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地下水除砷技术的种类

来源:巩义市大千净化材料有限公司 发布时间:2018-3-8 13:26:10

天然地下水中的砷一般源于岩石、土壤中含砷矿物的溶解,而冶金、化工、制革、纺织等含砷工业废水的排放、含砷药剂的使用等人为活动使得某些地区地下水中砷的含量急剧增高。我国已发现饮水型地方性砷病病区或高砷区有l3个省区,分别是新疆、山西、内蒙古、宁夏、青海、安徽、北京、山东、四川、吉林、黑龙江、河南和台湾省。饮用水含砷量超过国家0.05mg/L标准的人口有334万,这些高砷水绝大部分为地下水。砷是致癌、致突变因子,对动物还有致畸作用,已被美国疾病控制中心(CDC)和国际癌症研究机构(IARC)确定为第一类致癌物。长期饮用高砷水,会引起花皮病或皮肤角质化等皮肤病,黑脚病,神经病,血管损伤,以及增加心脏病发病。地下水砷污染对人类健康造成的危害已经引起人们的广泛关注,是目前一个主要的公共健康问题。

地下水除砷技术的种类:混凝法、吸附法、氧化法、离子交换法、生物法、膜分离法等。

混凝法:

水厂中常用的混凝剂铝盐是:硫酸铝、碱式氯化铝、聚合氯化铝;铁盐是:三氯化铁、硫酸亚铁、氯化铁;此外还有硅酸盐、碳酸钙等。大量的研究表明,各种混凝剂中铁盐的除砷效果最好。一般认为,铁盐混凝剂除砷机理是共沉淀和吸附作用的综合:Fe(Ⅲ)迅速水解形成氢氧化铁,在结晶长大前,其表面的吸附位与As(Ⅴ)形成共价键,这一过程非常迅速,在其后的几分钟之内,絮凝体长大并继续吸附水中的As(Ⅴ)。Fe(Ⅲ)类混凝剂对As(Ⅴ)的去除率基本可达到90%以上,且较为稳定。混凝除砷的不足在于:1、对于As(Ⅲ)效果不佳,对于As(Ⅴ)的去除率也受水质的影响;2、产生大量的含砷有毒污泥,有后处理问题;3、对于较严格的标准(10μg/L),若进水As(Ⅲ)含量过高,则出水难以达标。

吸附法:

活性氧化铝曾经是应用最为广泛的除砷吸附材料。但活性氧化铝具有适用pH偏酸性、吸附容量低、再生频繁、铝溶出较高等缺陷。最近的研究热点集中在Fe0上,它最大的特点在于对As(Ⅲ)的吸附较为理想。近年来有关活性氧化铝替代材料的研究比较活跃,其中稀土、铁等多价金属氧化物及其盐类因为其对水中的等阴离子具有较强的亲和力而引起重视。为了降低成本,将稀土盐类或稀土氧化物直接浸渍在多孔载体上,也可用来吸附去除砷。一种高效新型稀土复合铁氧化物(CFA)吸附剂具有高效、pH适用范围宽的优点,在饮用水除砷中有较大的应用前景。在吸附除砷方法中,复合材料与改性材料除砷效率高,处理费用低,目前最具有市场应用前景。纳米材料与其他原子结合后性质稳定且除砷效率最高,应是今后的主要发展方向。

离子交换:

根据相关报道,无机离子交换剂(如水合二氧化钛,即TiO2·H2O)和有机离子交换剂(如经二价铜离子活化的阳离子交换树脂和聚苯乙烯强碱型阴离子交换树脂)对处理低含量含砷饮用水较有成效。有机离子交换剂聚苯乙烯强碱型阴离子交换树脂在美国新墨西哥州的Albuquerque市在对生活饮用水的除砷中已经得到实际应用。改良传统的离子交换剂,可以获得很好的砷去除效果,应用前景广阔。由于各种微波对矿样具有较强的穿透能力,能使P同晶取代沸石骨架上的Al和S,i形成一种新的SAPO类沸石。从而改变沸石具有阳离子交换性能的传统,其中,Si-O-P结构使沸石具有阴离子交换性能,可去除水中的砷。离子交换法还可以去除有机砷。

化学氧化法:

氧化沉淀法主要用于饮用水的前处理,将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),以进行后续处理。空气氧化与化学氧化相比,不会引入新的化学药品,相对安全。与传统的铁盐法和氧化铁盐法对比,此方法不仅简便、高效、无二次污染,更有利于饮用水的清洁化除砷。氧化吸附同步技术是一种新的除砷方法,无需添加预氧化试剂,利用兼有氧化、吸附功能的新材料将As(III)氧化吸附,实现了As(III)的快速高效去除,主要有Fe(0)氧化-吸附和Fe-Mn氧化物氧化-吸附。

微生物氧化法:

尽管传统的物理化学方法除砷率很高但是这些方法需要加入化学试剂用于氧化三价砷,且受pH影响较大。生物氧化法无需加入任何化学试剂,操作费用低且利于环保。近年来,还有学者研究了用生物处理法来去除砷。

等发现地下水中的一些土著微生物,如铁细菌、球衣细菌、纤维菌等,在氧化Fe2+、Mn2+的同时将As(III)氧化成As(V),并形成难溶的铁氧化物,通过吸附和共沉淀的作用,沉积在过滤装置表面。有调查研究表明,生物氧化对去除铁和锰非常有效,当地下水中同时存在砷的时候,砷(起始浓度为0·05-0·2mg/L)也可以被有效去除。其中,As(Ⅲ)被氧化为As(V),在微生物、铁氧化物构成的混合物的吸附作用下去除。避免了用化学氧化剂氧化三价砷,而更具经济性和环境安全性。

膜处理:

水处理中采用的膜处理工艺共有四种:反渗透(RO)、纳滤(NF)、微滤(MF)和超滤(UF)。应用这四种膜除砷的研究在文献中均有报道。国外膜处理除砷的研究起步较早,上世纪80年代,采用醋酸纤维膜的RO工艺首次应用于处理砷。总的来看,RO与NF的除砷机理大致相同,主要是筛网作用与电斥作用的结合。UF膜孔径介于MF和NF之间,它不需与混凝联用也可对砷进行去除,但单独使用的效果要低于NF膜。因而相同类型中具有较小孔径,更大的表面正电荷的滤膜会有更好的去除作用。

相比混凝剂与吸附材料,膜材料和膜组件价格较高,并且需要一定压力驱动运行,耗用电能。尽管它对As(Ⅴ)有较稳定的去除率,但对As(Ⅲ)的去除效果不佳。因而,目前膜滤除砷方法仍有一定的局限。膜技术对砷的去除效果很好,成本高,维护难。一般用于对水质要求很高以及小规模的饮用水除砷处理。膜技术处理饮用水,会产生高浓度含砷有毒废水,必须采取措施对其进行二次处理。

生物法:

生物法是在生物的作用下氧化、降解、去除砷。生物不但能富集、浓缩砷,而且能将其甲基化。水体中的砷主要是无机砷,由于甲基化的砷如甲基砷、二甲基砷、三甲基砷的毒性比无机砷低得多,所以生物对砷的富集是一个对砷降毒、脱毒的过程。植物除砷带来了可行、廉价的地下水除砷技术的发展,适用于农村和边远地区。

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