含砷废水处理技术

章菲菲

摘 要：砷是自然界中普遍存在的一种元素。采矿冶金、化工生产、农业以及养殖业会向环境中带入高浓度的砷，随着水的溶解性和流动性，进入水体环境中，污染地表水和地下水。砷具有较大的毒性，由此引起的水质污染会危害人类的身体健康。因此，这些含砷废水必须经过一定的处理，才能够排放到环境中。常见的处理技术有物理、化学、生物技术，这三者可以单独使用处理含砷废水，也可联合使用，以期得到更好的处理效果。

关键词：砷；毒性；废水；处理

中图分类号：X703 文献标识码：A

0.引言

在地球上，砷是一种普遍存在的元素，自然界中，砷的丰度排名第20，岩石矿物中砷的分布较多。在自然条件下，岩石中的砷会通过雨水冲刷、水流淋溶、风化作用等逐渐释放到周围环境中。此外，采矿冶金、化工生产、农业以及养殖业会向环境中带入高浓度的砷。人类大量开采有色金属，在冶炼的过程中会产生含砷的廢水。同时，化工生产中也产生含砷的废水。农业中的砷污染主要来源于除草剂、杀虫剂，其中，最常见的除草剂就有甲基砷酸钠。畜禽在养殖过程中为促生长、抗球虫病等会大量使用一些含砷的饲料添加剂，这些含砷添加剂大部分由于动物的排泄作用进入粪便中。

水体中的砷由植物根系吸收作用进入其体内，经食物链进入动物体内，最终富集在食物链终端——人体内。而当饮用水被砷污染后，会直接对人类造成危害。当砷在人体内累积到一定程度，会使得人体皮肤、消化系统产生癌变、心血管发生病变、肝肾功能损坏，严重地，会导致人死亡。

因此，水中砷的污染是目前多数国家面临的环境和健康安全问题，引起全世界环境学者的普遍关注。含砷废水的处理刻不容缓，含砷废水处理技术具有重要而且现实的意义。

1.砷的处理技术

水中砷的去除技术有很多，归纳起来，含砷废水的处理方法一般分为3个方面：物理法、化学法、生物法。

1.1 物理法

物理法处理含砷废水主要的技术是物理吸附。吸附的原理是采用比表面积大并且水稳定性高的吸附剂，将砷吸附到吸附剂的表面，进而达到处砷的效果。常见的吸附剂有活性炭、粉煤灰、膨润土、纳米二氧化钛等。

活性炭中有极多的微孔，表面积极大，因此吸附效果较好。利用活性炭吸附酸性的含砷废水较为有效，实验发现，在环境温度为25℃，酸性含砷废水pH为4.5时，经过5h的吸附可以去除水中98%的砷。

粉煤灰吸附时，其颗粒表面会发生放热反应，因此，低温时，粉煤灰会自发吸附水中的污染物砷，表现出较强的吸附能力。

膨润土是一种天然矿物，由于其在水中具有高度分散性，因此吸附能力较强，对砷的去除效果也很明显。

纳米二氧化钛有锐钛型和金红石型两种。由于其具有良好的活性、无毒和低成本，在水处理中常常使用。在吸附砷方面，锐钛型具有更高的除砷能力，并且其除砷效果不受酸性和碱性的影响，均能达到较好的除砷效率。

1.2 化学法

化学法除砷主要是通过金属离子与砷的反应，使得溶液中的砷的浓度降低。利用砷与多种金属阳离子形成沉淀，如砷与钙、镁、铝、铁等形成难容性的化合物，而去除溶液中的砷。常见的沉淀剂有：石灰石、明矾等。

石灰石对处理碱性低浓度的含砷废水具有很好的效果。黄自力等研究发现，在25oC并且调pH=12，石灰石与砷的摩尔比为6时，经过48h的反应，可以使得溶液中大部分的砷沉淀，砷的去除效率可达99%，达到砷的排放标准。

溶液中的砷酸根与明矾中的硫酸根可形成砷钠明矾石，使得溶液中的砷进行固化。研究表明，砷钠明矾石固溶体稳定性好，在溶液pH接近中性时，砷的浸出浓度低于0.1mg/L，在固砷方面具有潜在的应用前景。

此外，化学沉淀前加预氧化处理可达到较好地去除效果，如铁氧体法。铁氧体是向含砷废水中投加铁盐，在一定pH、一定温度下，进行氧化，形成棕色磁性铁氧体。这种由铁盐氧化水解生成的多核络合物，迅速高效地吸附废水中的胶体，在吸附架桥等作用下，促进水中的胶体污染物碰撞而絮凝，与砷发生共沉淀。铁氧体除砷的效果比普通沉淀法要更好，正是因为其具有吸附沉淀的作用，因而去除效果更佳。除了氧化铁盐以外，还可以通过投加高铁酸盐除砷。高铁酸盐的高氧化性和多相凝聚性使得其能达到氧化和絮凝的双重效果，处理起来较为简单。

物理法和化学法有时可一起使用，研究表明，当采用氧化-混凝-吸附法处理含砷废水时，投加偏碱性的FeCl3、次氯酸钠以及活性炭吸附0.5h，可以使溶液中的砷去除率达99%，处理后水中的砷能达标排放。物理法和化学法作为传统的废水处理方法，有着其明显的处理效果，也有不足之处，例如处理费用高、二次污染大，而生物法处理经济高效，相对于而言，二次污染小，有着广阔的应用前景。

1.3 生物法

生物法处理含砷废水一般采用水生植物处理、微生物作用、活性污泥处理等。可用于除砷的水生植物有：水葫芦、水浮莲、海藻，它们对水中的砷有较强的富集作用，利用植物的修复作用除砷，有发展前景。董晓玲等用水葫芦吸收无机砷，实验表明，水葫芦对无机砷的吸收能力较强，无机砷主要富集在水葫芦的根部。吸收周期为14天，这对利用水葫芦具有一定的指导意义。

微生物作用是通过将微生物作为电子受体，并利用微生物的自身酶的作用，进而将无机砷甲基化，由于甲基化砷的毒性远低于无机砷，因此能减小砷的毒性。常用于处理含砷废水的微生物有：硫酸盐还原菌、砷酸盐还原菌、亚砷酸盐氧化菌，这几种微生物都表现出了较好的生物除砷效果。

活性污泥法在污水处理中最广泛，在含砷废水的处理中也很有效果。活性污泥法除砷时，污泥表面的微生物会选择性吸附砷，转而吸收进入细胞内，由此降低水中砷的含量。在水中无机砷的去除方面，溶液中较高浓度的溶解氧会使得活性污泥对三价砷的去除效果优于五价砷。

结语

砷的去除一般分为物理法、化学法、生物法，以上这3类方法可以单独使用，也可以联合使用，结合不同的含砷废水的具体情况采取相对应的处理方法。在实际含砷废水处理过程中，这几种方法常常进行组合，以达到最好的处理效果。由于生物处理法高效经济，二次污染小，在工程中的应用可能性很大，因此作为含砷废水的主要处理方法，并且具有很好的发展前景。生物法与物理化学法联合使用将是含砷废水处理的一个重要的发展趋势。

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