Введение

Форма загрязнения воды Загрязнение подземных вод мышьяком - это форма загрязнения подземных вод, которая часто связана с высокими концентрациями мышьяка, встречающимися в природе на более глубоких уровнях подземных вод. Это очень серьезная проблема из-за использования глубоких трубных скважин для водоснабжения в дельте Ганга, вызывая серьезное отравление мышьяком большого количества людей. Согласно исследованию 2007 года, более 137 миллионов человек в более чем 70 странах страдают от отравления питьевой водой мышьяком. После массового отравления воды в Бангладеш проблема стала серьезной проблемой для здоровья. Загрязнение подземных вод мышьяком обнаружено во многих странах мира, включая США. Всемирная организация здравоохранения рекомендует ограничить концентрацию мышьяка в воде до 10 мкг/л, хотя это часто является недостижимой целью для многих проблемных районов из-за сложности удаления мышьяка из водных источников. Было зарегистрировано около 20 крупных случаев загрязнения грунтовых вод мышьяком. Из них четыре крупных инцидента произошли в Азии - в Бангладеш, Западной Бенгалии, Индии, Внутренней Монголии, Китае и Тайване. В Китае были намечены места потенциально опасных скважин.

Индия

В Бихаре грунтовые воды в 13 районах были заражены мышьяком в количестве более 0,05 мг/л. Все эти районы расположены вблизи крупных рек, таких как Ганга и Гандак. В Западной Бенгалии, Индия, вода в основном поступает из рек, открытых колодцев или прудов. Они могут быть заражены инфекционными заболеваниями, такими как дизентерия, тиф, холера и гепатит. С 1970-х годов неправительственные организации в Индии сосредоточились на закапывании трубных скважин для обеспечения питьевой воды, не загрязненной болезнями, с непредвиденным побочным эффектом воздействия некоторых людей на загрязненные мышьяком грунтовые воды.

Непал

В Непале существует серьезная проблема загрязнения мышьяком. Проблема наиболее серьезна в районе Терай, наиболее остро она наблюдается в районе Навалпараси, где 26 процентов мелких колодцев не соответствуют стандарту ВОЗ в 10 частей воды на 1 куб. Исследование, проведенное Японским агентством международного сотрудничества и охраны окружающей среды в долине Катманду, показало, что 72% глубоких скважин не соответствовали стандарту ВОЗ, а 12% не соответствовали непальскому стандарту 50 ppb.

Пакистан

66% из 1200 проб, прошедших тестирование, содержали мышьяк выше рекомендуемого ВОЗ предела, что угрожает более 60 миллионам жителей. 50 - 60 миллионов жителей потребляют воду с уровнем мышьяка более 50 микрограммов мышьяка на литр, уровень, намного превышающий приемлемые уровни во всем мире.

Регулирование

Стандарт питьевой воды в 0,05 мг/л (равно 50 частей на миллиард, или ppb) мышьяка был первоначально установлен в Соединенных Штатах Службой общественного здравоохранения в 1942 году. После принятия Закона о безопасной питьевой воде 1974 года (SDWA) Агентству по охране окружающей среды (EPA) было предоставлено право устанавливать максимальные уровни содержания (MCL) загрязняющих веществ в общественных водоснабжениях. В 1996 году Конгресс внес поправки в SDWA и создал Государственный оборотный фонд питьевой воды для предоставления кредитов на улучшение водоснабжения, что увеличило полномочия EPA по установлению мандатов. Эта поправка создала "правило затрат и выгод", чтобы определить, превышают ли затраты на внедрение новых МКЛ выгоды для здоровья. Чтобы максимизировать затраты и выгоды от установления новых MLC, EPA начала разрешать замену более доступной технологии, которая не полностью соответствовала стандартам MLC, потому что она была более доступной. В конце 1980-х и 1990-х годов EPA изучала плюсы и минусы снижения MCL мышьяка в течение многих лет. Никаких действий не предпринималось до января 2001 года, когда администрация Клинтона в свои последние недели провозгласила новый стандарт 0,01 мг/л (10 ппб), который вступит в силу в январе 2006 года. Администрация Буша приостановила действие ночного правила, но после нескольких месяцев изучения новый администратор EPA Кристин Тодд Уитман одобрил новый стандарт 10 ppb мышьяка и его первоначальную дату вступления в силу в январе 2006 года. Во многих местах этот предел превышен. Исследование Lancet Public Health 2017 года показало, что изменение правил привело к снижению смертности от рака. Многие системы общественного водоснабжения по всей территории Соединенных Штатов получали воду из подземных вод, которые соответствовали старому стандарту 50 ppb мышьяка, но превышали новый 10 ppb MCL. Эти компании искали либо альтернативный источник, либо недорогой метод очистки воды от мышьяка. В Аризоне, по оценкам, 35 процентов скважин водоснабжения были выведены из строя новым правилом; в Калифорнии этот процент составлял 38 процентов. Правильная арсеновая МКЛ продолжает обсуждаться. Некоторые утверждают, что федеральный стандарт 10 ppb все еще слишком высок, в то время как другие утверждают, что 10 ppb излишне строг. Отдельные штаты могут установить более низкие пределы содержания мышьяка; Нью-Джерси сделал это, установив максимальный уровень 0,005 мг/л (5 ппб) для мышьяка в питьевой воде. Исследование частных колодцев в Аппалачах показало, что в 6% колодцев содержание мышьяка превышает норму в США 0,010 мг/л.

