摘要：采用混凝沉淀法進(jìn)行分散式飲水除砷試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)水樣中五價(jià)砷［As(Ⅴ)］含量為1.0mg/L時(shí)，不調(diào)節(jié)pH值(pH7.82)，直接投加50mg/L硫酸 鐵，室溫下沉淀靜置12h，可使傾析液殘留砷含量低于0.05mg/L。如沉淀反應(yīng)后靜置30～40 min即過(guò)濾，則只需投加30mg/L的硫酸鐵或40mg/L的硫酸鋁即可達(dá)到同樣的除砷效果。隨著投加量的增加，2種混凝劑對(duì)砷的去除率均升高，當(dāng)水樣As(Ⅴ)≤1.0mg/L和≤0.5mg/L時(shí)，分別 投加30mg/L 硫酸鐵和硫酸鋁，過(guò)濾后可使殘留砷含量達(dá)到現(xiàn)行飲水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(＜0.05mg/L)。在水樣處于不同pH值、水溫、濁度、硬度等條件下硫酸鐵的除砷性能較硫酸鋁穩(wěn)定。一般情況下，沉渣中的砷不會(huì)再次進(jìn)入水中。

關(guān)鍵詞：分散式供水；飲水除砷；混凝沉淀法；硫酸鐵；硫酸鋁

目前飲水除砷采用較多的方法有混凝沉淀、石灰軟化、活性氧化鋁、離子交換和電滲析法等，且每一種方法的應(yīng)用條件及優(yōu)缺點(diǎn)不同［1］�？紤]到飲水型地砷病多在偏遠(yuǎn)、貧窮和缺乏低砷水 源的地區(qū)，以及經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件有限等因素，混凝沉淀法對(duì)家庭分散式供水的飲水除砷具有一定的實(shí)用價(jià)值。本文通過(guò)人工攪拌模擬家庭飲水除砷，選取有代表性的鐵鹽和鋁鹽混凝劑，探討影響除砷效果的一些因素。

1　材料和方法

1.1　主要試劑

除砷混凝劑三氯化鐵、硫酸鐵、氯化鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鋁鉀等均為分析純，聚鐵和聚鋁由武漢東湖環(huán)保工程公司提供。砷酸鈉使用北京雙環(huán)化學(xué)試劑廠產(chǎn)的分析純?cè)噭?/p>

1.2　水樣

用自來(lái)水和砷酸鈉配制。濁度以純化的高嶺土調(diào)配，pH值用0.1 mol/L鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)，硬度用氯化鈣和硫酸鎂控制。

1.3　試驗(yàn)方法

1.3.1　初篩試驗(yàn)　取含As(Ⅴ)(1.01±0.03)mg/L的水樣200ml置于燒杯中，水溫14.1～15.2℃，不調(diào)節(jié)pH值(pH7.82)的條件下，投加除砷劑50mg/L，用玻璃棒快速攪拌3min(轉(zhuǎn)速約100r/min)，再緩慢攪拌3～5min(轉(zhuǎn)速約50 r/min)，沉淀靜置8h。緩慢傾析上清液，測(cè)其砷殘留量。每種藥劑做5份平行樣，結(jié)果取均值，并記錄試驗(yàn)現(xiàn)象。

1.3.2　影響因素試驗(yàn)　選取適宜的鐵鹽和鋁鹽，分別研究沉淀靜置時(shí)間、投加量和過(guò)濾對(duì)除砷效果的影響。然后固定投加量，改變水樣的pH值、溫度、硬度、濁度以及砷初始濃度，沉淀靜置30～40min，用中速濾紙過(guò)濾，研究不同條件下的除砷效果。所有結(jié)果取自3份平行樣的均值。

1.3.3　沉渣穩(wěn)定性試驗(yàn)　收集混凝沉淀后的殘?jiān)�，將其浸入蒸餾水中，調(diào)至pH5.0，按不同間隔時(shí)間取樣測(cè)定砷含量［2］。

1.4　分析方法

砷含量、pH值、濁度、硬度等的測(cè)定均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》規(guī)定的方法進(jìn)行。

