韓國學者研究鋰污染：漢江下游濃度較上游高600%，隨人口密度增長

【文/觀察者網 鄧睿侃】

12月3日，韓國學者崔惠斌（Hye-Bin Choi）等4位學者在知名科學週刊《自然》雜誌的子刊《自然-通訊》上發佈了一篇題為《人為因素對河流與自來水中鋰元素含量影響》（The impact of anthropogenic inputs on lithium content in river and tap water）的文章。

文章標題截圖

文章指出，隨着工業對於鋰元素不斷增大的的需求，鋰污染成了一個迫在眉睫的問題。之前已經有不少研究表明，高鋰濃度會對水生生物造成毒性效果，對懷孕的人造成負面影響。

為了研究認為造成的高鋰濃度，是否會對人們的生活產生影響，他們以韓國首爾的漢江為研究對象，對其上、下游的江水及該地區城市中的自來水進行取樣，測試其中的鋰濃度和鋰同位素組成。

實驗結果結果表明：隨着首爾人口密度的大幅增加，鋰也逐漸在當地河流中富集。

此外，數據顯示，處理前和處理後的廢水，在鋰濃度和鋰同位素的組成上並沒有太大變化，也就是説，目前該地區的污水處理手段不能有效減少水中的鋰元素。

文章指出，對人為產生的“環境鋰”進行定量研究就顯得越來越重要和迫切，它呼籲進行一次全球鋰元素調查，進而採取適當行動以儘量減少鋰對生態系統和城市居民的影響。

對鋰在生活中影響的認識存在空白

過去20年，工業對於鋰的需求造成鋰的生產量巨幅增加，2017年，全球從礦物和滷水中提取的鋰產量達到43000噸。

鋰離子電池（Li-ion battery）是鋰元素在工業中一個重要、且正在日益增長的用途。2012年，大約有6億6000萬個圓柱形鋰離子電池在全球各地被生產出來，其中，韓國佔了21%。

鋰離子電池是鋰元素主要用途之一 @視覺中國

在醫學方面，自1970年被發現以來，鋰也通常被加入到合金中，用作治療抑鬱狂躁型憂鬱症（bipolar disorder）的藥物。

在科學研究方面，鋰同位素（7Li/6Li的比值）一直被地質學家和地球化學家所使用，因為它們能在河流和土壤的測量中，提供大陸土壤可持續性和風化率的關鍵信息，從而為提供碳循環信息做了鋪墊。

同時，它們還被認為是揭示全球氣候在地質時間尺上“為什麼和如何受到調控”的關鍵同位素指標。

然而，文章指出，隨着鋰需求的不斷增長，如何處理廢棄鋰成了一個難題。儘管將來會有相關回收方法出台，但目前為止，對於如何處理廢鋰的指導意見還很少。

同時，人們對於這些材料會如何影響環境及市政用水的認識還存在空白。

此前，已經有學術出版物指出，水中較高的鋰元素含量會對一些生物和人類飲食產生生物效應。對於水生生物而言，升高的鋰濃度會引發毒性作用。

對人類而言，一些研究報告稱飲用水中的鋰濃度與自殺死亡率指數呈反比關係。但在懷孕期間，含高濃度鋰的飲用水可能有害並擾亂鈣穩態。

因此，文章強調，對人為產生的“環境鋰”進行定量研究就顯得越來越重要和迫切。然而，確定鋰濃度或鋰同位素特徵受人為活動影響的條件仍然是一個挑戰。

實驗方法

為了檢驗人為活動對水中鋰濃度的影響，學者們對漢江流域不同類型的水質進行了採樣和分析。

漢江地區是韓國流量和排水面積最大的水系，流經韓國首都和最大都市首爾。該地區人口約1200萬，其中82.7%以上生活在首爾。

由於首爾位於帕爾丹水壩（Paldang Dam）的下游，是城市、工業活動比較密集的地區。再加上漢江下游是首爾居民的主要自來水來源，一系列的地理條件為學者們比較上、下游不同情況提供了一個獨一無二的機會。

當地時間2015年7月，本文作者在漢江長達442公里上、下游的22個地點採集了27個樣本。

隨後，他們收集了該地區污水處理廠進水口和出水口的樣本，來比較污水處理前後，鋰濃度的變化。

最後，他們收集了城市中各處自來水的樣本，和之前的樣本進行對比。

實驗結果1：上游和下游鋰濃度相差很大

與世界上其他河流相比，漢江上游及其兩個主要支流（北漢江與南漢江）所含的溶解鋰相對較少，範圍在15.9到114 納摩爾每升之間。這個數值，要比全球流量中鋰元素含量的加權平均值265納摩爾每升小2到16倍。

與上游形成鮮明對比的是，漢江下游水中的鋰濃度出現較強的遞增。當漢江從東到西穿過首爾時，鋰的濃度突然增加了600%。而從數據圖中可以看出，伴隨着鋰濃度增長的，還有人口密度。

以下是文中的數據截圖

河水和自來水中測得的鋰濃度與離漢江口距離的函數關係

河水和自來水中測得的鋰同位素組成與離漢江口距離的函數關係

生活在漢江流域的人口變化與距漢江口的距離的函數關係

實驗結果2：污水廠進水與出水中鋰濃度差別不大

文章指出，漢江的污水來自城市內的家庭、醫院和工廠，最終和江水同時到達污水處理廠。在經過一系列處理以減少對環境的影響後，污水被重新排放至漢江。

然而實驗發現，流入廢水和排出廢水中的鋰含量和鋰同位素含量沒有什麼大區別。

也就是説，各種污水處理方法對鋰和鋰同位素的效果幾乎可以忽略不計。

此外，漢江下游江水和廢水中的鋰濃度也與人口密度成正比。而且，當人口密度超過100人/平方公里的時候，這種影響更加明顯。

下圖為漢江地區人口密度圖，黃色點位污水處理廠，粉紅色點位自來水採樣出，HR1-HR4為從上游到下游漢江不同位置。

實驗結果3：自來水同樣受到影響

漢江是當地居民自來水的主要來源，江水經過嚴格的淨化處理後供居民家庭飲用。因此，任何廢水中的成分都會影響漢江和居民使用的自來水。

學者們對首爾多個自來水樣本進行了分析，發現自來水中鋰濃度和鋰同位素數值組成遵循漢江由東向西數值的演變，在同一地區所測出的數值也是相同的。

也就是説，自來水同樣受到人為影響，淨化和廢水處理也沒有顯著降低鋰的濃度，也沒有改變鋰同位素的組成。

文章稱，儘管2015年韓國手機用户總數超過4300萬（即佔韓國總人口的84%），但由於韓國沒有針對鋰離子電池生產者的責任延伸（EPR）法規，只有百分之一的手機出口或被處理。因此，在水中測得的高鋰含量很可能來自廢棄鋰離子電池，以及其他含鋰物品，如治療藥物（碳酸鋰）、洗滌劑和堆肥。

相較於其他已經被環境毒理學明確識別和探測的痕量金屬（如Zn、Cu、Ni或Hg），鋰及其毒性作用的信息並不完善。

但評估含有鋰元素的環境和其會對健康造成的影響很有必要，尤其是在人口稠密的地區。

最後，文章呼籲進行一次全球鋰元素調查，進而採取適當行動以儘量減少鋰對生態系統和城市居民的影響。

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