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韩国学者研究锂污染:汉江下游浓度较上游高600%,随人口密度增长

2019-12-04 16:31:45

【文/观察者网 邓睿侃】

12月3日,韩国学者崔惠斌(Hye-Bin Choi)等4位学者在知名科学周刊《自然》杂志的子刊《自然-通讯》上发布了一篇题为《人为因素对河流与自来水中锂元素含量影响》(The impact of anthropogenic inputs on lithium content in river and tap water)的文章。

文章标题截图

文章指出,随着工业对于锂元素不断增大的的需求,锂污染成了一个迫在眉睫的问题。之前已经有不少研究表明,高锂浓度会对水生生物造成毒性效果,对怀孕的人造成负面影响。

为了研究认为造成的高锂浓度,是否会对人们的生活产生影响,他们以韩国首尔的汉江为研究对象,对其上、下游的江水及该地区城市中的自来水进行取样,测试其中的锂浓度和锂同位素组成。

实验结果结果表明:随着首尔人口密度的大幅增加,锂也逐渐在当地河流中富集。

此外,数据显示,处理前和处理后的废水,在锂浓度和锂同位素的组成上并没有太大变化,也就是说,目前该地区的污水处理手段不能有效减少水中的锂元素。

文章指出,对人为产生的“环境锂”进行定量研究就显得越来越重要和迫切,它呼吁进行一次全球锂元素调查,进而采取适当行动以尽量减少锂对生态系统和城市居民的影响。

对锂在生活中影响的认识存在空白

过去20年,工业对于锂的需求造成锂的生产量巨幅增加,2017年,全球从矿物和卤水中提取的锂产量达到43000吨。

锂离子电池(Li-ion battery)是锂元素在工业中一个重要、且正在日益增长的用途。2012年,大约有6亿6000万个圆柱形锂离子电池在全球各地被生产出来,其中,韩国占了21%。

锂离子电池是锂元素主要用途之一 @视觉中国

在医学方面,自1970年被发现以来,锂也通常被加入到合金中,用作治疗抑郁狂躁型忧郁症(bipolar disorder)的药物。

在科学研究方面,锂同位素(7Li/6Li的比值)一直被地质学家和地球化学家所使用,因为它们能在河流和土壤的测量中,提供大陆土壤可持续性和风化率的关键信息,从而为提供碳循环信息做了铺垫。

同时,它们还被认为是揭示全球气候在地质时间尺上“为什么和如何受到调控”的关键同位素指标。

然而,文章指出,随着锂需求的不断增长,如何处理废弃锂成了一个难题。尽管将来会有相关回收方法出台,但目前为止,对于如何处理废锂的指导意见还很少。

同时,人们对于这些材料会如何影响环境及市政用水的认识还存在空白。

此前,已经有学术出版物指出,水中较高的锂元素含量会对一些生物和人类饮食产生生物效应。对于水生生物而言,升高的锂浓度会引发毒性作用。

对人类而言,一些研究报告称饮用水中的锂浓度与自杀死亡率指数呈反比关系。但在怀孕期间,含高浓度锂的饮用水可能有害并扰乱钙稳态。

因此,文章强调,对人为产生的“环境锂”进行定量研究就显得越来越重要和迫切。然而,确定锂浓度或锂同位素特征受人为活动影响的条件仍然是一个挑战。

实验方法

为了检验人为活动对水中锂浓度的影响,学者们对汉江流域不同类型的水质进行了采样和分析。

汉江地区是韩国流量和排水面积最大的水系,流经韩国首都和最大都市首尔。该地区人口约1200万,其中82.7%以上生活在首尔。

由于首尔位于帕尔丹水坝(Paldang Dam)的下游,是城市、工业活动比较密集的地区。再加上汉江下游是首尔居民的主要自来水来源,一系列的地理条件为学者们比较上、下游不同情况提供了一个独一无二的机会。

当地时间2015年7月,本文作者在汉江长达442公里上、下游的22个地点采集了27个样本。

随后,他们收集了该地区污水处理厂进水口和出水口的样本,来比较污水处理前后,锂浓度的变化。

最后,他们收集了城市中各处自来水的样本,和之前的样本进行对比。

实验结果1:上游和下游锂浓度相差很大

与世界上其他河流相比,汉江上游及其两个主要支流(北汉江与南汉江)所含的溶解锂相对较少,范围在15.9到114 纳摩尔每升之间。这个数值,要比全球流量中锂元素含量的加权平均值265纳摩尔每升小2到16倍。

与上游形成鲜明对比的是,汉江下游水中的锂浓度出现较强的递增。当汉江从东到西穿过首尔时,锂的浓度突然增加了600%。而从数据图中可以看出,伴随着锂浓度增长的,还有人口密度。

以下是文中的数据截图

河水和自来水中测得的锂浓度与离汉江口距离的函数关系

河水和自来水中测得的锂同位素组成与离汉江口距离的函数关系

生活在汉江流域的人口变化与距汉江口的距离的函数关系

实验结果2:污水厂进水与出水中锂浓度差别不大

文章指出,汉江的污水来自城市内的家庭、医院和工厂,最终和江水同时到达污水处理厂。在经过一系列处理以减少对环境的影响后,污水被重新排放至汉江。

然而实验发现,流入废水和排出废水中的锂含量和锂同位素含量没有什么大区别。

也就是说,各种污水处理方法对锂和锂同位素的效果几乎可以忽略不计。

此外,汉江下游江水和废水中的锂浓度也与人口密度成正比。而且,当人口密度超过100人/平方公里的时候,这种影响更加明显。

下图为汉江地区人口密度图,黄色点位污水处理厂,粉红色点位自来水采样出,HR1-HR4为从上游到下游汉江不同位置。

实验结果3:自来水同样受到影响

汉江是当地居民自来水的主要来源,江水经过严格的净化处理后供居民家庭饮用。因此,任何废水中的成分都会影响汉江和居民使用的自来水。

学者们对首尔多个自来水样本进行了分析,发现自来水中锂浓度和锂同位素数值组成遵循汉江由东向西数值的演变,在同一地区所测出的数值也是相同的。

也就是说,自来水同样受到人为影响,净化和废水处理也没有显著降低锂的浓度,也没有改变锂同位素的组成。

文章称,尽管2015年韩国手机用户总数超过4300万(即占韩国总人口的84%),但由于韩国没有针对锂离子电池生产者的责任延伸(EPR)法规,只有百分之一的手机出口或被处理。因此,在水中测得的高锂含量很可能来自废弃锂离子电池,以及其他含锂物品,如治疗药物(碳酸锂)、洗涤剂和堆肥。

相较于其他已经被环境毒理学明确识别和探测的痕量金属(如Zn、Cu、Ni或Hg),锂及其毒性作用的信息并不完善。

但评估含有锂元素的环境和其会对健康造成的影响很有必要,尤其是在人口稠密的地区。

最后,文章呼吁进行一次全球锂元素调查,进而采取适当行动以尽量减少锂对生态系统和城市居民的影响。

本文系观察者网独家稿件,未经授权,不得转载。

邓睿侃

邓睿侃

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来源:观察者网 | 责任编辑:邓睿侃
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