化學沉淀法除砷在飲用水處理中的研究

姚永鋒　王娟珍　羅衛國

（西安市自來水有限公司　陜西西安　710082）

化學沉淀法除砷在飲用水處理中的研究

姚永鋒王娟珍羅衛國

（西安市自來水有限公司陜西西安710082）

研究試用化學沉淀法處理飲用水中三價砷，經試驗獲得符合國標砷含量要求的飲用水，并嘗試合理和節能的處理方法。

砷；飲用水；化學沉淀法

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，三價砷化合物比其他砷化合物毒性更強。砷的毒性與它的化學性質和價態有關。單質砷因不溶于水，攝入有機體后幾乎不被吸收而完全排出，一般無害；有機砷（除砷化氫的衍生物外），一般毒性較弱；三價砷離子對細胞毒性最強，尤以三氧化二砷（俗稱信石，砒霜等）的毒性最為劇烈，三價砷進入人體內，可與蛋白質的巰基結合形成特定的結合物，阻礙細胞的呼吸而顯毒性作用，而且三價砷對線粒體呼吸作用也有明顯的作用；五價砷離子毒性不強，當吸入五價砷離子時，產生中毒癥狀較慢，要在體內被還原轉化為三價砷離子后，才發揮其毒性作用[1]。水環境中砷主要以三價和五價兩種價態存在。含氧的地表水中砷主要是五價砷，缺氧的地下水和深水湖、庫沉積物中砷主要以三價形式存在。

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20mg/L時，可使人急性中毒。②亞急性中毒：典型例子是1955年在日本發生的森永奶粉事件。③慢性中毒：長期低劑量攝入砷化物達一定程度所致。

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檢測指標。目前，在許多國家和地區的地表水中發現了砷污染。澳大利亞、加拿大、阿根廷、智利、英國、美國、墨西哥、日本、孟加拉國和蘇聯等，都有高砷水引起中毒的報導。近年來，我國的臺灣、新疆、內蒙、西藏、云南、貴州、山西、吉林等10個省（區）、30多個縣（旗）均發現飲水高砷區[2]。目前我國規定生活飲用水砷質量濃度不得超過0.05mg/L，因此控制飲用水中砷超標已成為急需解決的問題之一。為了確保為居民供給安全和衛生的飲用水，我國衛生部頒布了《生活飲用水衛生標準》，所以砷是供水行業關注的重點污染物之一，特別是對于一些突發的嚴重砷污染事件，尋找有效的應對措施勢在必行。

2　化學沉淀法除砷實驗

2.1處理原理

砷在水中的存在形態和價態一般取決于溶液pH，氧化還原電位，吸著劑的種類和數量以及微生物活動。其中pH值和Eh對砷存在形態的影響最大：在氧化環境中，砷以五價的形態存在：在pH=0～2.24時，砷的主要存在形態是H3AsO4-；pH=2.24～6.9時，砷的主要存在形態是H2AsO4-；pH=6.9～11時，砷的主要存在形態是HAsO42-；pH=11.0～14時，砷的主要存在形態是AsO43-。在還原環境中，砷以三價形態存在：在pH=0～9.2時，砷的主要存在形態是不帶電荷的As（OH）3；pH=9.2～12.0時，砷的主要存在形態是H2AsO3-；pH=12.0～13.0時，砷的主要存在形態是HAsO32-；pH=13.0～14.0時，砷的主要存在形態是AsO33-[3]。在自然水體的pH值范圍內（pH約5.0～8.0），五價砷以陰離子的形式存在，而三價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。

混凝法又可叫化學沉淀法是目前在工業生產和處理生活飲用水中運用得最廣泛的除砷方法，并且可以很好的使生活飲用水達到飲用標準。最常見的混凝劑是鐵鹽[4]。

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

2.2實驗過程

取1L原水，加入三價砷污染物，攪拌均勻后加入氧化劑次氯酸鈉，調節溶液中氯的濃度為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濾紙過濾，測定濾液中的砷濃度，并測定氯濃度。

2.3實驗結果分析

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　砷的化學沉淀實驗

由表1及圖1可見，當三氯化鐵投加量為10mg/L時，沉后水中砷的濃度在國家標準0.01mg/L（即10μg/L）以下，完全滿足《國家生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）要求。

圖2　化學沉淀法去除砷

表1及圖2反應了三氯化鐵投加量和砷的去除率的關系，當三氯化鐵投加量為10mg/L時，砷的去除率已經達到了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結論

氧化-三氯化鐵沉淀法完全可以達到去除飲用水中砷的目的。但需要注意：三價砷的完全氧化為五價砷的問題，這個從反應后水樣的余氯加以控制；三氯化鐵應適量投加。

[1]曹會蘭.砷對人體的危害與防治[J].化學世界，2003（10）：559～560.

[2]陳敬軍，蔣柏泉，王偉.除砷技術現狀與進展[J].江西化工，2004（2）：1～ 4.

[3]郭維華，費忠民.水中砷混凝法去除機理研究[F].蘇州城建環保學院學報，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].現代預防醫學，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，主要從事水質監測及管理工作。

王娟珍（1972-），女，高級工程師，大學本科，技術負責人。

羅衛國（1977-），男，工程師，大學本科，主要從事水質監測及管理工作。