含砷废水处理研究进展

作者简介：李春娥（1986—），女，辽宁沈阳人,硕士,主要从事水污染控制与治理技术方面的研究工作。

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2.3膜分离法

膜分离法是利用膜的选择透过性来达到溶液中某种特定组分分离的目的。膜分离是一种有效的脱砷技术,根据膜的孔径可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜;其中纳滤膜是很有前景的除砷技术之一,它不需要添加化学药剂,能耗低。As(Ⅲ)对膜的渗透率比As(V)强,As(V)的透过率随温度和pH升高而增加。Y.Sato等［9］在压力为0.3~1.1MPa时,利用NF膜处理含砷废水去除率达到85%以上。

2.4萃取法

特效选择性和高效分离性这两大特性使萃取法成为除砷的有效方法。针对硫酸体系中的As(V),选择TBP(磷酸三丁酯)作萃取剂;针对硫酸体系中的As(Ⅲ),选择D2EDTPA(双二-乙基己基磷酸)作萃取剂。关艳芬等［10］研究发现,AsO3-3、AsO3-4通过与四丁基铵离子缔合成离子对,进而AsO3-3、AsO3-4以离子对的形式被超临界CO2萃取,萃取率能达到745%,并发现原位超临界离子缔合萃取的效果不如非原位超临界离子缔合萃取的效果。

2.5电凝聚法

电凝聚是利用电化学方法在电凝聚装置里直接产生铁或者铝的氢氧化物,通过凝聚作用吸附去除污染物质。通过使用铁电极进行电凝聚除砷实验研究,结果发现在一定铁砷比条件下,As(V)比As(Ⅲ)的去除率高,砷的初始浓度越高,对铁砷比的要求就越高。

3化学沉淀方法

化学沉淀法是利用加入化学药剂,生成不溶性沉淀来去除废水中的砷。化学沉淀方法适合处理高浓度含砷废水,但产物污泥容易引起二次污染。目前国内外比较成熟的处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

中和沉淀法是含砷废水处理应用较为普遍的一种处理方法,其反应机理是通过添加碱性试剂(一般是Ca(OH)2),增加含砷废水pH值,生成亚砷酸钙、砷酸钙和氟化钙等沉淀物质。鉴于亚砷酸盐的溶解度明显优于砷酸盐,因此在工程应用上要预先将As(Ⅲ)氧化成As(V)。用Ca(OH)2作沉淀剂的优点是工艺简单易行,节约成本,处理效率高;但沉淀过程中析出的砷酸钙稳定性差,遇空气中的CO2能分解成碳酸钙和砷酸,从而砷重新进入溶液中,造成二次污染。

3.2混凝沉淀法

混凝沉淀法是去除含砷废水的一种常用方法。常用的混凝剂是铁盐,其反应机理是利用铁盐在混凝过程中形成大量的氢氧化铁矾花,溶解态的砷吸附在矾花中,经沉淀过滤去除。PAPASSIOPI等［11］研究发现以铁盐作为沉淀剂,其除砷效率取决于“铁砷比”,最佳pH值条件由初始溶液的铁砷比率决定,当铁砷比分别为2、4、6时,溶液pH值分别为3、5、6时,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钠、硫氢化钠等硫化剂与废水中的砷离子生成硫化砷沉淀得以从废水中去除。白猛等［12］在硫化钠与砷的物质的量之比为2.25∶1,pH值为0.8,反应温度为26℃,反应时间为20min的反应条件下,砷去除率达到93.59%。硫化砷法对pH值要求严格,pH值变化会引起砷再次进入溶液中。