2　結(jié)果與討論

2.1　初篩試驗(yàn)

初篩結(jié)果見(jiàn)附表。三氯化鐵是公認(rèn)的高效除砷劑［3］，本試驗(yàn)采用人工攪拌的方法，亦發(fā)現(xiàn)其除砷效果是最佳的。另外，硫酸鐵、氯化鋁、硫酸鋁的除砷性能也較好�？紤]到三氯化鐵和氯化鋁易潮解，不利于保存和在病區(qū)推廣應(yīng)用，故選取硫酸鐵和硫酸鋁作進(jìn)一步研究。

附表　不同除砷劑的除砷效果和試驗(yàn)現(xiàn)象（1）

注：(1)試驗(yàn)條件：投加量50mg/L,As(Ⅴ)(1.01±0.03)mg/L，不調(diào)pH值(pH 7.8 2)，室溫下沉淀靜置8h

2.2　沉淀靜置時(shí)間、投加量和過(guò)濾對(duì)除砷效果的影響

隨著沉淀靜置時(shí)間的延長(zhǎng)，水中殘留砷含量降低。硫酸鐵的混凝沉降速度普遍高于硫酸鋁。在靜置12h后，投加50mg/L硫酸鐵可使水中1.0mg/L As(Ⅴ) 降至0.05 mg/L以下，而硫酸鋁在反應(yīng)后，靜置24h的殘留砷含量仍不能滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(＜0.05mg/L)。

當(dāng)沉淀靜置4h時(shí)，隨著藥劑投加量的增加，砷殘留量降低。預(yù)試驗(yàn)已證實(shí)單純用濾紙過(guò)濾幾乎沒(méi)有除砷作用，但傾析液過(guò)濾后，殘留砷含量明顯降低。說(shuō)明傾析液中一些沉淀速度相當(dāng)慢的細(xì)小膠體顆粒吸附有砷，其中硫酸鋁的表現(xiàn)更為明顯，這在很大程度上影響了除砷效果。本試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了在混凝除砷過(guò)程中，將固體顆粒與水有效分離對(duì)除砷效果有重要影響［4］。

另外，過(guò)濾可大大降低藥劑用量，投加30mg/L硫酸鐵的水樣經(jīng)過(guò)濾后，其除砷效果還略優(yōu)于投加量為75mg/L未過(guò)濾時(shí)的效果；同樣，如過(guò)濾傾析液，則投加40mg/L的硫酸鋁即可使水樣中的砷降至0.037mg/L。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)30～40min后過(guò)濾傾析液，其殘留砷含量即達(dá)到穩(wěn)定水平，說(shuō)明過(guò)濾還可節(jié)省沉淀靜置時(shí)間。因此，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用混凝沉淀法除砷時(shí)，采用 適宜的過(guò)濾措施比單純的混凝沉淀更加經(jīng)濟(jì)、有效。以下影響因素的研究均進(jìn)行了過(guò)濾處理。

2.3　pH值和水溫對(duì)除砷效果的影響

當(dāng)pH值6.4～8.0時(shí)，投加30mg/L硫酸鐵或40mg/L硫酸鋁均能有效去除水中1.0mg/L的As(Ⅴ)。pH值在8.1～8.4時(shí)，兩者去除效率均有所下降，其中硫酸鋁表現(xiàn)較為明顯 ，但去除率均在90%以上，增加混凝劑投加量(36mg/L硫酸鐵或50mg/L硫酸鋁)亦可達(dá)到去除砷的目的。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)水溫升高時(shí)，混凝劑水解速度加快，水解產(chǎn)物吸附沉淀作用增強(qiáng)，而且形成的絮凝體比較密實(shí)［5］。但本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著水溫升高，兩種混凝劑的砷去除率均有下降趨勢(shì)，硫酸鐵的去除率相對(duì)穩(wěn)定，在25℃時(shí)仍保持95%以上。結(jié)果表明，在混凝沉 淀除砷過(guò)程中，砷酸鐵或砷酸鋁的形成對(duì)除砷的貢獻(xiàn)要比水解產(chǎn)物Fe(OH)3或Al(OH)3吸附沉淀所起的作用大。

