飲用水中砷去除技術的研究現(xiàn)狀與展望

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1、飲用水中砷去除技術的研究現(xiàn)狀與展望摘要：近年來，水體砷污染已成為一個全球性的環(huán)境問題，采取有效的方法去除飲用水中的砷已受廣泛關注。文章重點綜述了各種去除飲用水中砷的技術方法，包括混凝沉淀、吸附、離子交換生物技術、壓力膜技術等，并就目前飲用水除砷技術的現(xiàn)狀提出了展望。關鍵詞：砷污染，飲用水，吸附，離子交換，除砷1前言砷在自然界中廣泛存在，是地殼的組成成分之一。自然界中砷的來源主要有：（1)自然源：礦物及巖石的風化、火山的噴發(fā)、溫泉的上溢水；（2)人工源：主要來源于礦化物的開采和冶煉。在雨水沖刷、風吹以及其他自然條件下，來自于自然源和人工源的砷以As3+和As5+的形式進入到附近的水體或農田里，

2、導致這些水體或農田里含有高濃度砷。在有的礦井的排水系統(tǒng)中，砷的質量濃度高達7mg/L，從而對地下水及飲用水源造成了很大的污染[1]。砷在飲用水中通常以無機砷離子的形式存在，其中2種最主要的價態(tài)分別是As(Ⅲ)和As(V)。砷化合物有劇毒，容易在人體內累積，造成慢性砷中毒。長期飲用含高濃度無機砷的水的人群易患有皮膚病、周圍血管病、高血壓以及癌癥等疾病[2]。近年來，在一些國家，尤其是在孟加拉國、中國以及蒙古的飲用水源中均發(fā)現(xiàn)能導致人體急慢性中毒的砷。我國新修訂的生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5479—2006)規(guī)定，從2007年7月113起，飲用水中砷的最大允許濃度從50g/L降低為10μg/L。據(jù)

3、調查，按照新的生活飲用水衛(wèi)生標準，中國水砷中毒危害病區(qū)的暴露人數(shù)高達1500萬之多，已確診患者超過數(shù)萬人。因此，研究符合中國國情的飲用水除砷技術就顯得尤為重要。為此，本文綜述了近年來國內外飲用水除砷技術的研究現(xiàn)狀，并指出了其中存在的問題和今后的研究方向。2飲用水中砷去除的技術方法自然水系中，存在有機砷和無機砷。其中無機砷主要以As3+和As5+存在，具體存在形式取決于水體的氧化還原電位和pH。在氧化環(huán)境如地表水中，砷主要以五價態(tài)存在，如(H2AsO4-，HAsO42-)；在還原環(huán)境如地下水中，則主要以三價砷(如H3AsO3)存在。有機砷的主要存在形式是甲基胂酸(DMA)和甲基胂酸(MMA)。

4、其中，DMA是暴露在機砷環(huán)境中的動物和人類的主要代謝產物。有機砷和無機砷在一定條件下可以相互轉化，厭氧條件下，砷酸鹽通過甲烷菌中甲基鈷氨素作用，此時砷酸鹽被還原，同時甲基化而生成二甲基胂酸[3]。目前砷的去除有多種方法，其中混凝沉淀、吸附、離子交換、生物技術、膜法等是主要方法。2.1混凝沉淀法混凝沉淀法因其使用方便、易于掌握和接受而成為應用最多、最廣泛的一種砷超標飲用水處理方法。最常見的混凝劑是鐵鹽和鋁鹽。大量研究表明，混凝沉淀法除砷效果和水中砷的氧化態(tài)、砷的初始濃度、混凝劑的種類和劑量、水質條件等因素有關。As(Ⅲ)去除的效果較差，As(V)去除率較高。將As(Ⅲ)氧化為As(V)可提高砷

5、的去除率。當As(Ⅲ)初始濃度<0.8mg／L時，次氯酸鈉1.25mg／L即可有效地將As(Ⅲ)氧化成為As(V)，達到與As(V)同樣的去除效果[4]。若采用高鐵酸鹽混凝劑，則可同時取代次氯酸鈉和鐵鹽2種試劑的投加，簡化了處理方法，而且高鐵酸鹽的氧化能力比次氯酸鈉、高錳酸鉀等更強，在氧化過程中不會產生二次污染，更有利于飲用水的除砷[5]。袁濤等發(fā)現(xiàn)，適宜的過濾措施，如砂濾，可大大提高混凝劑的除砷效率，這可能與砂粒對砷的吸附作用有一定關系，但更主要的原因是砂濾的固液分離效果明顯好于沉淀，可使微小的絮凝體更好地與水分離，從而使出水砷濃度更低。Meng等也發(fā)現(xiàn)，砂濾可以改善砷的去除效果，但出水砷

6、濃度仍大于10微克每升。提高除砷效率的另一個方法是增大含砷絮體粒徑。Song等用添加粒徑為38～42微米的方解石的方法強化混凝沉淀除砷效果，結果發(fā)現(xiàn)次微米級的細小含砷絮體可吸附在方解石顆粒表面，變相增大了絮體粒徑，提高了固液分離效果，使砷的去除率由85％上升到99％左右[6]。2.2吸附法吸附法是以具有高比表面積、不溶性的固體材料作吸附劑，通過物理吸附作用、化學吸附作用或離子交換作用等機制將水中的砷污染物固定在自身的表面上，從而達到除砷的目的[7]。該方法是一種較為成熟且簡單易行的水處理技術，一般適合于處理量大、濃度較低的水處理體系[8-9]。主要的除砷吸附劑有活性氧化鋁、活性炭、骨炭、沸石

7、、磺化酶、生產氧化鋁的廢料赤泥等以及天然或合成的金屬氧化物及其水合氧化物等[8]。當前國內外吸附法除砷方法使用的材料有以下6類[10]：稀土與黏土材料，復合材料，活性材料，改性材料，含鐵礦物及納米材料。梁慧鋒[11]等自制新生態(tài)MnO2懸濁液作吸附劑，結果表明新生態(tài)MnO2對As3+去除率高，作用速度快，pH<7時，As3+的去除率達80％以上，陰離子與As3+的去除率接近100％。2.3離子交換法離子交換對