农村地下水中水氟污染现状与改善策略

2022-04-15纪媛媛

南方农机 2022年8期

纪媛媛

（新疆农业职业技术学院，新疆昌吉 831100）

0 引言

氟（F）为卤族元素，位于周期表中第二周期第Ⅶ主族[1]。氟是自然环境中广泛分布且与人体健康密切相关的微量化学元素之一[2]。不管是动物还是人类，氟都是其不可或缺的重要微量元素。缺氟时人或动物易患龋齿病和骨质松脆病，但摄入过量时又会引起氟斑牙和氟骨症等氟中毒症状[3]。我国制定的饮用水标准中明确规定了水中含氟量大小，指出人们日常生活中使用的水资源，氟的含量不得高于1.0 mg·L-1，标准范围为0.5 mg·L-1～1.0 mg·L-1。当人们日常生活中使用的水资源含氟量大于1.0 mg·L-1时，就属于高氟水。正常来说，人体中的氟有60%以上都是来自于平时食用的食品，而有30%左右是来自于饮用水，由于饮用水中含有的氟极容易被人体吸收，当饮用水中含有超量氟时，极易导致人们患上氟病。

伴随着我国社会经济的快速发展，工业与农业都得到了迅速发展，与此同时地表水污染越来越严重，从而使得人们不得不开采地下水作为生活饮用水。然而，在我国某些农村地区存在水资源中含氟量超标的问题。本文重点分析了部分农村地下水中水氟污染现状，并提出相应的改善策略，为保障农村地区饮用水安全提供帮助。

1 农村地下水中水氟污染现状分析

地下水作为一类重要的饮用水来源，其污染状况一直备受关注，地下水中氟的含量及成因一直备受国内外专家学者的关注[4]。地下水污染严重制约着经济的可持续发展，威胁着人类的健康[5]。地方性氟中毒属于一种十分严重的区域性疾病，危及我国许多省、市、县，据不完全统计，我国有此病县总数已经超过一千个，受影响群众也达到了上亿人。通常情况下，区域性氟中毒来源于多个方面，分别是饮用水型、燃煤型以及饮茶型等，而饮用水型是导致氟病产生的关键因素。

数据报道，全球氟污染范围约占1/3，保守估计，由于饮用水中氟超标，全球超过35个国家、约2亿人口受到氟中毒的威胁[6]。我国许多农村地区的饮用水中也存在严重的氟超标现象，一些区域的农村饮用水中含氟量最高达到了5.8 mg·L-1，对广大农村人群的生命健康产生了非常大的危害。

一些农村饮用水中含有较高氟时，往往会引起较高的氟病发生率，并且会产生较为严重的病情。为此，笔者对辽宁凌海市共43个村庄的饮用水含氟情况进行了调查与研究，对各项数据进行归纳与统计后制作成表1[7]。从表1中可以看出，该批次采集调查的乡镇饮用水含氟情况中，含氟量超过标准规定范围的村庄总共达到了19个，饮用水中水氟满足规定标准的村庄数占比为55.8%，这些乡镇中西八千乡饮用水中水氟合格率最高，达到了83.3%，而大有乡最低，饮用水中水氟检测合格率仅为20.0%。

表1 农村地下水超标水氟含量监测结果

2 农村地下水氟污染的原因

通常情况下，水中氟的含量与该地区的地层及岩石类型和土壤的含氟量有关，基岩和土壤含氟量越高，水中的含氟量越高，也与地形地貌有一定关系[8]。此外，气候、水文地质条件等也会导致农村地下水受到水氟污染。

2.1 采矿导致地下水污染

我国许多农村处于偏远的山区，有着丰富的矿产资源，在采矿过程中，不仅会对该区域的地表水产生较大污染，也会对地下水产生不良影响，导致农村水资源中含有过多的氟元素。而不少农村区域人们习惯于直接饮用地表水与浅层地下水，从而使得较多农村居民患上氟病。尽管当下许多农村区域的采矿活动已经停止，然而因为受到较长时间的高氟废水污染，造成该区域的土壤受到了非常大的污染。由于土壤具有很好的富氟作用，使得该农村区域的地下水含氟量始终处于一个较高的标准，持续不断地对生活在该区域的人们产生较大危害。

2.2 气候因素

我国一些农村处于大陆性季风气候范围内，该气候带具有半湿润半干旱的特征，冬天气温较低，而夏季气温较高，有着鲜明的四个季节，每年降水量处于标准范畴内，然而容易出现干旱。当该区域的水分蒸发量明显高于该区域的降水量时，就会产生十分明显的蒸发浓缩作用，在这种气候条件的影响下，一方面促使了盐分的积累，另一方面也导致了大量氟离子富集，从而造成该区域农村地下水中含有较多的氟元素，使得农村地下水产生氟污染，严重威胁到人们的生命健康安全。

