飲用水除砷技術(shù)現(xiàn)狀及展望
砷（As）是一個(gè)廣泛存在并且具有準(zhǔn)金屬特性的元素，呈灰色斜方六面體結(jié)晶，有金屬光澤，既不溶解于水又不溶解于酸，為非人體必需元素。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]。砷也是致癌、致突變因子，對動(dòng)物還有致畸作用。長期飲用高砷水，會(huì)引起花皮病或皮膚角質(zhì)化等皮膚病，黑腳病，神經(jīng)病，血管損傷，以及增加心臟病發(fā)病。天然水中的砷來源于農(nóng)業(yè)和林業(yè)使用砷化合物藥劑，還來源于冶金、化工、化學(xué)制藥、制革、紡織、木材加工、玻璃、油漆顏料和陶瓷等工業(yè)廢水對天然水體的污染。我國的內(nèi)蒙古、新疆、臺(tái)灣等地飲水中含砷量高達(dá)0.2-2.0mgAs/l，嚴(yán)重超過我國現(xiàn)行飲水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)＜0.05mgAs/l，導(dǎo)致地方性砷中毒，飲用水除砷是防治地方性砷中毒的關(guān)鍵措施，所以，安全、有效、經(jīng)濟(jì)的飲水除砷方法的研究顯得尤為重要。
目前，飲用水除砷措施主要可概括為混凝法、吸附法、離子交換法等。下面將一一做詳細(xì)介紹：
1 混凝法
混凝法是目前在工業(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，并且可以很好的使工業(yè)污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，使生活飲用水達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。最常見的混凝劑是鐵鹽，如三氯化鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵；鋁鹽，如硫酸鋁、堿 氯化鋁、聚鋁；還有硅酸鹽、碳酸鈣、煤渣(主要成分是SiO2和Al2O3有骨架結(jié)構(gòu)和微孔)經(jīng)粉碎及高溫培燒活化后做混凝劑，另外還有聚硅酸鐵(PFSC)、無機(jī)鈰鐵(稀土基材料)等做混凝劑。研究表明，鐵鹽的除砷效果好于鋁鹽,而且對As（Ⅴ）的去除效果明顯好于As（Ⅲ），所以在除砷過程中常對所處理的水進(jìn)行預(yù)氧化，把三價(jià)As(Ⅲ)氧化為五價(jià)As(Ⅴ)，再進(jìn)行混凝[2]，為了提高氧化效果，有時(shí)還會(huì)加入催化劑促進(jìn)氧化。袁濤等人[3]通過正交試驗(yàn)，觀察混凝劑成分變化、助凝劑的添加等因素對除砷效果的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)混凝劑成分分別為硫酸鐵、硫酸鋁、硫酸鐵與硫酸鋁聚合而成的復(fù)合物（質(zhì)量比3：1）、硫酸鐵和硅酸鈉的聚臺(tái)物（SiO2含量約2%）時(shí)，單純用硫酸鐵的除砷效果是最好的，在待除砷水中添加活性炭或高嶺土對上混凝劑的除砷效率無明顯增強(qiáng)作用。但采取過濾措施后．砷去除率明顯提高，這說明混凝劑水解產(chǎn)物形成的膠體顆粒吸附有砷 ，同時(shí)在pH值較高時(shí)鐵離子還會(huì)產(chǎn)生大量的氫氧化鐵膠體，這種膠體具有較大的比表面和較高的吸附能力，能和砷酸根發(fā)生吸附共沉淀，使砷的去除率明顯提高。一般認(rèn)為，混凝劑投加后，能夠促使溶解狀態(tài)的砷向不溶的含砷反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到將砷從水中去除的目的。該過程可概括整理成以下三個(gè)方面：(1)沉淀作用，水解的金屬離子與砷酸根形成沉淀；(2)共沉淀作用．在混凝劑水解—聚合一沉淀過程中．砷通過被吸附、包裹、閉合(或絡(luò)合)等作用而隨水解產(chǎn)物一起沉淀；(3)吸附作用，砷被混凝劑形成的不溶性水解產(chǎn)物表面所吸附。后2種機(jī)制可能更為重要，因?yàn)樵陲嬎樘幚碇，一般pH＞5.5，該條件下不易形成FeAsO4沉淀。
混凝法方法需要大量的混凝劑，產(chǎn)生大量的含砷廢渣無法利用，且處理困難，長期堆積則容易造成二次污染，因此該方法的應(yīng)用受到一定的限制。
2 吸附法
吸附法是一種簡單易行的水處理技術(shù)，一般適合于處理量大、濃度較低的水處理體系。該方法是以具有高比表面積、不溶性的固體材料作吸附劑，通過物理吸附作用、化學(xué)吸附作用或離子交換作用等機(jī)制將水中的砷污染物固定在自身的表面上，從而達(dá)到除砷的目的。主要的除砷吸附劑有活性氧化鋁、活性炭、骨炭、沸石以及天然或合成的金屬氧化物及其水合氧化物等。李艷紅等[4]比較了活性氧化鋁、活性炭、骨炭、沸石的動(dòng)態(tài)效果 ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在條件一致的情況下，小顆粒活性氧化鋁除三價(jià)砷效率可達(dá)80％，除五價(jià)砷效率達(dá)86％ ；而骨炭只有25％ 和50％ ，活性炭為25％和44％ ，沸石為10％和30％。