地下水除砷工艺盘点：生物法、混凝法、沉淀法、吸附法和离子交换法

　　砷(As)为非人体必需元素，既不溶解于水又不溶解于酸，在自然界有三价无机态 As(III)、五价无机态 As(V)以及有机砷MMA(甲基胂酸)、DMA(二甲基胂酸)、TMA(三甲基胂酸)等。

　　砷在水体中主要以三价和五价的无机酸形式存在，三价砷的毒性更强，尤其是三氧化二砷(俗称信石，砒霜等)，五价砷毒性不强，当吸入五价砷离子时，产生中毒症状较慢，要在体内被还原转化为三价砷离子后才发挥其毒性作用，对大鼠、小鼠径口半数致死量为100mg/kg，而三价砷则为10mg/kg，相差10倍。

　　

　　地下水砷超标的原因及危害

　　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。而地下水砷超标的原因一种是由于自然原因造成的，主要是含砷矿物风化溶解造成的地下水污染。由于含砷矿物分布广泛，这种污染在世界各地都有发生，尤其在南亚、南美等地区，地下水砷超标问题极为严重。我国的新疆、内蒙、山西、辽宁、吉林、青海、宁夏、河南等省区也存在着不同程度的地下水砷污染问题。

　　另一方面工业生产也是造成砷超标的重要来源，尤其是尤其是有色冶金和矿业生产。含砷矿物如砷黄铁矿、雌黄、雄黄、硫砷铜矿等普遍与其他有色金属矿物伴生，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，因此在有色金属开采和冶炼过程中，往往产生大量含砷废弃物和副产物，如火法冶炼产生的含砷烟尘、湿法冶炼产生的净化渣等。同时硫酸制备、化工染料及农药生产、木材加工、玻璃和陶瓷等工业领域排出的废水往往也含有高浓度的砷。

　　砷可通过呼吸道、食物或皮肤接触进入人体，在肝肾、骨胳、毛发等器官或组织内蓄积，破坏消化系统和神经系统，长期饮用高砷水，会引起花皮病、皮肤角质化等皮肤病，黑脚病，神经病，血管损伤，以及增加心脏病发病的风险。我国内蒙古、新疆、台湾等地饮水中含砷量高达0.2-2.0mg/l，严重超过我国现行饮水卫生标准<0.05mg/l，导致地方性砷中毒，饮用水除砷是防治地方性砷中毒的关键措施。

　　目前国内外报道的除砷工艺大致分为生物法、混凝法、沉淀法、吸附法和离子交换法等。

　　地下水除砷工艺

　　生物法

　　生物法的原理在于特殊菌种在培养过程中会产生类似于活性污泥的物质，利用絮凝作用使这种物质与砷结合形成沉淀，从而达到除确的目的。但是，生物法菌种培养周期长，对环境要求苛刻，一般被用于废水除砷，用于饮用水除砷还鲜有报道。

　　混凝法

　　混凝法的原理是利用具有强大吸附能力的混凝剂将砷吸附，转化为沉淀，再通过过滤等方式将砷与水分离，具有成本低、易于操作和陈砷效率高的优点，可以很好使工业污水达到排放标准，使生活饮用水达到饮用标准。因此是目前在工业生产和处理生活饮用水中运用较为广泛的除砷方法。

　　常见的混凝剂是铁盐，如三氯化铁、硫酸亚铁、氯化铁;铝盐，如硫酸铝、碱氯化铝、聚铝;还有硅酸盐、碳酸钙、煤渣等做混凝剂。研究表明，铁盐的除砷效果好于铝盐,而且对As(Ⅴ)的去除效果明显好于As(Ⅲ)，所以在除砷过程中常对所处理的水进行先氧化，把三价As(Ⅲ)氧化为五价As(Ⅴ)，再进行混凝，为了提高氧化效果，有时还会加入催化剂促进氧化。能和砷酸根发生吸附共沉淀，使砷的去除率明显提高。

　　混凝法方法需要大量的混凝剂，产生大量的含砷废渣无法利用，且处理困难，长期堆积则容易造成二次污染，因此该方法的应用受到一定的限制。

　　沉淀法

　　沉淀法的原理是利用化学反应将砷转化为沉淀，然后过滤除去。沉淀法在对工业中高砷废水的初步处理上具有十分明显的优势，但是不适用于处理饮用水中微量砷。所以处理后的含砷废水一般需要配合其他方法进行深度处理才能达标排放。

　　吸附法

　　吸附法的原理是以具有高比表面积、不溶性的固体材料作吸附剂，通过物理吸附作用、化学吸附作用或离子交换作用等机制将水中的砷污染物固定在自身的表面上，从而达到除砷的目的。适合处理量大、浓度较低的水处理体系。

　　主要的除砷吸附剂有活性氧化铝、活性炭、骨炭、沸石以及天然或合成的金属氧化物及其水合氧化物等。在条件一致的情况下，小颗粒活性氧化铝除三价砷效率可达80%，除五价砷效率达86% ;而骨炭只有25% 和50% ，活性炭为25%和44% ，沸石为10%和30%。表明活性氧化铝除砷效率明显优于其他净水剂。

　　这种以粉末活性碳和不同产地骨炭作骨架、改性后加工而成的强化净水剂，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，除砷性能专一，只去除水中的砷，不改变水中其他元素的组成和含量，对原水pH也无严格要求，可以使用简单方法再生。用吸附法除砷效果易受有机物、pH值、水中砷的存在形态及浓度、其它阴阳离子成分及浓度的影响，且吸附剂材料价格较贵，可采用适当的预处理措施，如采用多级过滤后再使用吸附剂。

　　离子交换法

　　离子交换法的原理是利用阴离子交换树脂上的可交换离子与水中的砷离子发生交换反应来去除砷，其产生的污泥量仅为化学沉淀法产生污泥量的 20%,污泥的处置费用大大减少，而且离子交换法处理量大、操作简单、易再生、分离效果好，能够达到严格的排放标准，同时有利于各种有价成份的回收利用，因此被认为是一种很有前途的脱砷方法，而且运用于除砷的范围越来越广泛。

　　

　　以科海思离子交换除砷工艺为例，选用可以选择性去除某些离子的A-62MP特种离子交换树脂，利用其对砷具有较高的吸附容量和吸附速率等优秀性能来去除饮用水、地下水的砷化物。

　　A-62MP特种离子交换树脂本身具有活性，不需要经过预处理就可以使用，再生剂为氯化钠溶液，在使用和再生的过程中不会引入有毒有害物质，与此同时A-62MP还具有以下优势：

　　

　　选择吸附性：树脂官能团的特殊结构针对砷酸盐和亚砷酸盐具有选择吸附性;

　　稳定高效：出水可降低至0.001mg/L以下，工作运行时间内未检出砷超标;

　　经济可靠：树脂吸附饱和再生之后交换容量稳定，可重复使用，设备运行能耗低;

　　运行操作、维护简便：自动化程度高，可选择自动/手动控制通水及再生过程;

　　设备规格众多：根据水量设计不同规格设备，轻松应对不同水量;

　　节省空间：设备占地面积小。