含砷廢水處理技術(shù)

章菲菲

摘 要：砷是自然界中普遍存在的一種元素。采礦冶金、化工生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)會(huì)向環(huán)境中帶入高濃度的砷，隨著水的溶解性和流動(dòng)性，進(jìn)入水體環(huán)境中，污染地表水和地下水。砷具有較大的毒性，由此引起的水質(zhì)污染會(huì)危害人類的身體健康。因此，這些含砷廢水必須經(jīng)過(guò)一定的處理，才能夠排放到環(huán)境中。常見的處理技術(shù)有物理、化學(xué)、生物技術(shù)，這三者可以單獨(dú)使用處理含砷廢水，也可聯(lián)合使用，以期得到更好的處理效果。

關(guān)鍵詞：砷；毒性；廢水；處理

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

在地球上，砷是一種普遍存在的元素，自然界中，砷的豐度排名第20，巖石礦物中砷的分布較多。在自然條件下，巖石中的砷會(huì)通過(guò)雨水沖刷、水流淋溶、風(fēng)化作用等逐漸釋放到周圍環(huán)境中。此外，采礦冶金、化工生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)會(huì)向環(huán)境中帶入高濃度的砷。人類大量開采有色金屬，在冶煉的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含砷的廢水。同時(shí)，化工生產(chǎn)中也產(chǎn)生含砷的廢水。農(nóng)業(yè)中的砷污染主要來(lái)源于除草劑、殺蟲劑，其中，最常見的除草劑就有甲基砷酸鈉。畜禽在養(yǎng)殖過(guò)程中為促生長(zhǎng)、抗球蟲病等會(huì)大量使用一些含砷的飼料添加劑，這些含砷添加劑大部分由于動(dòng)物的排泄作用進(jìn)入糞便中。

水體中的砷由植物根系吸收作用進(jìn)入其體內(nèi)，經(jīng)食物鏈進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，最終富集在食物鏈終端——人體內(nèi)。而當(dāng)飲用水被砷污染后，會(huì)直接對(duì)人類造成危害。當(dāng)砷在人體內(nèi)累積到一定程度，會(huì)使得人體皮膚、消化系統(tǒng)產(chǎn)生癌變、心血管發(fā)生病變、肝腎功能損壞，嚴(yán)重地，會(huì)導(dǎo)致人死亡。

因此，水中砷的污染是目前多數(shù)國(guó)家面臨的環(huán)境和健康安全問(wèn)題，引起全世界環(huán)境學(xué)者的普遍關(guān)注。含砷廢水的處理刻不容緩，含砷廢水處理技術(shù)具有重要而且現(xiàn)實(shí)的意義。

1.砷的處理技術(shù)

水中砷的去除技術(shù)有很多，歸納起來(lái)，含砷廢水的處理方法一般分為3個(gè)方面：物理法、化學(xué)法、生物法。

1.1 物理法

物理法處理含砷廢水主要的技術(shù)是物理吸附。吸附的原理是采用比表面積大并且水穩(wěn)定性高的吸附劑，將砷吸附到吸附劑的表面，進(jìn)而達(dá)到處砷的效果。常見的吸附劑有活性炭、粉煤灰、膨潤(rùn)土、納米二氧化鈦等。

活性炭中有極多的微孔，表面積極大，因此吸附效果較好。利用活性炭吸附酸性的含砷廢水較為有效，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度為25℃，酸性含砷廢水pH為4.5時(shí)，經(jīng)過(guò)5h的吸附可以去除水中98%的砷。

粉煤灰吸附時(shí)，其顆粒表面會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)，因此，低溫時(shí)，粉煤灰會(huì)自發(fā)吸附水中的污染物砷，表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附能力。

膨潤(rùn)土是一種天然礦物，由于其在水中具有高度分散性，因此吸附能力較強(qiáng)，對(duì)砷的去除效果也很明顯。

納米二氧化鈦有銳鈦型和金紅石型兩種。由于其具有良好的活性、無(wú)毒和低成本，在水處理中常常使用。在吸附砷方面，銳鈦型具有更高的除砷能力，并且其除砷效果不受酸性和堿性的影響，均能達(dá)到較好的除砷效率。

1.2 化學(xué)法

化學(xué)法除砷主要是通過(guò)金屬離子與砷的反應(yīng)，使得溶液中的砷的濃度降低。利用砷與多種金屬陽(yáng)離子形成沉淀，如砷與鈣、鎂、鋁、鐵等形成難容性的化合物，而去除溶液中的砷。常見的沉淀劑有：石灰石、明礬等。

