工藝|地下水砷超標的原因以及除砷工藝有哪些（內(nèi)附除砷案例）

　　砷(As)為非人體必需元素，既不溶解于水又不溶解于酸，在自然界有三價無機態(tài) As(III)、五價無機態(tài) As(V)以及有機砷MMA(甲基胂酸)、DMA(二甲基胂酸)、TMA(三甲基胂酸)等。

　　砷在水體中主要以三價和五價的無機酸形式存在，三價砷的毒性更強，尤其是三氧化二砷(俗稱信石，砒霜等)，五價砷毒性不強，當吸入五價砷離子時，產(chǎn)生中毒癥狀較慢，要在體內(nèi)被還原轉(zhuǎn)化為三價砷離子后才發(fā)揮其毒性作用，對大鼠、小鼠徑口半數(shù)致死量為100mg/kg，而三價砷則為10mg/kg，相差10倍。

　　地下水砷超標的原因及危害

　　天然地下水和地表水都可能含有砷，地下水含砷量高于地表水。而地下水砷超標的原因一種是由于自然原因造成的，主要是含砷礦物風化溶解造成的地下水污染。由于含砷礦物分布廣泛，這種污染在世界各地都有發(fā)生，尤其在南亞、南美等地區(qū)，地下水砷超標問題極為嚴重。我國的新疆、內(nèi)蒙、山西、遼寧、吉林、青海、寧夏、河南等省區(qū)也存在著不同程度的地下水砷污染問題。

　　另一方面工業(yè)生產(chǎn)也是造成砷超標的重要來源，尤其是尤其是有色冶金和礦業(yè)生產(chǎn)。含砷礦物如砷黃鐵礦、雌黃、雄黃、硫砷銅礦等普遍與其他有色金屬礦物伴生，由于自然釋放和人為的開發(fā)，尤其是對貧礦的大量開采和使用，因此在有色金屬開采和冶煉過程中，往往產(chǎn)生大量含砷廢棄物和副產(chǎn)物，如火法冶煉產(chǎn)生的含砷煙塵、濕法冶煉產(chǎn)生的凈化渣等。同時硫酸制備、化工染料及農(nóng)藥生產(chǎn)、木材加工、玻璃和陶瓷等工業(yè)領域排出的廢水往往也含有高濃度的砷。

　　砷可通過呼吸道、食物或皮膚接觸進入人體，在肝腎、骨胳、毛發(fā)等器官或組織內(nèi)蓄積，破壞消化系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，長期飲用高砷水，會引起花皮病、皮膚角質(zhì)化等皮膚病，黑腳病，神經(jīng)病，血管損傷，以及增加心臟病發(fā)病的風險。我國內(nèi)蒙古、新疆、臺灣等地飲水中含砷量高達0.2-2.0mg/l，嚴重超過我國現(xiàn)行飲水衛(wèi)生標準<0.05mg/l，導致地方性砷中毒，飲用水除砷是防治地方性砷中毒的關鍵措施。

　　目前國內(nèi)外報道的除砷工藝大致分為生物法、混凝法、沉淀法、吸附法和離子交換法等。

　　地下水除砷工藝

　　生物法

　　生物法的原理在于特殊菌種在培養(yǎng)過程中會產(chǎn)生類似于活性污泥的物質(zhì)，利用絮凝作用使這種物質(zhì)與砷結合形成沉淀，從而達到除確的目的。但是，生物法菌種培養(yǎng)周期長，對環(huán)境要求苛刻，一般被用于廢水除砷，用于飲用水除砷還鮮有報道。

　　混凝法

　　混凝法的原理是利用具有強大吸附能力的混凝劑將砷吸附，轉(zhuǎn)化為沉淀，再通過過濾等方式將砷與水分離，具有成本低、易于操作和陳砷效率高的優(yōu)點，可以很好使工業(yè)污水達到排放標準，使生活飲用水達到飲用標準。因此是目前在工業(yè)生產(chǎn)和處理生活飲用水中運用較為廣泛的除砷方法。

　　常見的混凝劑是鐵鹽，如三氯化鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵;鋁鹽，如硫酸鋁、堿氯化鋁、聚鋁;還有硅酸鹽、碳酸鈣、煤渣等做混凝劑。研究表明，鐵鹽的除砷效果好于鋁鹽,而且對As(Ⅴ)的去除效果明顯好于As(Ⅲ)，所以在除砷過程中常對所處理的水進行先氧化，把三價As(Ⅲ)氧化為五價As(Ⅴ)，再進行混凝，為了提高氧化效果，有時還會加入催化劑促進氧化。能和砷酸根發(fā)生吸附共沉淀，使砷的去除率明顯提高。