2.3 水文地质条件

地下水的交替循环速度控制着水中氟的迁移和聚集，同时含水层岩性、透水性、地下水埋藏深度等水文地质条件决定了地下水交替循环速度[9]。当农村地下水中含水层岩性颗粒比较密实，透水性能不佳，排泄速度较为缓慢时，在经过较长距离的径流之后，很容易产生较多的氟离子，同时因为地下水的深度普遍不深，在通过蒸发浓缩之后很容易导致地下水中含有大量的氟，由此造成农村地下水产生氟污染。

3 农村地下水改善水氟污染的策略

水是维持社会发展与地球生命生存不可或缺的重要性基础资源，地下水是组成地球系统的重要自然资源，在地质构造与水循环系统中时刻发生着复杂庞大的信息传递[10]。针对当下导致农村区域地下水氟污染产生的原因，从技术视域出发探讨了预防农村地下水氟污染产生的有效措施，为保障农村区域饮用水安全奠定基础。

3.1 矿区导致的农村地下水氟污染的改善策略

1）放置矿产品的地面上设置防渗层。矿产在实际生产运营过程中，待售的矿产品以及运输中转等环节的矿产品，通常情况下都是放置在空旷的室外。当出现雨水天气时，这些堆积在室外的矿产品会通过雨水径流进入到农村地下水系统中，从而对农村地下水产生较大危害。针对此现象，采矿单位应当规划合理的区域用于防止待售与转运的矿产品处于露天放置状态，特别是大风与下雨天气，更应当要将其放置到室内，避免通过雨水径流导致农村地下水污染。此外，针对矿产品专门放置的场所，要对其进行特殊处理，在地面上要设置防渗层，有效避免矿产品在长时间堆积过程中渗透到地下，对地下水产生污染。

膨润土透水性差、膨胀性能好，可防渗漏。其主要成分是硅酸盐，属于一种天然层状的黏土材料，由于其拥有十分广泛的应用范畴，所以膨润土也被叫作“万能黏土”。当有水压施加在膨润土之上时，其会产生横膈膜，在该形态下拥有非常差的透水性（小于a×10-7cm·s-1）。此外膨润土还拥有非常好的膨胀性能，可以融入到裂缝之中。得益于膨胀土的这些优异性能，使得其在许多场合都有着较高的应用价值，充分发挥隔绝水、防渗漏的作用。我国拥有十分丰富的膨润土资源，获取容易并且价格经济实惠，同时当下对膨润土的应用具有较为成熟的技术手段。所以在进行矿山开采时，可以将膨润土应用到矿产品放置区域，提高该区域的防渗漏性能，避免对地下水产生危害，降低农村地下水中的氟污染。

2）通过技术手段进行污水处理，使污水符合排放标准。为了确保矿山企业排放的污水中氟含量符合标准要求，我国一些技术人员对其进行了大量研究工作，通过有效的技术手段来解决污水中的氟超标问题，保护我国农村地区地下水不受污染。具体来说，将废水通过三级泵站输送到尾矿库，在进入库前倒入适量的酸性废液处理剂，再将废水输送到三级泵站蓄水池，在运送过程中使液体充分混合发生化学反应，反应物沉淀之后将废水排出，通过这种方式可以很好地确保废水中氟含量低于10 mg·L-1。

3）根据土壤属性采取合适的修复方式。在对矿区水资源氟污染现状进行研究与分析后，可以发现根据土壤属性的不同采取不同的修复方式，也能够降低地下水中的氟含量。在红壤以及黄壤等酸性土壤中，因其中包含有较多的铁、铝元素，可以很好地吸附氟络离子，而碱性土壤中能够吸附的氟通常是F-。当矿区土壤为红壤或者黄壤时，则能够借助于泥炭等有机质降低地下水中的氟含量；而当矿区土壤为碱性土壤时，则可以通过脱硫灰渣来降低地下水中的氟含量。另外，当土壤中含有较多氟元素时，还能够通过种植修复植物来降低其中的氟含量，例如种植茶树等。

3.2 自然地质构造层含氟量大导致地下水氟污染的改善策略

在一些地下水含氟量超过标准值的农村地区，因为氟含量没有超过10 mg·L-1，所以在处理这种程度的氟污染问题时，可以采用吸附除氟法来降低地下水的含氟量，这种方法操作简单、使用成本低，并且除氟效果较好，能够将地下水中的含氟量控制在0.5 mg·L-1～1.0 mg·L-1，确保地下水含氟量满足饮用水标准要求。吸附除氟法中除氟剂是至关重要的一个部分，当下存在的除氟剂类型多样，主要有膨润土、沸石以及高岭土等，可通过选取适宜的除氟剂来进一步提高除氟效果。膨润土是一种重要的除氟剂，并且由于其属于天然矿产资源，积极开展膨润土的研究工作具有十分重要的作用。我国拥有丰富的天然膨润土，然而这种膨润土吸附性能较低、使用量大，同时固体与液体不易分离。为了解决这些缺点，我国相关研究人员将Al3＋加入到膨润土中，通过一系列的试验后得出，当在膨润土中加入38%的AlCl3溶液时，能够显著提高膨润土对氟的吸附性能，可以很好地降低水中的氟含量，保障农村地区地下水中的含氟量始终处于标准范围内，切实维护农村居住人民的生命健康安全。