Войти
Зоны загрязнения подземных вод мышьяком Загрязнение подземных вод мышьяком является формой загрязнения подземных вод, что часто происходит из-за естественных высоких концентраций мышьяка на более глубоких уровнях подземных вод. Это серьезная проблема из-за использования глубоких труб для водоснабжения в дельте Ганга, вызывающих серьезное отравление мышьяком у большого числа людей. Исследование 2007 года показало, что более 137 миллионов человек в более чем 70 странах, вероятно, страдают от отравления питьевой воды мышьяком. Проблема стала серьезной проблемой для здоровья после массового отравления воды в Бангладеш. Загрязнение грунтовых вод мышьяком обнаружено во многих странах мира, в том числе в США.
Сообщалось примерно о 20 крупных случаях заражения грунтовых вод флоромышьяком. Из них четыре крупных инцидента произошли в Азии, в Таиланде, Тайване и материковом Китае. Расположение потенциально опасных скважин нанесено на карту в Китае.
Вода, загрязненная мышьяком, обычно содержит мышьяковую кислоту и мышьяковую кислоту или их производные. Их названия как «кислоты» - формальность; эти разновидности не являются агрессивными кислотами, а представляют собой просто растворимые формы мышьяка с близким к нейтральному pH. Эти соединения извлекаются из нижележащих пород, окружающих водоносный горизонт. Мышьяковая кислота имеет тенденцию существовать в нейтральной воде в виде ионов [HAsO 4 ] и [H 2 AsO 4 ], тогда как мышьяковистая кислота не ионизируется.
Мышьяковая кислота (H3AsO 4), мышьяковистая кислота (H3AsO 3) и их производные обычно встречаются в загрязненных мышьяком грунтовых водах. 66% из 1200 протестированных образцов содержали мышьяк выше рекомендованного ВОЗ предела, что угрожало более чем 60 миллионам жителей. 50–60 миллионов жителей потребляют воду с уровнем мышьяка более 50 микрограммов на литр, что намного превышает приемлемые во всем мире уровни.
Бангладеш является страной, наиболее пострадавшей от отравления мышьяком в результате употребления алкоголя. вода. Правительство и другие агентства, такие как ЮНИСЕФ, установили колодцы для обеспечения пресной водой в слаборазвитых районах Бангладеш, но позже обнаружили болезнь, связанную с потреблением этой воды. Около 7–11 миллионов колодцев или колодцев с ручным насосом снабжали местное население водой, загрязненной мышьяком. В 2008 году около 57 миллионов жителей использовали воду, загрязненную мышьяком из этих неглубоких колодцев. 20% от общего числа смертей связаны с раком, связанным с мышьяком.
Анализ потребления воды и пищи в Socaire, сельской деревне в Чили, обнаружил, что в период с ноября 2008 г. по сентябрь 2009 г. общее потребление мышьяка сельскими жителями коррелировало с количеством потребляемой воды и местных продуктов.
Загрязнение мышьяком территории грунтовые воды в Бангладеш - серьезная проблема. До 1970-х годов в Бангладеш был один из самых высоких уровней детской смертности в мире. Неэффективные системы очистки воды и канализации, а также периодические муссоны и наводнения усугубляли эти проблемы. В качестве решения ЮНИСЕФ и Всемирный банк выступили за использование колодцев для проникновения в более глубокие грунтовые воды. В результате были построены миллионы скважин. Благодаря этой акции детская смертность и диарейные заболевания снизились на пятьдесят процентов. Однако, когда построено более 8 миллионов колодцев, примерно каждая пятая из них в настоящее время загрязнена мышьяком, превышающим установленный правительством стандарт питьевой воды.
В дельте Ганга затронутые скважины обычно имеют глубину более 20 метров и менее 100 метров. Подземные воды, расположенные ближе к поверхности, обычно меньше времени проводят в земле, поэтому, вероятно, они поглощают меньшую концентрацию мышьяка; вода на глубине более 100 метров подвергается воздействию гораздо более старых отложений, которые уже были обеднены мышьяком.
Эта проблема привлекла внимание международного сообщества в 1995 году. Исследование, проведенное в Бангладеш, включало анализ тысяч проб воды, а также образцы волос, ногтей и мочи. Было обнаружено 900 деревень с содержанием мышьяка выше правительственного лимита.
Была высказана критика в адрес агентств по оказанию помощи, которые отрицали наличие проблемы в 1990-е годы, когда были затоплены миллионы трубчатых колодцев. Позже агентства по оказанию помощи наняли иностранных экспертов, которые рекомендовали очистные сооружения, которые не соответствовали условиям, регулярно ломались или не удаляли мышьяк.
