含砷廢水修復技術的研究（一）

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砷污染是現(xiàn)代社會最嚴重的環(huán)境問題之一。來自工業(yè)的砷污染源包括含砷廢水、含砷廢氣、含砷廢渣、含砷尾礦等；其他來源的砷污染源還有含砷殺蟲劑、飼料添加劑、除草劑、防腐劑和半導體生產(chǎn)原料及含砷地下水的灌溉和飲用等。世界上許多國家和地區(qū)都飽受砷污染的危害。

　　由于砷污染的嚴重性，世界各國政府和研究機構(gòu)都加大了對含砷廢水和高砷飲用水進行除砷的技術研究。目前，已經(jīng)開發(fā)出許多水體砷污染的修復技術（包括物理、化學及生物等多種技術和手段）。由于水環(huán)境修復機理和污染物行為的復雜性、多樣性，每種方法都有其適用的條件與范圍。

　　筆者對目前國內(nèi)外的主要廢水除砷技術及其新進展進行了綜述。試圖為選擇合適的除砷方法提供參考。

　　1 含砷廢水修復的物理技術

　　1.1 強化混凝技術

　　強化混凝技術是利用具有較大活性表面積的混凝劑的強大吸附作用吸附水體中的砷，然后過濾或用濾膜除砷?；炷夹g對砷的去除效果取決于混凝劑水解形成的無定性氫氧化物對砷的吸附能力、礬花對所吸附砷的包埋效果及含砷絮體的沉降性能?；炷齽┓譃闊o機和有機兩類。最常見和運用最廣泛的無機混凝劑有鐵鹽、鋁鹽、煤渣和聚硅酸鐵（PFSC）、無機鈰鐵（稀土基材料）等。用顆?；钚蕴?、骨炭等作骨架材料，以鐵鹽等混凝劑作基團材料做成的強化除砷劑?？梢蕴岣叱樾Ч?。有機混凝劑主要是一些高分子絮凝劑。如聚己二烯二甲基氯化銨、聚烯丙基二甲基氯化銨等。

　　S.Song等研究發(fā)現(xiàn)。加入粗糙的方解石顆粒（38～74 Ixm），通過增大絮體的粒徑和沉淀性能，在鐵鹽混凝過程中可以提高除砷效果。當方解石投加量相同時，顆粒的粒徑越小，其表面積越小，表面上黏附的含砷絮體越多，強化除砷效果越明顯。實際應用表明，當進水中As（V）質(zhì)量濃度高達5 mgm時，該方法可使出水中As（V）質(zhì)量濃度降至13 蜀／L，去除率>99％。姚娟娟等[ ]研究比較了鋁鹽和鐵鹽對As（V）的去除效果。研究結(jié)果表明：由于鋁鹽水解形成的無定形氫氧化物的可溶性高于鐵鹽，且FeC1的最適pH范圍（5-7）大于A1：（so4）3（6-7），所以鐵鹽的去除效果明顯好于鋁鹽。通過增加混凝劑的投加量進行強化混凝，可使As（V）和As（1lI）的去除率分別達到98％和60％以上。此外，混凝對As（V）和As（HI）的去除率均受原水水質(zhì)的影響。因為無定形金屬氫氧化物對As（V）親和力強于As（111），所以鋁鹽不能通過混凝有效去除As（Ⅲ）。因此，As（11I）的預氧化對于混凝除砷是必須的。同時應當優(yōu)先考慮鐵鹽作為混凝劑。

　　1.2 吸附除砷技術

　　吸附作用是一種十分有效、發(fā)展迅速的技術，該技術操作簡單。對重金屬的去除效果好。同時價格比較低廉。常用的吸附劑有活性氧化鋁、活性炭和天然沸石等。O.M.Vatutsina等0 證實鐵鹽水解產(chǎn)生的無定形水合氧化鐵（HFO）對As（V）和As（Ⅲ）均有極強的親和力。As（V）和As（111）通過共價鍵的形式有選擇性地固定在其表面，與之形成雙核橋式內(nèi)層表面配位體。

　　Zhimang Gu等。將HFO 固定在粒狀活性炭（GAC）的表面，利用GAC巨大的比表面積和良好的機械強度。強化除砷并實現(xiàn)HFO 的固定化。L. Cumbal等 將HFO分散在陰離子樹脂表面（Fe質(zhì)量分數(shù)6％），利用陰離子樹脂中帶正電的季銨官能團難以從固相遷移到液相的特點，形成Donnan膜平衡效應，強化除砷并實現(xiàn)HFO的固定化。

　　M.N.Haque等 研究表明。高粱纖維可作為一種金屬吸附劑。該吸附劑可能的兩大吸附位點是羧基和羥基，其對砷吸附的平衡時間是12 h.pH對高粱吸附砷有影響，當pH=5時，高粱對砷的去除量最高達到2.437 mg／g.S.F.Lim等提出用一種改進的鈣與藻酸鹽合成的磁性吸附劑同時去除砷和銅離子。吸附劑的平均直徑309.6 m，表面積312.94 mg／L，可用外加磁力將其分離。其對As（V）和銅的吸附平衡時間分別是25、3 h，最大吸附量分別是6.75、60.24 mg／g.pH對砷和銅的吸附量影響不同，pH越高，對銅的吸附量越大，而pH越低，對砷的吸附量越大。S.Kundu等喁 發(fā)現(xiàn)：在鐵的氧化物上涂上一層水泥（IOCC）對As（Ⅲ）的去除效果很好。動力學研究表明。Ho和McKay二級動力學方程能夠很好地描述IOCC吸附As（111）的過程。pH影響研究表明，在酸度接近中性（pH為6～8）時，As（Ⅲ）的去除量達到最大。熱力學研究表明，吸附平衡符合Langmuir、Freundlieh和R-P熱力學模型。不符合D-R模型。

　　1.3 反滲透除砷技術

　　反滲透技術不需投加藥劑，能耗低，設備緊湊，易實現(xiàn)自動化。實施該技術不改變?nèi)芤旱奈锢砘瘜W性質(zhì)，可以回收清水和貴金屬，適用于封閉循環(huán)無排放系統(tǒng)。此外，反滲透膜技術還有除雜范圍廣、裝置簡單和操作方便等優(yōu)點。

　　應用反滲透裝置處理重金屬離子的同時，還可以去除污水中其他有害物質(zhì)。M.Walker等 研究發(fā)現(xiàn)，在高砷水中，As（V）主要以HA_sO₄^2-的形式存在，而As（Ⅲ）則主要以中性的HA_SO₃，形式存在。當砷質(zhì)量濃度為40～1 900 g，L時，反滲透法可有效去除98％～99％的As（V）和46％～75％的As（Ⅲ）。