含砷废水修复技术的研究（一）

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砷污染是现代社会最严重的环境问题之一。来自工业的砷污染源包括含砷废水、含砷废气、含砷废渣、含砷尾矿等；其他来源的砷污染源还有含砷杀虫剂、饲料添加剂、除草剂、防腐剂和半导体生产原料及含砷地下水的灌溉和饮用等。世界上许多国家和地区都饱受砷污染的危害。

　　由于砷污染的严重性，世界各国政府和研究机构都加大了对含砷废水和高砷饮用水进行除砷的技术研究。目前，已经开发出许多水体砷污染的修复技术（包括物理、化学及生物等多种技术和手段）。由于水环境修复机理和污染物行为的复杂性、多样性，每种方法都有其适用的条件与范围。

　　笔者对目前国内外的主要废水除砷技术及其新进展进行了综述。试图为选择合适的除砷方法提供参考。

　　1 含砷废水修复的物理技术

　　1.1 强化混凝技术

　　强化混凝技术是利用具有较大活性表面积的混凝剂的强大吸附作用吸附水体中的砷，然后过滤或用滤膜除砷。混凝技术对砷的去除效果取决于混凝剂水解形成的无定性氢氧化物对砷的吸附能力、矾花对所吸附砷的包埋效果及含砷絮体的沉降性能。混凝剂分为无机和有机两类。最常见和运用最广泛的无机混凝剂有铁盐、铝盐、煤渣和聚硅酸铁（PFSC）、无机铈铁（稀土基材料）等。用颗粒活性炭、骨炭等作骨架材料，以铁盐等混凝剂作基团材料做成的强化除砷剂。可以提高除砷效果。有机混凝剂主要是一些高分子絮凝剂。如聚己二烯二甲基氯化铵、聚烯丙基二甲基氯化铵等。

　　S.Song等研究发现。加入粗糙的方解石颗粒（38～74 Ixm），通过增大絮体的粒径和沉淀性能，在铁盐混凝过程中可以提高除砷效果。当方解石投加量相同时，颗粒的粒径越小，其表面积越小，表面上黏附的含砷絮体越多，强化除砷效果越明显。实际应用表明，当进水中As（V）质量浓度高达5 mgm时，该方法可使出水中As（V）质量浓度降至13 蜀／L，去除率>99％。姚娟娟等[ ]研究比较了铝盐和铁盐对As（V）的去除效果。研究结果表明：由于铝盐水解形成的无定形氢氧化物的可溶性高于铁盐，且FeC1的最适pH范围（5-7）大于A1：（so4）3（6-7），所以铁盐的去除效果明显好于铝盐。通过增加混凝剂的投加量进行强化混凝，可使As（V）和As（1lI）的去除率分别达到98％和60％以上。此外，混凝对As（V）和As（HI）的去除率均受原水水质的影响。因为无定形金属氢氧化物对As（V）亲和力强于As（111），所以铝盐不能通过混凝有效去除As（Ⅲ）。因此，As（11I）的预氧化对于混凝除砷是必须的。同时应当优先考虑铁盐作为混凝剂。

　　1.2 吸附除砷技术

　　吸附作用是一种十分有效、发展迅速的技术，该技术操作简单。对重金属的去除效果好。同时价格比较低廉。常用的吸附剂有活性氧化铝、活性炭和天然沸石等。O.M.Vatutsina等0 证实铁盐水解产生的无定形水合氧化铁（HFO）对As（V）和As（Ⅲ）均有极强的亲和力。As（V）和As（111）通过共价键的形式有选择性地固定在其表面，与之形成双核桥式内层表面配位体。

　　Zhimang Gu等。将HFO 固定在粒状活性炭（GAC）的表面，利用GAC巨大的比表面积和良好的机械强度。强化除砷并实现HFO 的固定化。L. Cumbal等 将HFO分散在阴离子树脂表面（Fe质量分数6％），利用阴离子树脂中带正电的季铵官能团难以从固相迁移到液相的特点，形成Donnan膜平衡效应，强化除砷并实现HFO的固定化。

　　M.N.Haque等 研究表明。高粱纤维可作为一种金属吸附剂。该吸附剂可能的两大吸附位点是羧基和羟基，其对砷吸附的平衡时间是12 h.pH对高粱吸附砷有影响，当pH=5时，高粱对砷的去除量最高达到2.437 mg／g.S.F.Lim等提出用一种改进的钙与藻酸盐合成的磁性吸附剂同时去除砷和铜离子。吸附剂的平均直径309.6 m，表面积312.94 mg／L，可用外加磁力将其分离。其对As（V）和铜的吸附平衡时间分别是25、3 h，最大吸附量分别是6.75、60.24 mg／g.pH对砷和铜的吸附量影响不同，pH越高，对铜的吸附量越大，而pH越低，对砷的吸附量越大。S.Kundu等喁 发现：在铁的氧化物上涂上一层水泥（IOCC）对As（Ⅲ）的去除效果很好。动力学研究表明。Ho和McKay二级动力学方程能够很好地描述IOCC吸附As（111）的过程。pH影响研究表明，在酸度接近中性（pH为6～8）时，As（Ⅲ）的去除量达到最大。热力学研究表明，吸附平衡符合Langmuir、Freundlieh和R-P热力学模型。不符合D-R模型。

　　1.3 反渗透除砷技术

　　反渗透技术不需投加药剂，能耗低，设备紧凑，易实现自动化。实施该技术不改变溶液的物理化学性质，可以回收清水和贵金属，适用于封闭循环无排放系统。此外，反渗透膜技术还有除杂范围广、装置简单和操作方便等优点。

　　应用反渗透装置处理重金属离子的同时，还可以去除污水中其他有害物质。M.Walker等 研究发现，在高砷水中，As（V）主要以HA_sO₄^2-的形式存在，而As（Ⅲ）则主要以中性的HA_SO₃，形式存在。当砷质量浓度为40～1 900 g，L时，反渗透法可有效去除98％～99％的As（V）和46％～75％的As（Ⅲ）。