含砷廢水處理研究進展

作者簡介：李春娥（1986—），女，遼寧沈陽人,碩士,主要從事水污染控制與治理技術方面的研究工作。

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2.3膜分離法

膜分離法是利用膜的選擇透過性來達到溶液中某種特定組分分離的目的。膜分離是一種有效的脫砷技術,根據膜的孔徑可以分為微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜;其中納濾膜是很有前景的除砷技術之一,它不需要添加化學藥劑,能耗低。As(Ⅲ)對膜的滲透率比As(V)強,As(V)的透過率隨溫度和pH升高而增加。Y.Sato等［9］在壓力為0.3~1.1MPa時,利用NF膜處理含砷廢水去除率達到85%以上。

2.4萃取法

特效選擇性和高效分離性這兩大特性使萃取法成為除砷的有效方法。針對硫酸體系中的As(V),選擇TBP(磷酸三丁酯)作萃取劑;針對硫酸體系中的As(Ⅲ),選擇D2EDTPA(雙二-乙基己基磷酸)作萃取劑。關艷芬等［10］研究發現,AsO3-3、AsO3-4通過與四丁基銨離子締合成離子對,進而AsO3-3、AsO3-4以離子對的形式被超臨界CO2萃取,萃取率能達到745%,并發現原位超臨界離子締合萃取的效果不如非原位超臨界離子締合萃取的效果。

2.5電凝聚法

電凝聚是利用電化學方法在電凝聚裝置里直接產生鐵或者鋁的氫氧化物,通過凝聚作用吸附去除污染物質。通過使用鐵電極進行電凝聚除砷實驗研究,結果發現在一定鐵砷比條件下,As(V)比As(Ⅲ)的去除率高,砷的初始濃度越高,對鐵砷比的要求就越高。

3化學沉淀方法

化學沉淀法是利用加入化學藥劑,生成不溶性沉淀來去除廢水中的砷?；瘜W沉淀方法適合處理高濃度含砷廢水,但產物污泥容易引起二次污染。目前國內外比較成熟的處理方法有中和沉淀法、混凝沉淀法、硫化物沉淀法等。

3.1中和沉淀法

中和沉淀法是含砷廢水處理應用較為普遍的一種處理方法,其反應機理是通過添加堿性試劑(一般是Ca(OH)2),增加含砷廢水pH值,生成亞砷酸鈣、砷酸鈣和氟化鈣等沉淀物質。鑒于亞砷酸鹽的溶解度明顯優于砷酸鹽,因此在工程應用上要預先將As(Ⅲ)氧化成As(V)。用Ca(OH)2作沉淀劑的優點是工藝簡單易行,節約成本,處理效率高;但沉淀過程中析出的砷酸鈣穩定性差,遇空氣中的CO2能分解成碳酸鈣和砷酸,從而砷重新進入溶液中,造成二次污染。

3.2混凝沉淀法

混凝沉淀法是去除含砷廢水的一種常用方法。常用的混凝劑是鐵鹽,其反應機理是利用鐵鹽在混凝過程中形成大量的氫氧化鐵礬花,溶解態的砷吸附在礬花中,經沉淀過濾去除。PAPASSIOPI等［11］研究發現以鐵鹽作為沉淀劑,其除砷效率取決于“鐵砷比”,最佳pH值條件由初始溶液的鐵砷比率決定,當鐵砷比分別為2、4、6時,溶液pH值分別為3、5、6時,砷去除率最高。

3.3硫化物沉淀法

硫化物沉淀法是利用硫化鈉、硫氫化鈉等硫化劑與廢水中的砷離子生成硫化砷沉淀得以從廢水中去除。白猛等［12］在硫化鈉與砷的物質的量之比為2.25∶1,pH值為0.8,反應溫度為26℃,反應時間為20min的反應條件下,砷去除率達到93.59%。硫化砷法對pH值要求嚴格,pH值變化會引起砷再次進入溶液中。

