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含砷废水处理技术研究

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人气:-发表时间:2019-04-18 09:13【

砷在自然界中广泛分布,具有类金属特性,其产品主要用于木材防腐剂、玻璃搪瓷工业、农药、合金材料、医药、饲料化工等领域,特别是在医药、合金材料方面具有特殊用途。但砷多与其他矿物(如有色金属矿物)伴生存在,由于自然释放和人为的开发,尤其是对贫矿的大量开采和使用,生产过程中大量砷随主元素被开发出来进入环境。采矿、有色金属冶炼、硫酸制备、化工染料及农药生产等工业领域排出的废水往往含有高浓度砷。


  砷是一种原生质毒物,可通过与蛋白和酶的巯基(—SH)相互作用(使蛋白质和酶在细胞内变性)以及增加细胞内的活性氧引起细胞损伤而产生毒性,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质。砷还具有遗传毒性,属于世界卫生组织(WHO)优先控制污染物。国内外都曾发生过由于含砷废水污染饮用水源而引起的砷中毒事件,另外国外还报道过由于长期职业性暴露而导致的砷中毒事件。由于砷在生物体内的毒性蓄积效应,砷污染对生态环境的破坏具有不可逆性。因此,各国对饮用水中砷的标准有着严格的控制。我国2007 年7 月1 日起实施的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)将砷的最高允许质量浓度由50 μg/L 修订为10 μg/L,与美国环保署(US EPA)、WHO 等规定的标准保持一致,这给废水除砷工艺技术带来新的挑战。目前国内外除砷技术主要有沉淀法、离子交换法、膜分离法、生物法和吸附法等,而沉淀法和吸附法应用最多。

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  1 沉淀法


  沉淀法就是利用可溶性砷能够与钙、镁、铁、铝等金属离子形成难溶化合物的特性,以钙、铁、镁、铝盐及硫化物等作沉淀剂,经沉淀后过滤除去溶液中的砷。主要包括中和沉淀法、铁氧体法、硫化物沉淀法、混凝法(亦称吸附胶体沉淀法或载体共沉淀法)等〔9〕,常用的沉淀剂有石灰、氯化铁、聚合硫酸铁、硫酸亚铁、明矾和硫化钠等。


  2 离子交换法


  离子交换技术在水质软化及重金属离子的去除方面得到了广泛的应用。该法通常是通过离子交换树脂上的离子与废水中的目标离子进行交换而达到去除污染物的目的,实际上是一种特殊的吸附。国内外近几年出现了应用活性炭更换树脂、硫化物再生树脂、螯合树脂等处理含砷废水的方法。


  3 膜分离技术


  膜分离法是利用膜的选择透过性,根据多组分流体中各组分在膜中传质选择性的差异,借助较高的外压,来实现对其的分离、分级、提纯或富集。根据膜孔径大小可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透。无锡化工研究所曾采用醋酸纤维反渗透膜对农药含砷废水(质量浓度500~700 mg/L)进行处理,除砷效率达到97.9%〔1〕。夏圣骥等在室温条件下用纳滤膜对含砷废水进行处理,发现纳滤膜对As(Ⅴ)的去除率很高,一般大于90%,且明显大于对As (Ⅲ)的去除率。随着进膜水As (Ⅲ) 浓度的升高,纳滤膜对其去除率下降; 而且进水的pH 影响纳滤膜对砷的去除,pH 越高,纳滤膜对砷的去除率越高。 


  4 生物法


  生物法由于其高效、无二次污染、处理费用低等优点,在污水处理中具有明显优势。砷可以被水体中某些微生物富集和浓缩,也可以被这些生物体氧化和转化,如甲基化,而甲基化后的砷毒性明显比无机砷的毒性降低。生物法就是利用这一特性来对砷降毒、脱毒,以解决水体砷污染问题。该方法目前主要是通过在特定培养基上培养菌种,产生一种类似于活性污泥的絮凝结构的物质,与含砷废水充分接触,结合其中的砷而絮凝沉降,然后分离,达到除砷效果。


  5 吸附法


  株洲江海环保科技吸附法主要是利用吸附剂(具有大的活性表面积或吸附基团)的强大吸附作用吸附砷,然后通过过滤达到除砷的目的。该法处理含砷废水,可以将废水中砷浓度降至最低水平且不增加盐浓度,具有处理效率高、吸附干扰小等优点,一些性能优良的吸附剂还可以实现再生重复利用,不会或者很少产生二次污染问题,在治理污染的同时还可以实现对砷的资源化回收利用,常见的除砷吸附剂可以归纳为6 类。


  5.1 活性材料

  5.2 黏土类材料

  5.3 稀土类材料

  5.4 纳米材料

  5.5 二氧化锰

  5.6 含铁矿物及载铁复合环境材料

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  6 总结与展望


  新的生活饮用水卫生标准给我国的含砷废水处理技术提出了更高的要求,目前大多数企业普遍采用沉淀法进行废水除砷,但是这种方法只是将污染物由一种形式转移到另一种形式,并没有彻底的根除污染,对环境还存在潜在的危害性,同时对废水中存在的各种有价物质无法有效回收,这也是一种形式的资源浪费。株洲江海环保科技吸附法由于除砷的同时能够回收资源,有望成为含砷废水的主要处理方法。所以含砷废水处理的研究工作将围绕以下3 个方面开展:(1)在企业实施清洁生产,从源头和工艺过程尽量减少或避免含砷废水的产生;(2)结合企业现有情况,采用传统工艺和新技术联合使用,保证出水达标;(3)结合企业废水的水质特点,研发成本低廉且对废水中不同成分具有高选择性的吸附材料,在治理污染的同时实现废水中各种有价物质的分类回收和利用。


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