В Западной Бенгалии, Индия, вода в основном поступает из рек. Подземные воды поступают из глубоких колодцев, которых немного. Из-за малого количества глубоких трубок риск отравления мышьяком в Западной Бенгалии ниже. По данным Всемирной организации здравоохранения, «в Бангладеш, Западной Бенгалии (Индия) и некоторых других регионах большая часть питьевой воды собиралась из открытых колодцев и прудов с небольшим содержанием мышьяка или без него, но с зараженной водой, передающей болезни, такие как диарея., дизентерия, брюшной тиф, холера и гепатит. Программы по обеспечению "безопасной" питьевой водой за последние 30 лет помогли контролировать эти болезни, но в некоторых областях они имели неожиданный побочный эффект, подвергнув население другому здоровью. проблема - мышьяк ". Приемлемый уровень максимальной концентрации мышьяка в безопасной питьевой воде, установленный ВОЗ, составляет 0,01 мг / л. Стандарт правительства Бангладеш в пять раз выше, при этом 0,05 мг / л считается безопасным. ВОЗ определила районы, находящиеся под угрозой: сообщалось, что в семи из двадцати округов Западной Бенгалии концентрация мышьяка в грунтовых водах превышает 0,05 мг / л. Общая численность населения в этих семи округах составляет более 34 миллионов человек, а количество людей, использующих воду, богатую мышьяком, составляет более 1 миллиона человек (более 0,05 мг / л). Это число увеличивается до 1,3 миллиона, когда концентрация выше 0,01 мг / л. Согласно исследованию, проведенному Британской геологической службой в 1998 году на неглубоких трубчатых колодцах в 61 из 64 районов Бангладеш, 46 процентов проб были выше 0,01 мг / л, а 27 процентов - выше 0,050 мг / л. В сочетании с оценкой численности населения в 1999 г. было подсчитано, что количество людей, подвергшихся воздействию концентраций мышьяка выше 0,05 мг / л, составляет 28–35 миллионов, а количество людей, подвергшихся воздействию концентраций более 0,01 мг / л, составляет 46-57 миллионов (BGS, 2000).
По всей территории Бангладеш трубчатые колодцы проверяются на концентрацию мышьяка, и колодцы, в которых обнаруживается концентрация мышьяка, превышающая безопасное количество, окрашиваются в красный цвет, чтобы предупредить жителей о том, что вода небезопасна для питья..
Одно из решений: «Использование поверхностных вод и введение эффективного регулирования водозабора. Западная Бенгалия и Бангладеш затоплены поверхностными водами. Сначала мы должны отрегулировать надлежащее управление водосборными бассейнами. Очистить и использовать имеющиеся поверхностные воды, дождевую воду и другие. То, как мы делаем [это] в настоящее время, не рекомендуется ". Другой путь - это содержание питательных веществ, которое, как считается, также отвечает за смягчение воздействия мышьяка. Считается, что недоедание усиливает неблагоприятное воздействие мышьяка.
В Бихаре подземные воды в 13 районах были загрязнены мышьяком в количествах, превышающих 0,05 мг / л. Все эти районы расположены недалеко от крупных рек, таких как Ганга и Гандак.
Центральная часть Аргентины находится под воздействием загрязненных мышьяком грунтовых вод. В частности, La Pampa производит воду, содержащую 4–5300 микрограммов на литр.
Стандарт питьевой воды 0,05 мг / л (равный 50 частей на миллиард, или ppb) мышьяк был первоначально введен в США Службой общественного здравоохранения в 1942 году. После принятия Закона о безопасной питьевой воде 1974 года (SDWA) Агентство по охране окружающей среды (EPA) было дано право устанавливать максимальные уровни сдерживания загрязняющих веществ в системах водоснабжения. В 1996 году Конгресс внес поправки в SDWA и создал Оборотный фонд штата по питьевой воде для предоставления ссуд на улучшение водоснабжения, что увеличило полномочия EPA по установлению мандатов. Эта поправка создала «правило затрат и выгод», чтобы определить, перевешивают ли затраты на внедрение новых MCL выгоды для здоровья. Чтобы максимизировать затраты и выгоды от установки новых MLC, EPA начало разрешать замену более доступной технологии, которая не полностью соответствовала стандартам MLC, потому что она была более доступной.
