－1；橙色:0.1 ~ 300 μgL^－1；紅色:>300 μgL-1)

我們於2010年在坎達爾、普萊維格和磅湛省進行了一項管井水質量調查。在調查的37口井中，有24口超過柬埔寨的指標值(50 μg L)⁻¹超過世界衛生組織飲用水標準(10 μg L)的有27個⁻¹)．一些井的砷含量極高(約1000 ~ 6000 μg L)⁻¹)，表明砷汙染是一個嚴重的問題。

一般認為砷中毒症狀在飲用砷含量升高的水5-20年後出現，具體取決於砷濃度[18]。然而，柬埔寨發現的新病例暴露時間短至3年[14]。即使暴露在8.1 ~ 40.0 μg L的砷中^－1與皮膚病變有關，皮膚病變通常在接觸後5-15年內出現，盡管這種風險似乎受到宿主因素的影響，如性別、年齡和體重指數[19]。關於孟加拉國飲用水中砷暴露對公共健康影響的流行病學研究表明，砷具有致癌作用，其證據是皮膚癌、肺癌、膀胱癌、肝癌和腎癌的風險增加，汙染物濃度為50 μ g As L^－1可能導致百分之一的人患癌症。利用柬埔寨Kandal的地下水質量和人口數據進行的估計表明，該省有10萬多人處於長期接觸砷的高風險之中[14]。柬埔寨於2006年發現了第一批砷中毒病例[14]。截至2012年，在全國六個不同地點發現了300多名砷中毒患者[12]。

砷對水稻土和水稻的影響

一般來說，未汙染的土壤含有約0-40毫克千克^－1砷的中值為6毫克公斤^－1[20]。Seyfferth等人評估了柬埔寨五個尚未受到含砷地下水灌溉影響的省份的土壤和水稻的砷含量。他們發現土壤砷的總濃度在0.68到17.8毫克公斤之間^－1省與省之間差異顯著，班提、米奇和馬德望的土壤砷含量低於幹達爾省和波雷汶省。他們指出，這些結果與來自喜馬拉雅沉積物的低地衝積土一致。湄公河三角洲內的土壤總砷濃度高於遠離湄公河的低地和旱地土壤。水稻的總砷含量平均為0.2毫克公斤^{- 1}，範圍為0.1 ~ 0.371 mg kg^－1．幹都省和馬德望省水稻平均砷含量無顯著差異。Phan等人在用地下水灌溉稻田的家庭中收集了幹達省和甘榜湛省的水稻土和水稻。他們發現土壤總砷含量在3.07-26.3 mg kg之間^－1Kandal為0.68 ~ 0.93 mg kg^－1在磅湛。水稻籽粒砷含量為0.014 ~ 0.649 mg kg^－10.008-0.085 mg kg^－1分別在這兩個省。兩組土壤和水稻籽粒總砷含量差異不顯著。灌溉土壤和水稻中砷含量較低的主要原因是灌溉地下水使用量有限。

然而，正如作者指出的那樣，水稻籽粒砷含量與土壤總砷含量無顯著相關性。砷含量最高的大米(0.371 mg kg)^－1)是在甘榜東省的一個樣本中發現的，那裏的土壤總砷含量隻有1.1毫克公斤^－1．這說明水稻對砷的吸收不僅依賴於土壤的總含量，還受到其他土壤性質的影響，如pH、氧化還原電位、矽和磷含量等。Seyfferth等人[21]指出，即使用未受汙染的地下水灌溉也會導致水稻吸收砷，特別是在洪水條件下。在淹水條件下，砷(V)含鐵(III)氧化物的還原性溶解導致土壤溶液中吸附的砷釋放，這受植物吸收[22]的影響(表1)。

表1:柬埔寨土壤和稻米的砷含量

Panaullah等人[23]調查了孟加拉國長期用砷汙染地下水灌溉對土壤砷水平、水稻產量和水稻砷含量的影響。他們發現，經過16-17年的管井使用，水田中砷的積累出現了空間變化，即土壤砷含量的梯度，最高可達70 mg kg^－1近井約10毫克公斤^－1離井很遠。他們還指出，管道井水中96%的砷被保留在土壤中。此外，水稻產量從7-9噸公頃逐步下降^－1到2-3 t ha^－1隨著土壤砷濃度的增加，水稻砷含量在0.3 ~ 0.6 mg kg之間^－1．