3.4复合沉淀法

在实际工程应用中,并不采用单一的化学沉淀法,而是将几种处理方法联合使用,如钙盐与铁盐法联合、铁盐与铝盐法联合,这种联合集中处理方法能大大提高废水中砷的去除率。郭翠梨等［13］经研究发现,使用石灰-聚合硫酸铁法对硫酸制造工业中含砷废水进行处理时,当m(Fe)∶m(As)>5时,pH值介于8.8~10.6之间时,含砷废水经处理后砷的浓度低于1mg/L。王勇等［14］联合使用硫酸铜和石灰-PFS絮凝法处理冶炼外排烟气中含砷废水,水样含砷浓度为4.67g/L,以n(铜)∶n(砷)=2的比例加入CuSO4,控制pH值=8,砷转化率达到98%。

4生物处理方法

4.1活性污泥法

经国内外试验研究发现,活性污泥对重金属离子具有极高的吸附性。Kasan等人认为活性污泥对重金属离子的吸附分为表面吸附和胞内吸附。表面吸附是指活性污泥微生物的胞外多聚物含有配位基团-COOH、-SH、-NH2及-OH等,重金属离子能与这些配位基团进行吸附、离子交换、沉淀等反应来达到除砷目的;胞内吸收是重金属离子通过与胞内的透膜酶、水解酶相反应来达到吸附目的［15］。此外,砷浓度、有机负荷、pH值、生物固体停留时间及污泥浓度等因素影响含砷废水去除率。

活性污泥法处理含砷废水的处理工艺简单、处理量大、处理费用低、不产生二次污染;但由于活性污泥的吸附能力有限,活性污泥对低浓度砷的去除率明显高于高浓度砷的去除率,所以活性污泥法主要应用于低浓度含砷废水的处理。

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4.2菌藻共生体法

在菌藻共生体中,细菌与藻类表面存在-COOH、-NH2及-OH等功能团,这些功能团能与废水中As结合,As先与藻类和细菌表面上亲和力最强的功能团相结合,然后再与藻类和细菌表面上亲和力较弱的功能团结合,最后As逐渐进入细胞内原生质中。廖敏等通过小球藻对砷的生物转化实验发现,小球藻对无营养液的三价砷和五价砷废水的去除率高于80%;对含营养源的三价砷和五价砷废水,小球藻对五价砷废水去除率超过70%,但对三价砷废水的去除率高于50%,并且在这两个反应过程中都会出现As解吸过程［16］。

5人工湿地处理方法

人工湿地处理方法是通过对特定重金属有超富集作用的植物来去除废水中的重金属。目前研究发现对砷有超富集作用的植物是蜈蚣草。孙桂琴等［17］通过研究陶粒-蜈蚣草湿地系统、鹅卵石-蜈蚣草湿地系统、鹅卵石-美人蕉湿地系统和鹅卵石4个湿地系统对废水中砷的去除率,发现陶粒-蜈蚣草湿地系统和鹅卵石-蜈蚣草湿地系统对废水中的砷具有很好的去除效果。人工湿地技术优点是技术简单、运行方便、成本低、抗水力和负荷冲击能力强;缺点是受气候条件限制,冬季由于植物的活性低而造成去除率下降。

2014年5月绿色科技第5期6结语

由于砷对人体有巨大危害并且砷污染日益严重,含砷废水的处理问题日益受到人们的广泛关注。目前含砷废水的处理技术发展缓慢,受到技术成本和污水处理量的限制,含砷废水处理技术很难应用到实际工业生产中。化学沉淀法在工业生产中有一定应用,处理效果较好,但由于添加化学药剂,存在二次污染问题。物化方法大多是最近几年发展起来的较新方法,但只能处理浓度低、处理量小的废水,而工业生产废水产生量大,污染物浓度高,因此物化方法的工业化利用程度较低。生物方法处理费用低,处理效率高,无二次污染,成为最具有发展前景的含砷废水处理方法之一。笔者认为以下几个研究方向将是未来含砷废水处理技术研究热点。开发新型的生物技术处理含砷废水,使砷经生物吸收、氧化处理实现无毒无害化;开发稳定的化学沉淀技术,减少二次污染;开发易于取得或制备、稳定性好、高吸附、选择性高、廉价且容易洗脱的吸附材料;开发各种除砷技术的综合集成技术,提高除砷效率,降低除砷成本。

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