Случайные исследования и инциденты

Фэллон, штат Невада, давно известен своими подземными водами с относительно высокой концентрацией мышьяка (более 0,08 мг/л). Даже некоторые поверхностные воды, такие как река Верде в Аризоне, иногда превышают 0,01 мг/л мышьяка, особенно в периоды низкого стока, когда в речном потоке преобладают подземные выбросы. В исследовании, проведенном в соседних шести округах юго-востока Мичигана, была исследована связь между умеренным уровнем мышьяка и 23 видами заболеваний. Результаты заболевания включали несколько типов рака, заболевания кровеносной и дыхательной системы, сахарный диабет, заболевания почек и печени. Повышенные показатели смертности наблюдались при всех заболеваниях кровеносных систем. Исследователи признали необходимость повторить свои результаты. Различные исследования также показали, что воздействие мышьяка во время беременности может привести к смерти младенца, раку, сердечным приступам, почечной недостаточности, осложнениям в легких, а также снижению интеллекта, памяти и когнитивного развития ребенка. Научные исследования показали, что междисциплинарные подходы к очистке воды особенно важны для рассмотрения, и долгосрочные улучшения включают в себя более широкие перспективы, чем строгие научные подходы.

Маломасштабная очистка воды

В обзоре методов удаления мышьяка из грунтовых вод в Пакистане обобщены наиболее технически осуществимые недорогие методы. Большинство мелкомасштабных методов обработки сосредоточены на воде после того, как она покинула место распределения, и, таким образом, больше сосредоточены на быстрых временных исправлениях. Проще и дешевле удаление мышьяка, известное как фильтр соно-мышьяка, использует три горшка, содержащие чугунные отверстия и песок в первом горшке и деревянный активированный уголь и песок во втором. Пластиковые ведра также могут использоваться в качестве фильтровальных контейнеров. Утверждается, что тысячи таких систем используются и могут работать в течение многих лет, избегая при этом проблемы с утилизацией токсичных отходов, присущей обычным установкам удаления мышьяка. Несмотря на то, что этот фильтр является новым, он не сертифицирован ни одним санитарным стандартом, таким как NSF, ANSI, WQA, и не позволяет избежать утилизации токсичных отходов, аналогично любому другому процессу удаления железа. В Соединенных Штатах для удаления мышьяка из питьевой воды используются небольшие установки "под раковиной". Этот вариант называется "пункт применения". Наиболее распространенные виды бытовой обработки используют технологии адсорбции (с использованием таких сред, как биооксид E33, GFH, активированная алюминиевая или диоксид титана) или обратного осмоса. Ионный обмен и активированная алюмина рассматривались, но не используются обычно. По сообщениям, фильтры на основе соломы снижают содержание мышьяка в воде до 3 мкг/л (3 ппб). Это особенно важно в районах, где питьевая вода обеспечивается фильтрацией воды, добываемой из подземного водоносного горизонта. При электрокоагуляции железа (Fe EC) железо растворяется непрерывно с использованием электричества, и получаемые гидроксиды железа, оксигидроксиды и оксиды образуют абсорбент, легко притягиваемый к мышьяку. Плотность тока, количество заряда, доставляемого на литр воды, процесса часто манипулируется для достижения максимального истощения мышьяка. Эта стратегия лечения в основном используется в Бангладеш и оказалась в значительной степени успешной. Фактически, использование электрокоагуляции железа для удаления мышьяка в воде оказалось наиболее эффективным вариантом лечения.

Нанотехнологическая реабилитация мышьяка

Используя наноматериалы, можно эффективно уничтожать микроорганизмы, адсорбировать мышьяк и фтор, 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 под названием AMRIT, что означает эликсир на индийских языках, разработанный Индийским технологическим институтом Мадраса, представляет собой доступную технологию очистки воды на основе передовых материалов, которая была подтверждена исследовательскими статьями и патентами и была одобрена для национальной реализации в Индии. Технология может удалить несколько анионов, особенно арсенаты и арсениты (два распространенных вида, присутствующих в загрязненной мышьяком воде) и фториды из воды. В настоящее время эта технология обеспечивает безарсеновой водой около 100 000 человек каждый день.

Картографирование

В 2008 году Швейцарский институт водных исследований (Eawag) представил новый метод, с помощью которого можно было бы создать карты опасности для геогенных токсичных веществ в подземных водах. Это обеспечивает эффективный способ определения, какие скважины следует проверять. В 2016 году исследовательская группа предоставила свои знания в свободном доступе на платформе оценки грунтовых вод (GAP). Это позволяет специалистам по всему миру загружать свои собственные данные измерений, визуально отображать их и создавать карты риска для выбранных ими областей. GAP также служит форумом для обмена знаниями, позволяющим дальнейшее развитие методов удаления токсичных веществ из воды.

Прием пищевым рационом

Исследователи из Бангладеш и Великобритании утверждают, что употребление мышьяка в пищу прибавляет значительное количество к общему количеству, потребляемому в тех местах, где загрязненная вода используется для орошения.