EPA изучало плюсы и минусы снижения уровня MCL мышьяка в течение многих лет в конце 1980-х и 1990-х годах. Никаких действий не было предпринято до января 2001 года, когда администрация Клинтона в последние недели своей деятельности провозгласила новый стандарт 0,01 мг / л (10 частей на миллиард), который вступил в силу в январе 2006 года. Администрация Буша приостановил действие правила полуночи, но после нескольких месяцев изучения новый администратор EPA Кристин Тодд Уитман утвердила новый стандарт мышьяка в 10 частей на миллиард и его первоначальную дату вступления в силу в январе 2006 года. этот предел. Исследование общественного здравоохранения Lancet, проведенное в 2017 году, показало, что это изменение правил привело к снижению смертности от рака.
Многие системы водоснабжения в США получали воду из грунтовых вод, которые соответствовали старому стандарту мышьяка в 50 частей на миллиард, но превышали норму. новый 10 ppb MCL. Эти коммунальные предприятия искали либо альтернативный источник, либо недорогой метод очистки воды от мышьяка. В Аризоне около 35 процентов водозаборных скважин были выведены из строя в соответствии с новым постановлением; в Калифорнии этот показатель составил 38 процентов.
Правильный уровень MCL мышьяка продолжает обсуждаться. Некоторые утверждали, что федеральный стандарт в 10 частей на миллиард все еще слишком высок, в то время как другие утверждали, что 10 частей на миллиард - это излишне строгий. Отдельные государства могут устанавливать более низкие пределы мышьяка; Нью-Джерси поступил так, установив максимум 0,005 мг / л (5 частей на миллиард) для мышьяка в питьевой воде.
Исследование частных колодцев в Аппалачских горах показало, что шесть процентов в скважинах содержание мышьяка превышало ПДК США 0,010 мг / л.
Фаллон, Невада давно известно, что в грунтовых водах есть относительно высокие концентрации мышьяка (превышающие 0,08 мг / л). Даже в некоторых поверхностных водах, таких как река Верде в Аризоне, иногда содержание мышьяка превышает 0,01 мг / л, особенно в периоды меженного стока, когда в речном потоке преобладает расход подземных вод. 142>
Исследование, проведенное в прилегающей территории с шестью округами на юго-востоке Мичигана, исследовало взаимосвязь между умеренным уровнем мышьяка и 23 исходами болезней. Исходы заболевания включали несколько типов рака, заболевания сердечно-сосудистой и дыхательной системы, сахарный диабет, а также заболевания почек и печени. Повышенная летальность наблюдалась при всех заболеваниях системы кровообращения. Исследователи признали необходимость повторить свои открытия.
Непал подвержен серьезной проблеме с загрязнением мышьяком. Проблема наиболее остро стоит в районе Тераи, а наихудшая - в районе района Навалпараси, где 26 процентов неглубоких скважин не соответствуют стандарту ВОЗ в 10 частей на миллиард. Исследование Японского агентства международного сотрудничества и окружающей среды в долине Катманду показало, что 72% глубоких скважин не соответствовали стандарту ВОЗ, а 12% не соответствовали непальскому стандарту 50 частей на миллиард.
Доступ к чистой питьевой воде чреват политическим, социально-экономическим и культурным неравенством. На практике многие стратегии очистки воды, как правило, являются временным решением более серьезной проблемы, часто затягивая социальные проблемы, одновременно решая научные. Научные исследования показали, что особенно важно учитывать междисциплинарные подходы к очистке воды, а долгосрочные улучшения предполагают более широкие перспективы, чем строгие научные подходы.
Обзор методов Для удаления мышьяка из грунтовых вод в Пакистане обобщены наиболее технически жизнеспособные недорогие методы. Большинство небольших обработок сосредоточены на воде после того, как она покинула место распределения, и, таким образом, больше сосредоточены на быстрых и временных решениях.
Более простая и менее дорогая форма удаления мышьяка, известная как фильтр мышьяка Sono, с использованием трех кувшинов, содержащих стружку чугуна и песок в первом кувшине и древесный активированный уголь и песок в второй. Пластиковые ведра также можно использовать в качестве контейнеров для фильтров. Утверждается, что тысячи таких систем используются и могут работать годами, избегая при этом проблемы удаления токсичных отходов, присущей обычным установкам по удалению мышьяка. Несмотря на то, что этот фильтр является новым, он не был сертифицирован никакими санитарными стандартами, такими как NSF, ANSI, WQA, и не исключает утилизации токсичных отходов, как и любой другой процесс удаления железа.
В Соединенных Штатах для удаления мышьяка из питьевой воды использовались небольшие установки «под раковиной». Этот вариант называется лечением по месту использования. Наиболее распространенные виды бытовой очистки используют технологии адсорбции (с использованием таких сред, как байоксид E33, GFH, активированный оксид алюминия или диоксид титана) или обратный осмос. Ионный обмен и активированный оксид алюминия были рассмотрены, но обычно не используются.