3.4復合沉淀法

在實際工程應用中,并不采用單一的化學沉淀法,而是將幾種處理方法聯合使用,如鈣鹽與鐵鹽法聯合、鐵鹽與鋁鹽法聯合,這種聯合集中處理方法能大大提高廢水中砷的去除率。郭翠梨等［13］經研究發現,使用石灰-聚合硫酸鐵法對硫酸制造工業中含砷廢水進行處理時,當m(Fe)∶m(As)>5時,pH值介于8.8~10.6之間時,含砷廢水經處理后砷的濃度低于1mg/L。王勇等［14］聯合使用硫酸銅和石灰-PFS絮凝法處理冶煉外排煙氣中含砷廢水,水樣含砷濃度為4.67g/L,以n(銅)∶n(砷)=2的比例加入CuSO4,控制pH值=8,砷轉化率達到98%。

4生物處理方法

4.1活性污泥法

經國內外試驗研究發現,活性污泥對重金屬離子具有極高的吸附性。Kasan等人認為活性污泥對重金屬離子的吸附分為表面吸附和胞內吸附。表面吸附是指活性污泥微生物的胞外多聚物含有配位基團-COOH、-SH、-NH2及-OH等,重金屬離子能與這些配位基團進行吸附、離子交換、沉淀等反應來達到除砷目的;胞內吸收是重金屬離子通過與胞內的透膜酶、水解酶相反應來達到吸附目的［15］。此外,砷濃度、有機負荷、pH值、生物固體停留時間及污泥濃度等因素影響含砷廢水去除率。

活性污泥法處理含砷廢水的處理工藝簡單、處理量大、處理費用低、不產生二次污染;但由于活性污泥的吸附能力有限,活性污泥對低濃度砷的去除率明顯高于高濃度砷的去除率,所以活性污泥法主要應用于低濃度含砷廢水的處理。

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4.2菌藻共生體法

在菌藻共生體中,細菌與藻類表面存在-COOH、-NH2及-OH等功能團,這些功能團能與廢水中As結合,As先與藻類和細菌表面上親和力最強的功能團相結合,然后再與藻類和細菌表面上親和力較弱的功能團結合,最后As逐漸進入細胞內原生質中。廖敏等通過小球藻對砷的生物轉化實驗發現,小球藻對無營養液的三價砷和五價砷廢水的去除率高于80%;對含營養源的三價砷和五價砷廢水,小球藻對五價砷廢水去除率超過70%,但對三價砷廢水的去除率高于50%,并且在這兩個反應過程中都會出現As解吸過程［16］。

5人工濕地處理方法

人工濕地處理方法是通過對特定重金屬有超富集作用的植物來去除廢水中的重金屬。目前研究發現對砷有超富集作用的植物是蜈蚣草。孫桂琴等［17］通過研究陶粒-蜈蚣草濕地系統、鵝卵石-蜈蚣草濕地系統、鵝卵石-美人蕉濕地系統和鵝卵石4個濕地系統對廢水中砷的去除率,發現陶粒-蜈蚣草濕地系統和鵝卵石-蜈蚣草濕地系統對廢水中的砷具有很好的去除效果。人工濕地技術優點是技術簡單、運行方便、成本低、抗水力和負荷沖擊能力強;缺點是受氣候條件限制,冬季由于植物的活性低而造成去除率下降。

2014年5月綠色科技第5期6結語

由于砷對人體有巨大危害并且砷污染日益嚴重,含砷廢水的處理問題日益受到人們的廣泛關注。目前含砷廢水的處理技術發展緩慢,受到技術成本和污水處理量的限制,含砷廢水處理技術很難應用到實際工業生產中。化學沉淀法在工業生產中有一定應用,處理效果較好,但由于添加化學藥劑,存在二次污染問題。物化方法大多是最近幾年發展起來的較新方法,但只能處理濃度低、處理量小的廢水,而工業生產廢水產生量大,污染物濃度高,因此物化方法的工業化利用程度較低。生物方法處理費用低,處理效率高,無二次污染,成為最具有發展前景的含砷廢水處理方法之一。筆者認為以下幾個研究方向將是未來含砷廢水處理技術研究熱點。開發新型的生物技術處理含砷廢水,使砷經生物吸收、氧化處理實現無毒無害化;開發穩定的化學沉淀技術,減少二次污染;開發易于取得或制備、穩定性好、高吸附、選擇性高、廉價且容易洗脫的吸附材料;開發各種除砷技術的綜合集成技術,提高除砷效率,降低除砷成本。

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