　　混凝法方法需要大量的混凝劑，產(chǎn)生大量的含砷廢渣無法利用，且處理困難，長期堆積則容易造成二次污染，因此該方法的應用受到一定的限制。

　　沉淀法

　　沉淀法的原理是利用化學反應將砷轉(zhuǎn)化為沉淀，然后過濾除去。沉淀法在對工業(yè)中高砷廢水的初步處理上具有十分明顯的優(yōu)勢，但是不適用于處理飲用水中微量砷。所以處理后的含砷廢水一般需要配合其他方法進行深度處理才能達標排放。

　　吸附法

　　吸附法的原理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。適合處理量大、濃度較低的水處理體系。

　　主要的除砷吸附劑有活性氧化鋁、活性炭、骨炭、沸石以及天然或合成的金屬氧化物及其水合氧化物等。在條件一致的情況下，小顆粒活性氧化鋁除三價砷效率可達80%，除五價砷效率達86% ;而骨炭只有25% 和50% ，活性炭為25%和44% ，沸石為10%和30%。表明活性氧化鋁除砷效率明顯優(yōu)于其他凈水劑。

　　這種以粉末活性碳和不同產(chǎn)地骨炭作骨架、改性后加工而成的強化凈水劑，除砷容量及除砷效率均比原材料高50倍，比市售除砷材料高10倍，除砷性能專一，只去除水中的砷，不改變水中其他元素的組成和含量，對原水pH也無嚴格要求，可以使用簡單方法再生。用吸附法除砷效果易受有機物、pH值、水中砷的存在形態(tài)及濃度、其它陰陽離子成分及濃度的影響，且吸附劑材料價格較貴，可采用適當?shù)念A處理措施，如采用多級過濾后再使用吸附劑。

　　離子交換法

　　離子交換法的原理是利用陰離子交換樹脂上的可交換離子與水中的砷離子發(fā)生交換反應來去除砷，其產(chǎn)生的污泥量僅為化學沉淀法產(chǎn)生污泥量的 20%,污泥的處置費用大大減少，而且離子交換法處理量大、操作簡單、易再生、分離效果好，能夠達到嚴格的排放標準，同時有利于各種有價成份的回收利用，因此被認為是一種很有前途的脫砷方法，而且運用于除砷的范圍越來越廣泛。

　　科海思離子交換除砷工藝

　　以科海思離子交換除砷工藝為例，選用可以選擇性去除某些離子的A-62MP特種離子交換樹脂，利用其對砷具有較高的吸附容量和吸附速率等優(yōu)秀性能來去除飲用水、地下水的砷化物。

　　A-62MP特種離子交換樹脂本身具有活性，不需要經(jīng)過預處理就可以使用，再生劑為氯化鈉溶液，在使用和再生的過程中不會引入有毒有害物質(zhì)，與此同時A-62MP還具有以下優(yōu)勢：

　　選擇吸附性：樹脂官能團的特殊結構針對砷酸鹽和亞砷酸鹽具有選擇吸附性;

　　穩(wěn)定高效：出水可降低至0.001mg/L以下，工作運行時間內(nèi)未檢出砷超標;

　　經(jīng)濟可靠：樹脂吸附飽和再生之后交換容量穩(wěn)定，可重復使用，設備運行能耗低;

　　運行操作、維護簡便：自動化程度高，可選擇自動/手動控制通水及再生過程;

　　設備規(guī)格眾多：根據(jù)水量設計不同規(guī)格設備，輕松應對不同水量;

　　節(jié)省空間：設備占地面積小。

　　科海思離子交換除砷案例

　　飲用水除砷案例

　　廣西某天然泉水公司除砷項目，原水砷含量0.06mg/L，水量 5m3/h，科海思根據(jù)項目實際情況、業(yè)務要求及相關標準，采用機械過濾器+離子交換除砷系統(tǒng)，通過季胺1型官能團耐受硫酸鹽、氯離子等去除砷酸鹽、亞砷酸鹽，出水砷含量做0.01mg/l以下。

　　礦井水除砷案例

　　山西某礦井水除砷項目，原水砷含量0.6mg/L，三類水指標要求小于0.05mg/L，水量1000噸 /天，科海思采用機械過濾+活性炭過濾+除砷樹脂離子交換+消毒工藝，單級運行，氯化鈉再生，通過季胺1型官能團耐受硫酸鹽、氯離子等去除砷酸鹽、亞砷酸鹽，項目出水做到0.0003ppm，達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中表Ⅲ類水質(zhì)標準，并且出水穩(wěn)定。