化学沉淀法除砷在饮用水处理中的研究

2015-11-04姚永锋王娟珍罗卫国

建材与装饰 2015年38期

关键词：氯化铁三价沉淀法

姚永锋　王娟珍　罗卫国

（西安市自来水有限公司　陕西西安　710082）

化学沉淀法除砷在饮用水处理中的研究

姚永锋王娟珍罗卫国

（西安市自来水有限公司陕西西安710082）

研究试用化学沉淀法处理饮用水中三价砷，经试验获得符合国标砷含量要求的饮用水，并尝试合理和节能的处理方法。

砷；饮用水；化学沉淀法

1　概述

自然界中的砷主要以硫化物矿、金属砷酸盐和砷化物的形式存在，包括砷、三氧化二砷（砒霜）、三硫化二砷、五氧化二砷、砷酸盐、亚砷酸盐等。元素砷的毒性极低，砷化物均有毒性，三价砷化合物比其他砷化合物毒性更强。砷的毒性与它的化学性质和价态有关。单质砷因不溶于水，摄入有机体后几乎不被吸收而完全排出，一般无害；有机砷（除砷化氢的衍生物外），一般毒性较弱；三价砷离子对细胞毒性最强，尤以三氧化二砷（俗称信石，砒霜等）的毒性最为剧烈，三价砷进入人体内，可与蛋白质的巯基结合形成特定的结合物，阻碍细胞的呼吸而显毒性作用，而且三价砷对线粒体呼吸作用也有明显的作用；五价砷离子毒性不强，当吸入五价砷离子时，产生中毒症状较慢，要在体内被还原转化为三价砷离子后，才发挥其毒性作用[1]。水环境中砷主要以三价和五价两种价态存在。含氧的地表水中砷主要是五价砷，缺氧的地下水和深水湖、库沉积物中砷主要以三价形式存在。

砷中毒可分为三种：①急性中毒：中毒剂量为10～50mg/L。饮水中砷浓度达20mg/L时，可使人急性中毒。②亚急性中毒：典型例子是1955年在日本发生的森永奶粉事件。③慢性中毒：长期低剂量摄入砷化物达一定程度所致。

生活饮用水是人类生存不可缺少的要素。砷是在水中具有蓄积作用的有毒有害元素，在生活饮用水中都被列为重点检测指标。目前，在许多国家和地区的地表水中发现了砷污染。澳大利亚、加拿大、阿根廷、智利、英国、美国、墨西哥、日本、孟加拉国和苏联等，都有高砷水引起中毒的报导。近年来，我国的台湾、新疆、内蒙、西藏、云南、贵州、山西、吉林等10个省（区）、30多个县（旗）均发现饮水高砷区[2]。目前我国规定生活饮用水砷质量浓度不得超过0.05mg/L，因此控制饮用水中砷超标已成为急需解决的问题之一。为了确保为居民供给安全和卫生的饮用水，我国卫生部颁布了《生活饮用水卫生标准》，所以砷是供水行业关注的重点污染物之一，特别是对于一些突发的严重砷污染事件，寻找有效的应对措施势在必行。

2　化学沉淀法除砷实验

2.1处理原理

砷在水中的存在形态和价态一般取决于溶液pH，氧化还原电位，吸着剂的种类和数量以及微生物活动。其中pH值和Eh对砷存在形态的影响最大：在氧化环境中，砷以五价的形态存在：在pH=0～2.24时，砷的主要存在形态是H3AsO4-；pH=2.24～6.9时，砷的主要存在形态是H2AsO4-；pH=6.9～11时，砷的主要存在形态是HAsO42-；pH=11.0～14时，砷的主要存在形态是AsO43-。在还原环境中，砷以三价形态存在：在pH=0～9.2时，砷的主要存在形态是不带电荷的As（OH）3；pH=9.2～12.0时，砷的主要存在形态是H2AsO3-；pH=12.0～13.0时，砷的主要存在形态是HAsO32-；pH=13.0～14.0时，砷的主要存在形态是AsO33-[3]。在自然水体的pH值范围内（pH约5.0～8.0），五价砷以阴离子的形式存在，而三价砷以不带电的中性分子形式存在。因此，与亚砷酸盐相比，砷酸盐更容易通过共沉淀和吸附作用直定到水中的颗粒上，其在水体中的迁移性更低。

混凝法又可叫化学沉淀法是目前在工业生产和处理生活饮用水中运用得最广泛的除砷方法，并且可以很好的使生活饮用水达到饮用标准。最常见的混凝剂是铁盐[4]。

向含三价砷的水中投加氧化剂，将三价砷氧化为五价砷酸根，砷酸根再与三价铁生成难溶解的砷酸铁（FeAsO4），与三价铁水解产生的氢氧化铁，共沉淀去除。

2.2实验过程

取1L原水，加入三价砷污染物，搅拌均匀后加入氧化剂次氯酸钠，调节溶液中氯的浓度为2.0mg/L。加三氯化铁，分段搅拌：0～1min，300r/min；6～10min，50r/min；10～15min，25r/min；然后再静置10min；取上清液用0.45μm滤纸过滤，测定滤液中的砷浓度，并测定氯浓度。

2.3实验结果分析

三氯化铁投加量依次为5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L，沉后水氯浓度为0.57mg/L，滤后水砷浓度如表1所示。