Фильтры на основе мякины, как сообщается, снижают содержание мышьяка в воде до 3 мкг / л (3 частей на миллиард). Это особенно важно в районах, где питьевая вода поступает путем фильтрации воды, извлеченной из подземного водоносного горизонта.
При электрокоагуляции железа (Fe-EC) железо непрерывно растворяется с помощью электричества, и полученные гидроксиды, оксигидоксиды и оксиды трехвалентного железа образуют абсорбент, легко притягиваемый мышьяком. Плотность тока, количество заряда, доставляемого на литр воды, процесса часто изменяют для достижения максимального истощения мышьяка. Эта стратегия лечения в основном использовалась в Бангладеш и оказалась в значительной степени успешной. Фактически, использование электрокоагуляции железа для удаления мышьяка из воды оказалось наиболее эффективным вариантом очистки.
В некоторых местах, например в США, вся вода вода, подаваемая в жилые дома коммунальными службами, должна соответствовать стандартам первичной (медицинской) питьевой воды. Правила могут потребовать крупномасштабных систем очистки для удаления мышьяка из водоснабжения. Эффективность любого метода зависит от химического состава конкретного водопровода. Водно-химический состав мышьяка сложен и может повлиять на скорость удаления, которую можно достичь с помощью определенного процесса.
Некоторые крупные коммунальные предприятия с несколькими водозаборными скважинами могут закрыть скважины с высокими концентрациями мышьяка и производить добычу только из колодцев или поверхностных источников воды, соответствующих стандарту мышьяка. Однако другие коммунальные предприятия, особенно небольшие коммунальные предприятия с несколькими колодцами, могут не иметь доступной воды, соответствующей стандарту по мышьяку.
Коагуляция / фильтрация (также известная как флокуляция ) удаляет мышьяк посредством соосаждения и адсорбции с использованием железных коагулянтов. Коагуляция / фильтрация с использованием квасцов уже используется некоторыми предприятиями для удаления взвешенных твердых частиц и может быть отрегулирована для удаления мышьяка.
Адсорбция оксида железа фильтрует воду через гранулированную среду, содержащую трехвалентное железо. окись. Оксид железа имеет высокое сродство к адсорбции растворенных металлов, таких как мышьяк. Среда из оксида железа в конечном итоге становится насыщенной, и ее необходимо заменить. Удаление шлама и здесь является проблемой.
Активированный оксид алюминия представляет собой адсорбент, эффективно удаляющий мышьяк. Колонны с активированным оксидом алюминия, подключенные к мелким трубчатым колодцам в Индии и Бангладеш, на протяжении десятилетий удаляли как As (III), так и As (V) из подземных вод. Долгосрочная работа колонны стала возможной благодаря усилиям избранных сообществом комитетов по водным ресурсам, которые собирают местный налог на воду для финансирования операций и технического обслуживания. Он также использовался для удаления нежелательно высоких концентраций фторида.
Ионный обмен долгое время использовался в качестве процесса умягчения воды, хотя обычно на индивидуальной основе.. Традиционные анионообменные смолы эффективны для удаления As (V), но не As (III) или триоксида мышьяка, который не имеет чистого заряда. Для эффективного долгосрочного ионообменного удаления мышьяка требуется обученный оператор для обслуживания колонки.
И обратный осмос, и электродиализ (также называемый обратным электродиализом) могут удалять мышьяк с чистым ионным зарядом. (Обратите внимание, что оксид мышьяка, As 2O3, представляет собой обычную форму мышьяка в грунтовых водах, которая является растворимой, но не имеет чистого заряда.) Некоторые коммунальные предприятия в настоящее время используют один из этих методов для уменьшения общего количества растворенных твердых веществ и поэтому улучшите вкус. Проблема с обоими методами заключается в производстве сточных вод с высоким содержанием соли, называемых рассолом, или концентратом, которые затем необходимо утилизировать.
Технология подземного удаления мышьяка (SAR) SAR Technology
При подземном удалении мышьяка аэрированные грунтовые воды возвращаются обратно в водоносный горизонт, чтобы создать зону окисления, которая может задерживать железо и мышьяк на частицах почвы через адсорбционный процесс. Зона окисления, создаваемая аэрированной водой, повышает активность окисляющих мышьяк микроорганизмов, которые могут окислять мышьяк с +3 до +5 состояния SAR Technology. На этапе эксплуатации не используются химические вещества и почти не образуется осадок, поскольку соединения железа и мышьяка становятся неактивными в самом водоносном горизонте. Таким образом предотвращается удаление токсичных отходов и риск их дальнейшей мобилизации. Кроме того, он имеет очень долгий срок эксплуатации, аналогичный долговечным трубчатым скважинам, забирающим воду из неглубоких водоносных горизонтов.