2.4　硬度和濁度對(duì)除砷效果的影響

人工配制不同硬度水樣，按CaCO3換算后，極軟水、軟水、稍硬水、硬水、極硬水的硬度分別為35.2、83.4、152.3、438.6和553.8mg/L。從圖1可見(jiàn)，硫酸鐵對(duì)軟水中 砷去除效果最好，對(duì)極硬水中的砷去除效果較差。硫酸鋁對(duì)極軟水除砷效果最好，隨著水硬度的加大，其去除率亦降低，且變化幅度較硫酸鐵大。

圖1　硬度對(duì)除砷效果的影響

國(guó)外有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，硫酸鐵對(duì)高濁度河水和低濁度井水中砷的去除效果不同。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，30mg/L硫酸鐵在濁度為15度左右時(shí)，除砷效果最好(圖2)。在濁度升高時(shí)，硫酸鋁的砷去除率呈下降趨勢(shì)，濁度為20度左右時(shí)效果最差。從圖2還可看出，當(dāng)濁度變化時(shí)，硫酸鐵的砷去除率較硫酸鋁穩(wěn)定。這有可能是由于鋁鹽有較強(qiáng)的吸附卷掃能力，對(duì)除濁的作用較大，相對(duì)影響了其除砷效能。

圖2　濁度對(duì)除砷效果的影響

2.5　砷初始濃度對(duì)除砷效果的影響

兩種混凝劑除砷率均隨砷初始濃度升高而降低。當(dāng)水中初始As(Ⅴ)≤1.0mg/L時(shí)，投加30mg/L硫酸鐵，除砷率≥97.05%；硫酸鋁在砷初濃度0.5mg/L以下時(shí)除砷率可高于97.99%。

2.6　沉渣穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

將鐵鹽和鋁鹽沉渣浸泡30天，均未檢出砷，說(shuō)明沉渣中的砷比較穩(wěn)定，一般情況下不會(huì)出現(xiàn)溶出或解吸現(xiàn)象。但將沉渣棄置時(shí)仍應(yīng)注意選擇地點(diǎn)，以免造成人為砷污染。

3　小結(jié)

硫酸鐵和硫酸鋁為比較實(shí)用的對(duì)分散式供水的除砷劑。在不同pH值、水溫、濁度、硬度等條件下硫酸鐵對(duì)水樣的除砷性能較硫酸鋁穩(wěn)定。直接投加50mg/L硫酸鐵于含As(Ⅴ) 1 .0mg/L的水樣中，在室溫下混凝沉淀靜置12h后，可使傾析液的殘留砷含量降至0.05mg/L 以 下。投加30mg/L硫酸鐵或40mg/L硫酸鋁并加以過(guò)濾，也可使As(Ⅴ) 降至0.05mg/L 以下。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)條件，同時(shí)考慮到有降低飲水中砷最大允許殘留量的趨勢(shì)，有必要調(diào)整適宜投加量。飲水中三價(jià)砷的去除一般難于五價(jià)砷［1］，因此還需要進(jìn)一步研究可行的氧化三價(jià)砷的方法。

4　參考文獻(xiàn)

[1]楊姣蘭，何公理.飲水除砷技術(shù)研究動(dòng)態(tài).中國(guó)地方病學(xué)雜志，1998，17(5)：338-340
[2]Merrill DT, Manzione MA, Parker DS, et al. Field evaluation of arsenic and selenium removal by iron coprecipitation. Environ Prog,1987,6(2):82-90
[3]李樹(shù)猷，何淑敏，鄭宇.混凝沉淀法飲水除砷研究.衛(wèi)生研究，1987，18(4)：17-20
[4]Hering J G, Chen PY, Wilkie J, et al. Arsenic removal from drinking water during coagulation. J Environ Eng, 1997,123(8)：800-807
[5]范瑾初.混凝技術(shù).北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1992，54-57

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