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吉林西部氟中毒区地氟病与水文地球化学关系的研究

孙述海  
【摘要】:氟是人体必需的微量元素之一,故环境中含氟量过高或缺乏均会导致人体内氟含量的失调,从而危害身体健康。高氟地下水为氟含量超过饮用水标准(l.0mg/L)并使人体产生地方性氟中毒疾病的地下水。然而地下水中氟含量的高低却并不是影响氟中毒发病率的唯一因素。本文通过对吉林西部平原区地下水中各元素含量及发病率、水动力条件进行统计分析,得到一些具有规律性和特殊性的结论。 ⑴地下水交替循环的快慢与氟中毒轻重程度的一致性 从地下水交替循环快的径流类型区(径流区)→汇水类型(由径流区向汇水区的过度区,或径流区水并存区→地下水交替循环缓慢的汇水区,氟中毒病情则由轻病区变为中重病区,离子态F-含量也由低而高(离子态F-由占氟化物含量的65.7%递增为85%。当然不可理解为水动力类型(或动力条件)是导致氟中毒程度变异和物质再分配的本质因素,只可将其视为重要的环境因素。 ⑵氟化物(F)或离子态(F-)含量的高低可能和病情轻重相关,也可能不相关。 氟化物(F)含量与氟中毒(氟斑牙和氟骨症)呈正相关关系的结论为国内外所公认。这是由于以往的研究没有结合水文地质条件,没有研究元素氟的化学形态等原因所致。我们首先从地下水系统的观点出发,按地下水的补给区、径流区和汇水区分别进行研究,然后再按F体系、CI体系、HCO_3体系和SO_4体系,按地球化学热力学理论分别进行化学形态计算和研究,其结果是:①关于氟化物(F):补给区的高氟水(F1mg/1)多数都不得病或极少数可引起极轻度的氟斑牙;径流区氟化物(F)含量与氟水中毒不相关;汇水区两者有正向变化关系,但无统计意义。②关于离子态F-:径流区其与氟斑牙有正向变化,与氟骨症则不明显;汇水区其与氟斑牙或氟骨症均有正向变化关系。根据热力学计算:在径流区,占该水文地环化学场阳离子总量60%的元素Ca,主要以Ca~(2+)离子的琪式存在于地下水中并以其离子力作用抑元素F和离子态F的吸收。Mg2+亦具有此作用。所以该区为以抑制氟的素性为主的水文地球化学区,故离子态F含最仅为元素F含量的65.7%,故而导致氟(F和F-)含量与氟中毒病情不相关的势态。在汇水区,各元素含量大为增加,并形成以HCO_3、Cl、Na~+和Ca~(2+)等离子为主体的水文地球化学场。在阳离子中,Na~+占元素Na的80-95%,Mg~(2+)占元素Mg的99%,Ca~(2+)占元素Ca的30-40%;在阳离子中,SO_4~(2-)-占SO_4的95%以上,Cl占Cl的20-30%,从拮抗体系和协同体系的离子强度对比,基本相近,因而形成了以Mg~(2+)、SO_4~(2-)为拮抗主体,以Na~+为协同主体的拮抗一协同平衡体系,故氟中毒与元素F和离子态F-呈正向变化。 ⑶F(mg/1)/Ca+Mg(mol/1-%)比值可作为致病水和非致病水的粗略判据。 根据不同地下水动力区的大区域大量数据的统计,此一比值适用于不同水动力区,其值为0.0013~0.0015。 ⑷元素对氟化物(F)和离子态F-的拮抗和协同关系不是固定不变的,将在水文地球化学条件的控制下而发生转化。 Ca、Mg对氟具有拮抗作用,Na氟具有协同作用,并适合于含量变化的全过程,此点已被国内外认可,但我们的研究表明,元素对氟的拮抗或协同关系都是可以转化的,这种转化是受水文地球化学条件控制的。例如在汇水类型区内,无素Na含量和离子态Na~+均与氟骨症患病率呈定域负相关关系。Ca~(2+)+Mg~(2+)含量则有与氟骨症患病率呈负向变化的趋势。具有拮抗性质的Ca~(2+)+Mg~(2+)以其较强离子力搞消了Na~+的协同能力,再加上Ca与CO_3~(2-)结合,形成CaCO_3,并形成了沉淀,因而使具有协同性质的Na~+转化为与病情呈负相关系。又如径流类型的元素Ca与病情呈正向变化的关系。由于该区的元素Ca~(2+)均与Cl结合形成CaCl_2,导致拮抗F的Ca含量降低。这一作用除了元素Ca的拮抗能力减低外,还有助于元素F向F-离子转化,因而导致元素Ca与病情呈正向变化的趋势。这实质上是一种假相正相关关系。 ⑸地球化学热力学方法是定量或逼近定量评价氟(F和F-)与氟中毒关系的既科学又经济的方法。 以往对氟与氟中毒关系的评价,只局限于元素F,所导致一些不够科学结论的出现。如在任何水文地球化学条件下氟元素均与氟中毒呈正相关系。实际上,元素F不是完全可以被人体吸收和利用的。氟,即使是离子态F-(fluoride)在被人体利用时,也将受到Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、HCO_3、SO_4、Fe、Al、SiO_2,甚至其它微量元素的影响,而部分的被利用。所以,只有查明元素,特别是常量元素化学形态的基础上,才有可能作出定量或逼近定量的评价。 ⑹研究饮用地下水中的氟与氟中毒的关系时,除考虑元素氟和离子态含量之外,必须结合各该水文地球化学场中各元素含量和它们的化学形态进行系统的全面的综合研究和评价。 ⑺在水文地质条件的控制下,微量元素与氟中毒的关系也是可转化的。从目前的研究看,常量元素对氟中毒的影响大于微量元素所施加的影响。


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