含砷廢水修復(fù)技術(shù)的研究（一）

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砷污染是現(xiàn)代社會(huì)最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一。來(lái)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(lái)源的砷污染源還有含砷殺蟲(chóng)劑、飼料添加劑、除草劑、防腐劑和半導(dǎo)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(guó)家和地區(qū)都飽受砷污染的危害。

　　由于砷污染的嚴(yán)重性，世界各國(guó)政府和研究機(jī)構(gòu)都加大了對(duì)含砷廢水和高砷飲用水進(jìn)行除砷的技術(shù)研究。目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多水體砷污染的修復(fù)技術(shù)（包括物理、化學(xué)及生物等多種技術(shù)和手段）。由于水環(huán)境修復(fù)機(jī)理和污染物行為的復(fù)雜性、多樣性，每種方法都有其適用的條件與范圍。

　　筆者對(duì)目前國(guó)內(nèi)外的主要廢水除砷技術(shù)及其新進(jìn)展進(jìn)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(fù)的物理技術(shù)

　　1.1 強(qiáng)化混凝技術(shù)

　　強(qiáng)化混凝技術(shù)是利用具有較大活性表面積的混凝劑的強(qiáng)大吸附作用吸附水體中的砷，然后過(guò)濾或用濾膜除砷。混凝技術(shù)對(duì)砷的去除效果取決于混凝劑水解形成的無(wú)定性氫氧化物對(duì)砷的吸附能力、礬花對(duì)所吸附砷的包埋效果及含砷絮體的沉降性能?；炷齽┓譃闊o(wú)機(jī)和有機(jī)兩類(lèi)。最常見(jiàn)和運(yùn)用最廣泛的無(wú)機(jī)混凝劑有鐵鹽、鋁鹽、煤渣和聚硅酸鐵（PFSC）、無(wú)機(jī)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(tuán)材料做成的強(qiáng)化除砷劑?？梢蕴岣叱樾Ч?。有機(jī)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(guò)增大絮體的粒徑和沉淀性能，在鐵鹽混凝過(guò)程中可以提高除砷效果。當(dāng)方解石投加量相同時(shí)，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(qiáng)化除砷效果越明顯。實(shí)際應(yīng)用表明，當(dāng)進(jìn)水中As（V）質(zhì)量濃度高達(dá)5 mgm時(shí)，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(duì)As（V）的去除效果。研究結(jié)果表明：由于鋁鹽水解形成的無(wú)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A(yíng)1：（so4）3（6-7），所以鐵鹽的去除效果明顯好于鋁鹽。通過(guò)增加混凝劑的投加量進(jìn)行強(qiáng)化混凝，可使As（V）和As（1lI）的去除率分別達(dá)到98％和60％以上。此外，混凝對(duì)As（V）和As（HI）的去除率均受原水水質(zhì)的影響。因?yàn)闊o(wú)定形金屬氫氧化物對(duì)As（V）親和力強(qiáng)于A(yíng)s（111），所以鋁鹽不能通過(guò)混凝有效去除As（Ⅲ）。因此，As（11I）的預(yù)氧化對(duì)于混凝除砷是必須的。同時(shí)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮鐵鹽作為混凝劑。

　　1.2 吸附除砷技術(shù)

　　吸附作用是一種十分有效、發(fā)展迅速的技術(shù)，該技術(shù)操作簡(jiǎn)單。對(duì)重金屬的去除效果好。同時(shí)價(jià)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(shí)鐵鹽水解產(chǎn)生的無(wú)定形水合氧化鐵（HFO）對(duì)As（V）和As（Ⅲ）均有極強(qiáng)的親和力。As（V）和As（111）通過(guò)共價(jià)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(jī)械強(qiáng)度。強(qiáng)化除砷并實(shí)現(xiàn)HFO 的固定化。L. Cumbal等 將HFO分散在陰離子樹(shù)脂表面（Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)6％），利用陰離子樹(shù)脂中帶正電的季銨官能團(tuán)難以從固相遷移到液相的特點(diǎn)，形成Donnan膜平衡效應(yīng)，強(qiáng)化除砷并實(shí)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(diǎn)是羧基和羥基，其對(duì)砷吸附的平衡時(shí)間是12 h.pH對(duì)高粱吸附砷有影響，當(dāng)pH=5時(shí)，高粱對(duì)砷的去除量最高達(dá)到2.437 mg／g.S.F.Lim等提出用一種改進(jìn)的鈣與藻酸鹽合成的磁性吸附劑同時(shí)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(duì)As（V）和銅的吸附平衡時(shí)間分別是25、3 h，最大吸附量分別是6.75、60.24 mg／g.pH對(duì)砷和銅的吸附量影響不同，pH越高，對(duì)銅的吸附量越大，而pH越低，對(duì)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(duì)As（Ⅲ）的去除效果很好。動(dòng)力學(xué)研究表明。Ho和McKay二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能夠很好地描述IOCC吸附As（111）的過(guò)程。pH影響研究表明，在酸度接近中性（pH為6～8）時(shí)，As（Ⅲ）的去除量達(dá)到最大。熱力學(xué)研究表明，吸附平衡符合Langmuir、Freundlieh和R-P熱力學(xué)模型。不符合D-R模型。

　　1.3 反滲透除砷技術(shù)

　　反滲透技術(shù)不需投加藥劑，能耗低，設(shè)備緊湊，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。實(shí)施該技術(shù)不改變?nèi)芤旱奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)，可以回收清水和貴金屬，適用于封閉循環(huán)無(wú)排放系統(tǒng)。此外，反滲透膜技術(shù)還有除雜范圍廣、裝置簡(jiǎn)單和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　應(yīng)用反滲透裝置處理重金屬離子的同時(shí)，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(dāng)砷質(zhì)量濃度為40～1 900 g，L時(shí)，反滲透法可有效去除98％～99％的As（V）和46％～75％的As（Ⅲ）。