水稻籽粒中的砷含量因水稻品種和土壤條件的不同而有很大差異。上述柬埔寨大米的所有價值都在世界範圍內(0.02-0.9毫克公斤)^－1)[24]。然而，Banerjee等人[25]發現尿砷與煮熟的米飯中的砷有很強的相關性，說明米飯可能是主要的飲食暴露途徑之一。他們還發現，食用平均大米砷含量為0.2 mg kg的大米的組^－1與平均糙米砷≤0.2 mg kg的組相比，是否誘導遺傳損傷顯著增加^－1．2014年7月，糧農組織(聯合國糧食及農業組織)食品法典委員會和世衛組織(聯合國世界衛生組織)[26]通過了大米中砷的最高可接受水平0.2毫克公斤^－1．這是正常範圍的上限，飲水中沒有砷的額外負擔。因此，人們在日常生活中使用砷汙染的管井水的地區應該受到高度關注。如上所述，來自柬埔寨的一些大米樣品砷含量超過0.2 mg kg^－1，有的可達極限值的3倍。在這些情況下，砷接觸風險可能會增強，特別是在自給自足的農民中。有必要製定法規，防止砷含量超標的大米進入市場。

在柬埔寨，85%的農田在雨季種植水稻，隻有13%用於旱季[27]。與孟加拉國、泰國和越南等國家相比，中國水稻種植強度較低的主要原因是旱季較長、雨季降雨不規律以及灌溉係統不足。作為柬埔寨經濟發展計劃的一個主要組成部分，[29]項目目前正在促進農業用水管理，特別是灌溉[29]項目。在砷汙染地區增加地下水灌溉之前，應優先建立除砷技術和係統。

地下水除砷技術

目前，大多數除砷技術仍處於實驗室測試階段，盡管有一些希望。自20世紀90年代以來，人們對除砷方法進行了深入研究。除砷已采用沉澱法、離子交換法、零價鐵法、膜分離法、[30]濾池法、[31]電化學法等多種方法，但水中砷體係中As的吸附法因其除砷效率高、成本低、易於循環利用而受到關注。眾所周知，無機砷與鐵之間具有很高的親和力。這種行為被用來開發含鐵(III)的材料，如針鐵礦和赤鐵礦、鐵氧體和鐵(III)負載樹脂、氧化鐵包覆砂和鐵摻雜活性炭[17]。Chen等人[32]指出，活性炭與鐵負載的結合可以利用這兩種材料的強度。結果表明，活性炭是鐵預壓的理想載體介質，而鐵對砷酸鹽和亞砷酸鹽具有較高的親和力。

鋁基吸附劑包括活性氧化鋁、氫氧化鋁(礦物Al(OH))_3.)、氫氧化鋁和層狀雙氫氧化物[33]。長期以來，人們都知道砷(V)能被氫氧鋁強烈吸附，而砷(III)則不太容易被吸收。砷(V)在非晶態氫氧化鋁上的吸附最大值出現在pH值約為4 - 4.5時。Ranjan等[34]報道，砷(V)在含水鐵(III)氧化物上的吸附強烈依賴於體係的濃度和pH，而砷(III)的吸附對pH不敏感。與氫氧化鋁相比，氫氧化鐵通常被認為是較好的砷吸附劑，但如果其環境使其還原為可溶的氫氧化鐵(II)[35]，氫氧化鐵(III)也會釋放砷。

Sarkar等人[36]開發了一種除砷裝置，它由一個不鏽鋼柱組成，填充約100 L活性氧化鋁或混合陰離子交換器，發現處理過的水中As濃度保持在50 μg L以下⁻¹5年以上工作經驗，具備良好的操作和管理能力。在柬埔寨，Chiew等人研究了一種含有生鏽釘子的改良BioSand過濾器。[37]。他們指出，總體砷去除率很低，並建議在處理的一致性和有效性方麵取得改進之前，不應廣泛使用這種經過改進的過濾器。