表明活性氧化鋁除砷效率明顯優(yōu)于其他凈水劑。凌波等人[5]對強(qiáng)化除砷凈水劑進(jìn)行了除砷試驗(yàn) ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種以粉末活性碳和不同產(chǎn)地骨炭作骨架、改性后加工而成的強(qiáng)化凈水劑，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，除砷性能專一，只去除水中的砷，不改變水中其他元素的組成和含量，對原水pH也無嚴(yán)格要求，可以使用簡單方法再生。李曼尼等[6]研究了微波法磷改性斜發(fā)沸石的結(jié)構(gòu)及其對水中砷的去除，發(fā)現(xiàn)斜發(fā)沸石微波磷改性后：(1)晶胞體積收縮，相對結(jié)晶度降低， 比表面積、孔體積和微孔體積明顯減小。(2)可以改變沸石骨架上原子的鍵合方式。(3)除砷量明顯增大，去除水中砷的能力更強(qiáng)。改性前，礦樣除砷屬表面物理吸附機(jī)理，改性后，礦樣除砷屬陰離子交換機(jī)理。梁慧鋒等人[7]就新生態(tài)MnO2對水中三價(jià)砷去除作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)新生態(tài)MnO2對As(Ⅲ)有很好的去除效果，As(Ⅲ)的去除是吸附和氧化共同作用的結(jié)果，其去除率高、作用速度快，去除效果只受pH 的影響，是非專性吸附過程，去除過程中As(Ⅲ)濃度的減少符合二級動(dòng)力學(xué)方程，等溫吸附過程符合Langmuir和Frundlich方程，最大吸附量分別為50.76、63.7，mg/g陽離子Ca2+、Fe2+、Fe3+等的加入，可以使As(Ⅲ)的去除率接近100%，SO42-和PO43-等陰離子與As(Ⅲ)發(fā)生競爭吸附，使As(Ⅲ)去除率降低。還有人用納米二氧化鈦、鋁和稀土元素的金屬氧化物或氫氧化物、鈰鐵復(fù)合材料等做吸附劑除砷[8、9、10]。
用吸附法除砷效果易受有機(jī)物、pH值、水中砷的存在形態(tài)及濃度、其它陰陽離子成分及濃度的影響，且吸附劑材料價(jià)格較貴，筆者認(rèn)為可采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理措施，如采用多級過濾后再使用吸附劑。
3 離子交換法
離子交換法也是一種有效的脫砷方法，其運(yùn)用于除砷也越來越廣泛。劉瑞霞等[11]制備了一種新型離子交換纖維，該離子交換纖維對砷酸根離子具有較高的吸附容量和較快的吸附速度。胡天覺等[12]合成制備了一種對As(III)離子高效選擇性吸附的螯合離子交換樹脂，用該離子交換柱脫砷，溶液脫砷率高，脫砷溶液中砷含量完全達(dá)標(biāo)，而且離子交換柱用氫氧化鈉（含5% 硫氫化鈉）作洗脫液洗滌，可完全回收As(III)并使樹脂再生循環(huán)利用。
由于離子交換法投資高，操作較復(fù)雜，原水中含其它鹽量較高時(shí)，需對原水進(jìn)行預(yù)處理，需要酸堿再生，再生廢水必須經(jīng)處理合格后排放，存在環(huán)境污染隱患，細(xì)菌易在床層中繁殖，且離子交換樹脂會(huì)長期向純水中滲溶有機(jī)物。
4 其他方法
其他方法如反滲透法在對生活飲用水進(jìn)行除砷的實(shí)驗(yàn)中也取得了良好的效果，是一種有效的除砷方法，但該法還只停留在實(shí)驗(yàn)階段，實(shí)際中還未得到應(yīng)用。有利用電吸附技術(shù)去除水中砷，也取得了較好的效果[13]。還有用改進(jìn)的飛灰床過濾去除飲用水中的砷的方法，過濾結(jié)果令人滿意。
另外美國Solmetex公司成功研制了一種突破性的飲用水納米除砷技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)在美國西南部進(jìn)行了多次現(xiàn)場試驗(yàn)，并成功地展示了其處理能力和效果。而目前熱門的還有生物除砷法，該法具有除砷效果好，費(fèi)用低，處理后二次污染小等優(yōu)點(diǎn)，但多用于廢水除砷，而用于飲用水除砷還少見報(bào)道。等等。
5 展望
以上所述的各種方法均存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，隨著水質(zhì)的日益復(fù)雜，今后的除砷技術(shù)將朝著多種藥劑聯(lián)合使用，幾種方法結(jié)合處理的研究方向發(fā)展，且需要研究出高效價(jià)廉的除砷材料以適應(yīng)砷的飲水標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格的要求，同時(shí)，生物除砷法也將成為具有發(fā)展前途的處理方法。此外，我國飲用高砷水人群大多居住于農(nóng)村，所以迫切需要用于家庭除砷器或適于集中供水的除砷設(shè)備的研制。我們期待著安全、高效、經(jīng)濟(jì)的除砷新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的出現(xiàn)
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