化學(xué)沉淀法除砷在飲用水處理中的研究

姚永鋒　王娟珍　羅衛(wèi)國(guó)

（西安市自來(lái)水有限公司　陜西西安　710082）

化學(xué)沉淀法除砷在飲用水處理中的研究

姚永鋒王娟珍羅衛(wèi)國(guó)

（西安市自來(lái)水有限公司陜西西安710082）

研究試用化學(xué)沉淀法處理飲用水中三價(jià)砷，經(jīng)試驗(yàn)獲得符合國(guó)標(biāo)砷含量要求的飲用水，并嘗試合理和節(jié)能的處理方法。

砷；飲用水；化學(xué)沉淀法

1　概述

自然界中的砷主要以硫化物礦、金屬砷酸鹽和砷化物的形式存在，包括砷、三氧化二砷（砒霜）、三硫化二砷、五氧化二砷、砷酸鹽、亞砷酸鹽等。元素砷的毒性極低，砷化物均有毒性，三價(jià)砷化合物比其他砷化合物毒性更強(qiáng)。砷的毒性與它的化學(xué)性質(zhì)和價(jià)態(tài)有關(guān)。單質(zhì)砷因不溶于水，攝入有機(jī)體后幾乎不被吸收而完全排出，一般無(wú)害；有機(jī)砷（除砷化氫的衍生物外），一般毒性較弱；三價(jià)砷離子對(duì)細(xì)胞毒性最強(qiáng)，尤以三氧化二砷（俗稱信石，砒霜等）的毒性最為劇烈，三價(jià)砷進(jìn)入人體內(nèi)，可與蛋白質(zhì)的巰基結(jié)合形成特定的結(jié)合物，阻礙細(xì)胞的呼吸而顯毒性作用，而且三價(jià)砷對(duì)線粒體呼吸作用也有明顯的作用；五價(jià)砷離子毒性不強(qiáng)，當(dāng)吸入五價(jià)砷離子時(shí)，產(chǎn)生中毒癥狀較慢，要在體內(nèi)被還原轉(zhuǎn)化為三價(jià)砷離子后，才發(fā)揮其毒性作用[1]。水環(huán)境中砷主要以三價(jià)和五價(jià)兩種價(jià)態(tài)存在。含氧的地表水中砷主要是五價(jià)砷，缺氧的地下水和深水湖、庫(kù)沉積物中砷主要以三價(jià)形式存在。

砷中毒可分為三種：①急性中毒：中毒劑量為10～50mg/L。飲水中砷濃度達(dá)20mg/L時(shí)，可使人急性中毒。②亞急性中毒：典型例子是1955年在日本發(fā)生的森永奶粉事件。③慢性中毒：長(zhǎng)期低劑量攝入砷化物達(dá)一定程度所致。

生活飲用水是人類生存不可缺少的要素。砷是在水中具有蓄積作用的有毒有害元素，在生活飲用水中都被列為重點(diǎn)檢測(cè)指標(biāo)。目前，在許多國(guó)家和地區(qū)的地表水中發(fā)現(xiàn)了砷污染。澳大利亞、加拿大、阿根廷、智利、英國(guó)、美國(guó)、墨西哥、日本、孟加拉國(guó)和蘇聯(lián)等，都有高砷水引起中毒的報(bào)導(dǎo)。近年來(lái)，我國(guó)的臺(tái)灣、新疆、內(nèi)蒙、西藏、云南、貴州、山西、吉林等10個(gè)省（區(qū)）、30多個(gè)縣（旗）均發(fā)現(xiàn)飲水高砷區(qū)[2]。目前我國(guó)規(guī)定生活飲用水砷質(zhì)量濃度不得超過(guò)0.05mg/L，因此控制飲用水中砷超標(biāo)已成為急需解決的問(wèn)題之一。為了確保為居民供給安全和衛(wèi)生的飲用水，我國(guó)衛(wèi)生部頒布了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，所以砷是供水行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)污染物之一，特別是對(duì)于一些突發(fā)的嚴(yán)重砷污染事件，尋找有效的應(yīng)對(duì)措施勢(shì)在必行。

2　化學(xué)沉淀法除砷實(shí)驗(yàn)

