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砷广泛存在于自然界中,常见的无机砷化合物有亚砷酸、砷酸等,有机砷化合物有甲基胂酸、烷基砷、砷脂类化合物、砷糖等。单质砷对人和生物无毒,砷化合物却都具有相当的毒性,不同形态的砷化物具有不同的毒性。
目前,国内外处理污水处理中含砷废水的方法主要有沉淀法、离子交换法、生物法、膜法、电凝聚法、吸附法等。这些方法均有其自身的特点,如:沉淀法除砷技术较为完善,应用较为广泛,但它处理后会产生大量废渣,造成二次污染,而且除砷效率低,难以满足饮用水水质要求;离子交换法适用于处理量不大、组成单一、回收价值高的废水,但其处理工艺复杂、成本高,难以实现工业化生产;生物法中微生物对周边环境的要求很严格,因砷具有毒性,用此法处理水中的砷目前尚处在起步阶段;膜分离法处理成本较高,不宜大规模应用;电凝聚法操作技术条件要求比较高;吸附法是利用吸附剂提供的大比表面积,通过砷污染物与吸附剂间较强的亲和力达到净化除砷的目的。吸附法由于简单易行、去除效果好、能回收废水中的砷、对环境不产生或很少产生二次污染,且吸附材料来源广泛、价格低廉、可重复使用等优势而备受人们关注。笔者就吸附法除砷的技术现状和进展作一综述。
1沸石吸附
沸石的晶体结构是由硅(铝)氧四面体连成的三维格架,格架中有各种大小不同的空穴和通道,具有很大的开放性,因此被广泛用作吸附剂。但实验表明,天然沸石对去除水中砷的能力不够理想,所以一些学者对沸石进行了改性,以增加其吸附量。李增新等研究了负载壳聚糖的沸石对水中砷的去除效果及吸附条件,研究表明,采用沸石-壳聚糖作吸附剂,其投加质量浓度为15g/L时,吸附时间为20min,对300mg/L的含砷废水,其去除率可达99%。最佳的吸附条件是:温度25℃、pH为7~8,壳聚糖与天然沸石的质量比为1∶20,最佳条件下粒径为1mm的沸石-壳聚糖对砷的饱和吸附量为8.1mg/g。张晖等以十六烷基三甲基溴化铵作为改性剂对斜发沸石进行改性,研究了改性沸石对水中砷的吸附率,结果表明:经过改性的斜发沸石对砷有较强的吸附能力,在pH为7~8的条件下,改性沸石的吸附量可达8.5mg/g。P.Chutia等利用自己合成的H-MFI-24和H-MFI-90两种改性剂对沸石进行改性,进行去除水体中As(Ⅴ)的实验研究,对实验结果进行Langmuir等温线拟合,改性后的沸石吸附量分别达到35.8、34.8mg/g。
2活性炭吸附
活性炭是利用木炭、各种果壳和优质煤等作为原料,经破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工而成的表面活性物质,是一种非常优良的、常用的吸附剂。结构上由于活性炭中的微晶炭呈不规则排列,在交叉连接间存在细孔,活化时会产生炭组织的缺陷,因此其堆积密度低、比表面积大且多孔,活性炭这种特殊的空隙结构使其对水体中的砷有一定的吸附能力。研究表明,经过改性处理后的活性炭,其吸附能力有可能进一步提高。陈维芳等利用十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)作为改性剂对活性炭进行改性处理,考察其对水中As(Ⅴ)的吸附能力。动态实验结果表明,未经改性活性炭的吸附量仅为2.49mg/g,而经改性后的活性炭,在pH=6、进水As(Ⅴ)质量浓度为100μg/L、空床接触时间为0.53min的条件下,其吸附量能达到16.7mg/g,是改性前的6.7倍。
比表面积是影响活性炭吸附能力的重要因素。方晖等采用KOH活化法,以石油焦基为原料,制备了高比表面积活性炭(HSAAC),并考察了pH、吸附时间、浓度和活性炭用量等因素对HSAAC吸附As(Ⅲ)的影响,实验结果表明,当溶液的pH=9.0、As(Ⅲ)的质量浓度为40mg/L,活性炭投加质量浓度为40g/L时,可达到较好的除砷效果,As(Ⅲ)的去除率可达71.25%。但对砷含量较高的废水,用HSAAC处理后,出水As(Ⅲ)质量浓度仍不能达到国家排放标准中≤0.5mg/L的要求,并且与处理含铬、镉、铅等重金属废水相比,HSAAC处理As(Ⅲ)的效果很不理想,还需对该方法进一步研究。
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