石灰石對(duì)處理堿性低濃度的含砷廢水具有很好的效果。黃自力等研究發(fā)現(xiàn)，在25oC并且調(diào)pH=12，石灰石與砷的摩爾比為6時(shí)，經(jīng)過(guò)48h的反應(yīng)，可以使得溶液中大部分的砷沉淀，砷的去除效率可達(dá)99%，達(dá)到砷的排放標(biāo)準(zhǔn)。

溶液中的砷酸根與明礬中的硫酸根可形成砷鈉明礬石，使得溶液中的砷進(jìn)行固化。研究表明，砷鈉明礬石固溶體穩(wěn)定性好，在溶液pH接近中性時(shí)，砷的浸出濃度低于0.1mg/L，在固砷方面具有潛在的應(yīng)用前景。

此外，化學(xué)沉淀前加預(yù)氧化處理可達(dá)到較好地去除效果，如鐵氧體法。鐵氧體是向含砷廢水中投加鐵鹽，在一定pH、一定溫度下，進(jìn)行氧化，形成棕色磁性鐵氧體。這種由鐵鹽氧化水解生成的多核絡(luò)合物，迅速高效地吸附廢水中的膠體，在吸附架橋等作用下，促進(jìn)水中的膠體污染物碰撞而絮凝，與砷發(fā)生共沉淀。鐵氧體除砷的效果比普通沉淀法要更好，正是因?yàn)槠渚哂形匠恋淼淖饔?，因而去除效果更佳。除了氧化鐵鹽以外，還可以通過(guò)投加高鐵酸鹽除砷。高鐵酸鹽的高氧化性和多相凝聚性使得其能達(dá)到氧化和絮凝的雙重效果，處理起來(lái)較為簡(jiǎn)單。

物理法和化學(xué)法有時(shí)可一起使用，研究表明，當(dāng)采用氧化-混凝-吸附法處理含砷廢水時(shí)，投加偏堿性的FeCl3、次氯酸鈉以及活性炭吸附0.5h，可以使溶液中的砷去除率達(dá)99%，處理后水中的砷能達(dá)標(biāo)排放。物理法和化學(xué)法作為傳統(tǒng)的廢水處理方法，有著其明顯的處理效果，也有不足之處，例如處理費(fèi)用高、二次污染大，而生物法處理經(jīng)濟(jì)高效，相對(duì)于而言，二次污染小，有著廣闊的應(yīng)用前景。

1.3 生物法

生物法處理含砷廢水一般采用水生植物處理、微生物作用、活性污泥處理等?？捎糜诔榈乃参镉校核J、水浮蓮、海藻，它們對(duì)水中的砷有較強(qiáng)的富集作用，利用植物的修復(fù)作用除砷，有發(fā)展前景。董曉玲等用水葫蘆吸收無(wú)機(jī)砷，實(shí)驗(yàn)表明，水葫蘆對(duì)無(wú)機(jī)砷的吸收能力較強(qiáng)，無(wú)機(jī)砷主要富集在水葫蘆的根部。吸收周期為14天，這對(duì)利用水葫蘆具有一定的指導(dǎo)意義。

微生物作用是通過(guò)將微生物作為電子受體，并利用微生物的自身酶的作用，進(jìn)而將無(wú)機(jī)砷甲基化，由于甲基化砷的毒性遠(yuǎn)低于無(wú)機(jī)砷，因此能減小砷的毒性。常用于處理含砷廢水的微生物有：硫酸鹽還原菌、砷酸鹽還原菌、亞砷酸鹽氧化菌，這幾種微生物都表現(xiàn)出了較好的生物除砷效果。

活性污泥法在污水處理中最廣泛，在含砷廢水的處理中也很有效果?；钚晕勰喾ǔ闀r(shí)，污泥表面的微生物會(huì)選擇性吸附砷，轉(zhuǎn)而吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，由此降低水中砷的含量。在水中無(wú)機(jī)砷的去除方面，溶液中較高濃度的溶解氧會(huì)使得活性污泥對(duì)三價(jià)砷的去除效果優(yōu)于五價(jià)砷。

結(jié)語(yǔ)

砷的去除一般分為物理法、化學(xué)法、生物法，以上這3類方法可以單獨(dú)使用，也可以聯(lián)合使用，結(jié)合不同的含砷廢水的具體情況采取相對(duì)應(yīng)的處理方法。在實(shí)際含砷廢水處理過(guò)程中，這幾種方法常常進(jìn)行組合，以達(dá)到最好的處理效果。由于生物處理法高效經(jīng)濟(jì)，二次污染小，在工程中的應(yīng)用可能性很大，因此作為含砷廢水的主要處理方法，并且具有很好的發(fā)展前景。生物法與物理化學(xué)法聯(lián)合使用將是含砷廢水處理的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。

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