Шесть таких станций SAR, финансируемых Всемирным банком и построенных Миссией Рамакришны Вивекананды, Barrackpore Queen's University Belfast, UK, работают в Западной Бенгалии. Каждый завод ежедневно поставляет сельскому населению более 3000 литров воды, не содержащей мышьяка и железа. Первая общественная водоочистная станция, основанная на технологии SAR, была создана в Кашимпоре недалеко от Калькутты в 2004 году группой европейских и индийских инженеров под руководством Бхаскара Сен Гупты из Королевского университета в Белфасте для TiPOT.
Технология SAR была удостоена награды Премия Дхирубхай Амбани, 2010 от IChemE UK за химические инновации. И снова компания SAR стала победителем конкурса St. Премия Эндрюса за окружающую среду, 2010. Проект SAR был выбран Институтом Блэксмита в Нью-Йорке и Зеленом Кресте в Швейцарии как один из «12 примеров успешной очистки и успеха» в отчете о наихудших загрязненных местах в мире за 2009 год (см.: www.worstpolluted.org ).
В настоящее время крупномасштабные установки SAR устанавливаются в США, Малайзии, Камбодже и Вьетнаме.
Наноматериалы с поистине высокой поверхностной энергией, приготовленные с использованием природных богатых ингредиентов, могут быть полезны в создании экологически чистых продуктов. Используя наноматериалы, можно эффективно уничтожать микроорганизмы, адсорбировать мышьяк и фторид, удалять тяжелые металлы и разлагать пестициды, обычно содержащиеся в воде. Исследователи изучили новые методы синтеза композиций оксида / гидроксида / оксигидроксида железа в лаборатории и использовали их для очистки воды. Продукт с метким названием AMRIT, что на индийских языках означает эликсир, разработанный Индийским технологическим институтом Мадраса, представляет собой доступную технологию очистки воды, основанную на передовых материалах, которая была подтверждена посредством исследовательских статей и патентов и была одобрена для национального внедрения в Индия. Технология позволяет удалить из воды несколько анионов, особенно арсенат и арсенит (два распространенных вида, присутствующих в воде, загрязненной мышьяком) и фторид. В настоящее время эта технология обеспечивает ежедневную доставку воды без мышьяка примерно 10 000 000 человек. AMRIT использует адсорбент, основанный на простом методе поддержания фазы метастабильного 2-линейного ферригидрита (названного CM2LF) при комнатной температуре, заключая ее в биополимерные клетки. Он может работать с концентрациями мышьяка и коллоидного железа, достигающими 100-800 мкг / л и 50 мг / л, соответственно, и обеспечивает выходную концентрацию ниже допустимого предела, установленного EPA, равного 10 мкг / л и 200 мкг / л соответственно. Адсорбционная способность композита по мышьяку в полевых условиях в 1,4-7,6 раз лучше, чем у имеющихся составов. Сотни единиц были испытаны в мышьяковом поясе Индии, которые непрерывно работают в полевых условиях в течение нескольких лет. Внедрены комплектные водоочистные установки различной мощности от десятков литров до миллионов литров. AMRIT применялся в различных формах общественных водоочистителей, которые просты в использовании, имеют низкую стоимость обслуживания и не образуют осадка. Он может работать при расходе от 300 л / ч (литров в час) до 100 000 л / ч. Стоимость чистой воды с использованием этой технологии в районах, пораженных мышьяком, составляет менее 2,5 пайс (0,0006 долларов США) за литр, что включает в себя расходы на оператора, управляющего установкой, необходимые расходные материалы и электроэнергию, используемую для перекачки и распределения. Для фильтрации электричество не требуется. Он может быть реализован на любом уровне - домашнем, общественном или муниципальном - в любой точке мира и может быть легко интегрирован с другими технологиями.
Адсорбционные свойства CM2LF и механизм его поглощения были тщательно исследованы. Сообщается о последующих исследованиях по повышению экологичности этой технологии с дальнейшим улучшением способности удаления и включения показателей устойчивости в производство и эксплуатацию. В целом AMRIT представляет собой убедительное решение для достижения цели развития тысячелетия Организации Объединенных Наций по обеспечению устойчивого доступа к безопасной питьевой воде.
Исследователи из Бангладеш и Соединенного Королевства утверждали, что потребление мышьяка с пищей значительно увеличивает общее потребление, если загрязненная вода используется для орошения.