開發了一種使用非晶鐵(氫)氧化物吸附劑的除砷設備，Kang等人於2011年4月至2012年2月在柬埔寨進行了監測試驗。[17]。吸附劑筒由吸附劑、棕櫚殼活性炭、粗砂、細砂等層組成。監測結果表明，處理後的水砷濃度可降至<10 μg L⁻¹通過對除砷設備的合理管理，說明非晶態鐵(氫)氧化物吸附劑不僅在實驗室中，而且在日常使用的現場條件下都具有較高的砷吸附能力。後一項研究證明了一種成功的除砷技術，可將水中的砷濃度就地降低到世衛組織指導方針以下。

表2:載鐵活性炭對砷的吸附量與非晶態氧化鐵比較

*活性炭;**無定形鐵(氫)氧化物;***含鐵活性炭

Lata和Samadder[38]回顧了納米吸附劑去除水中砷潛力的過去和目前的可用信息，包括金屬的納米顆粒，如鈦、鈰和鋯等。他們發現，為了提高納米吸附劑的滲透性，並使該技術適用於現場條件，還需要更多的研究來尋找合適的納米吸附劑保持材料。

除砷係統的選擇及解決砷水問題的未來展望

盡管地下水砷汙染問題十分嚴重，但不幸的是，目前在受影響地區還沒有完善的解決方案。建議的對策依次為:(1)管道地表水，(2)雨水收集，(3)深管井水，(4)挖井井水，(5)采用可靠、可持續的除砷技術[12]淨化的淺管井水。然而，如第1節所述，該地區的居民別無選擇，隻能使用或部分使用管井水進行日常生活和/或灌溉農田。因此，在這些地區建立除砷係統必須是最高的優先事項。生活用水和灌溉用水的除砷係統可以分別考慮。日常使用的水質必須始終符合世衛組織飲用水標準，並為更大的社區建立所需的清除方式，以便解決維護和可靠性問題。另一方麵，灌溉用水除砷係統可以單獨或集體維護，這取決於作物土地的麵積和到管井的距離。水質必須符合國家灌溉用水標準。

一般情況下，建議使用直徑大於1毫米的吸附劑進行水處理。我們在柬埔寨使用的直徑為3mm的非晶鐵(氫)氧化物在一些設備[17]中坍塌。另一種應用氧化鐵(氫)的方法是將其裝載在活性炭上。表2為兩種載鐵活性炭(Fe-AC)與非晶態鐵(氫)氧化物(Am-Fe)吸附As的比較。載鐵活性炭Fe-AC1和Fe-AC2對砷的吸附量分別為8.7和18-20 mg g^－1[39]，而非晶態鐵(氫)氧化物為42.4 mg g^－1[17]。Fe-AC2對砷的吸附能力較強，但其顆粒尺寸小於Fe-AC1。通過增加Fe-AC的用量和/或減小Fe-AC的粒徑可以獲得相同的除砷效率。

Fe-AC處理砷汙染地下水的優點總結如下。

(1) Fe-AC可以在受砷影響的國家以低成本製備，因為它可以由鐵鹽和活性炭合成，這兩種物質在大多數國家都有。

(2)由於目前一般水處理係統隻使用鐵- ac而不使用活性炭，因此現有水處理係統的技術和知識可直接應用於除砷係統。

(3)目前操作一般水處理係統的管理人員和技術人員可以成為顧問和技術主管，培訓新的除砷係統管理人員和技術人員。

從Fe-AC除砷係統中回收和處理活性炭是一個有待解決的問題。實驗室研究表明，磷的添加增加了土壤中砷的解吸量;然而，這一結果需要在地下水中進行驗證。

砷汙染地下水的有效修複需要研究人員、技術人員和管理人員的合作，他們都從事一般水處理和砷汙染的工作。此外，除砷係統的建立應在國家和地方政府的強有力領導下進行。來自政府和國際機構的財政支持也不可或缺。

利益衝突

作者聲明沒有利益衝突。

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Aritcle類型:評論文章

引用:[康暘(2016)柬埔寨砷汙染地下水研究進展。]國際J水廢水處理2(1):doi http://dx.doi。org/10.16966/2381 - 5299.116

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收到日期:12月28日

接受日期:2016年1月23日

發表日期:2016年1月28日。