2.1處理原理

砷在水中的存在形態(tài)和價(jià)態(tài)一般取決于溶液pH，氧化還原電位，吸著劑的種類和數(shù)量以及微生物活動(dòng)。其中pH值和Eh對(duì)砷存在形態(tài)的影響最大：在氧化環(huán)境中，砷以五價(jià)的形態(tài)存在：在pH=0～2.24時(shí)，砷的主要存在形態(tài)是H3AsO4-；pH=2.24～6.9時(shí)，砷的主要存在形態(tài)是H2AsO4-；pH=6.9～11時(shí)，砷的主要存在形態(tài)是HAsO42-；pH=11.0～14時(shí)，砷的主要存在形態(tài)是AsO43-。在還原環(huán)境中，砷以三價(jià)形態(tài)存在：在pH=0～9.2時(shí)，砷的主要存在形態(tài)是不帶電荷的As（OH）3；pH=9.2～12.0時(shí)，砷的主要存在形態(tài)是H2AsO3-；pH=12.0～13.0時(shí)，砷的主要存在形態(tài)是HAsO32-；pH=13.0～14.0時(shí)，砷的主要存在形態(tài)是AsO33-[3]。在自然水體的pH值范圍內(nèi)（pH約5.0～8.0），五價(jià)砷以陰離子的形式存在，而三價(jià)砷以不帶電的中性分子形式存在。因此，與亞砷酸鹽相比，砷酸鹽更容易通過(guò)共沉淀和吸附作用直定到水中的顆粒上，其在水體中的遷移性更低。

混凝法又可叫化學(xué)沉淀法是目前在工業(yè)生產(chǎn)和處理生活飲用水中運(yùn)用得最廣泛的除砷方法，并且可以很好的使生活飲用水達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。最常見(jiàn)的混凝劑是鐵鹽[4]。

向含三價(jià)砷的水中投加氧化劑，將三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷酸根，砷酸根再與三價(jià)鐵生成難溶解的砷酸鐵（FeAsO4），與三價(jià)鐵水解產(chǎn)生的氫氧化鐵，共沉淀去除。

2.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

取1L原水，加入三價(jià)砷污染物，攪拌均勻后加入氧化劑次氯酸鈉，調(diào)節(jié)溶液中氯的濃度為2.0mg/L。加三氯化鐵，分段攪拌：0～1min，300r/min；6～10min，50r/min；10～15min，25r/min；然后再靜置10min；取上清液用0.45μm濾紙過(guò)濾，測(cè)定濾液中的砷濃度，并測(cè)定氯濃度。

2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

三氯化鐵投加量依次為5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L，沉后水氯濃度為0.57mg/L，濾后水砷濃度如表1所示。

表1

圖1　砷的化學(xué)沉淀實(shí)驗(yàn)

由表1及圖1可見(jiàn)，當(dāng)三氯化鐵投加量為10mg/L時(shí)，沉后水中砷的濃度在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.01mg/L（即10μg/L）以下，完全滿足《國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）要求。

圖2　化學(xué)沉淀法去除砷

表1及圖2反應(yīng)了三氯化鐵投加量和砷的去除率的關(guān)系，當(dāng)三氯化鐵投加量為10mg/L時(shí)，砷的去除率已經(jīng)達(dá)到了99.3%。

從圖1和圖2都可以看出，在氧化劑投加充足、三氯化鐵充分的情況下，砷污染物能夠被有效去除。

2.4結(jié)論

氧化-三氯化鐵沉淀法完全可以達(dá)到去除飲用水中砷的目的。但需要注意：三價(jià)砷的完全氧化為五價(jià)砷的問(wèn)題，這個(gè)從反應(yīng)后水樣的余氯加以控制；三氯化鐵應(yīng)適量投加。

[1]曹會(huì)蘭.砷對(duì)人體的危害與防治[J].化學(xué)世界，2003（10）：559～560.

[2]陳敬軍，蔣柏泉，王偉.除砷技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].江西化工，2004（2）：1～ 4.

[3]郭維華，費(fèi)忠民.水中砷混凝法去除機(jī)理研究[F].蘇州城建環(huán)保學(xué)院學(xué)報(bào)，1995（01）.

[4]趙素蓮，王玲芬，梁京輝.飲用水中砷的危害及除砷措施[J].現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué)，2002，29（5）：651～652.

R123.1

A

1673-0038（2015）38-0326-02

2015-9-2

姚永鋒（1978-），工程師，本科，主要從事水質(zhì)監(jiān)測(cè)及管理工作。

王娟珍（1972-），女，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，技術(shù)負(fù)責(zé)人。

羅衛(wèi)國(guó)（1977-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水質(zhì)監(jiān)測(cè)及管理工作。