地下水除砷技术现状与发展
地下水除砷技术现状与发展
摘 要:本文介绍了砷对人体的危害以及地下水砷的来源，介绍了目前国内外对除砷常用的技术及其机理，现状，最后还展望了除砷技术今后的发展趋势。 关键词：地下水; 砷;环境修复
1 引言
砷是地壳的微量组分,其化合物广泛用于工农业生产和医药。微量的砷可促进人体新陈代谢,生
血润肤。然而,砷是一种有毒的非金属元素，长期饮用高砷水，会造成砷中毒，主要以皮肤改变为特
征，可导致皮肤色素脱失、着色、角化，严重的会诱发皮肤癌，同时还会对心脑血管系统、消化系
统、神经系统产生损害。砷暴露还会阻碍儿童的智力发育，孩童时砷暴露的人群在成年后患肺癌的
机会更大。
地下水砷污染是全球饮用水的主要威胁之一，据2010年Fendorf在Science上发表的文章称 ，目
前全世界有超过一亿人存在着饮用砷污染地下水问题，其中受高砷地下水影响的国家主要有美国、
德国、中国、印度、孟加拉、墨西哥等，而南亚包括印度、孟加拉、柬埔寨和越南等国家是地下水
砷污染最严重的地区．上世纪90年代，孟加拉国因饮用砷污染地下水而爆发大规模的地下水砷中毒，
被认为是人类历史上最大的中毒事件。
2 地下水中砷的来源
2. 1 自然来源
由于自然环境条件的变化,使得含砷矿物中的砷释放,以及固定在岩石上的砷解吸而进入地下水
中。砷是一种常见元素,广泛分布于自然界中,在地壳丰度为5 ×10- 6。它可以与金属或非金属物质
结合生成无机或有机砷化物。目前,已知的含砷矿物有320 余种。最常见的含砷矿物有毒砂( FeAsS) 、
砷铁矿( FeAs2 ) 、雄黄矿(As2 S3 ) 、臭葱石( FeAsO4 ·2H2O)等。在自然条件下,含砷化合物可
以通过风化、氧化、还原和溶解等反应,将砷释放到环境中。从当前对地下水砷污染的研究结果看,
地下水中砷污染区域的含水层富含砷化物,是砷污染区域的普遍特点。含砷化合物中的砷进入地下水,
是导致地下水中砷浓度升高的主要因素。大量研究结果表明,地下水普遍处于还原态,砷主要来源于
铁的氢氧化物和含砷矿物还原溶解而释放出的。
2. 2 人为活动来源 在人类直接或间接参与活动下,导致地下水中砷的含量增加。砷通常以硫化物形式夹杂在铜、铅、
锡、镍、钴、锌、金等矿石中,并在这些矿石的开采和提炼过程中随尾渣、废水和废气进入环境。农
业生产过程中使用的含砷肥料和农药,以及半导体工业中的废水,都会向环境中释放大量的砷。导致
局部地下水含砷量增高,便造成了地下水的污染。
3 地下水除砷国内外技术现状
砷在水环境中,主要以三价和五价价态存在。三价砷离子对细胞毒性最强,尤以三氧化二砷(俗称
砒霜) 的毒性最为剧烈,三价砷进入人体内,可与蛋白质的巯基结合,形成特定的结合物,阻碍细胞的
呼吸而显毒性作用,而且三价砷对线粒体呼吸作用也明显;五价砷离子毒性不强,当吸人五价砷离子
时,产生的中毒症状较慢,要在体内被还原转化为三价砷离子后, 才发挥其毒性作用[。目前,含砷地
下水的处理方法主要包括氧化法、混凝法、吸附法、离子交换法等。
3. 1 氧化法 在地下水中,砷一般以三价与五价的形态存在,三价砷的毒性约是五价砷毒性的60倍,而且五价
砷比三价砷更易于吸附与沉淀。因此,在除砷过程中,先将三价砷氧化成五价砷是常用的方法之一。
氧化法常作为预处理的方法与混凝法或吸附法结合使用。常用的氧化剂有氧气、臭氧、过氧化氢、
液氯、次氯酸盐、高锰酸盐、高铁酸盐等。
近年来,光催化氧化成为环境领域的研究热点。Ement和Khoe用紫外光照射氧化As (Ⅲ) ,在体系
中通入氧,并加入可溶性Fe (Ⅲ)来吸收氧化生成的As(Ⅴ)达到较好的效果 。
3. 2 混凝法
该法主要利用混凝剂( 具有大的活性表面积)的强大的吸附作用吸附砷,然后过滤或用滤膜除去
水中的砷。
混凝剂可分为无机和有机两类;最常见和运用最广泛的无机混凝剂是铁盐( 如Fe( OH) 2 、Fe
( OH) 3 、FeCl3 、FeSO4 等) 和铝盐( 如Al(OH) 3 、AlCl3 、A12 ( SO4 ) 3 等) , 还有人用煤
渣( 主要成分是Si02 和Al2O3 有骨架结构和微孔)经粉碎及高温培烧活化后做混凝剂,另外还有聚
硅酸铁( PFSC) 、无机铈铁( 稀土基材料) 等做混凝剂。为了提高除砷效果,有人用颗粒活性碳、骨
碳等做为骨架材料,以铁盐等混凝剂做为基团材料做成的强化除砷剂,在实验中也收到了良好的效
果。还有报道把以上所述的方法中的一种或多种结合起来除砷,所得效果也比用。
3. 3 吸附法
吸附法是一种简单易行的水处理技术,一般适合于处理量大、浓度较低的水处理体系。该方法是
以具有高比表面积、不溶性的固体材料作吸附剂,通过物理、化学等吸附作用或离子交换作用,将水
中的砷污染物固定在自身的表面上,从而达到除砷的目的。常用的吸附剂有活性明矾、离子交换树脂、
单体铁或铁化合物、有机聚合体、高岭土与石砂。新近应用的吸附剂有水合氧化钛晶体与铈铁双金
属氧化物,还有的研究者尝试用水草(水葫芦)作为吸附剂,用自然的办法来解决自然的问题。为了尽
可能多地吸附砷化合物,很多场合都结合多种吸附剂使用。吸附剂也可与氧化剂(如高锰酸盐)结合使
用,预先将亚砷酸盐氧化成砷酸盐,砷酸盐一般更有利于吸附。吸附法除砷效率高、经济实惠、操作
简易,但在运行过程中,要求监测吸附剂的折点与吸附床的使用,并定期再生或更换吸附剂。
3. 4 离子交换法
离子交换法具有能有效回收有价金属的特点，因此目前得到越来越多研究人员的重视。而且离
子交换法处理量大、操作简单，非常适合工业化生产。据国内外的报道，在对低含量含砷水的处理
中，较有成效的有无机离子交换剂( 如水合二氧化钛,即TiO2•H2O)和有机离子交换剂(如经二价铜离
子活化的阳离子交换树脂和聚苯乙烯强碱型阴离子交换树脂) 。其中无机离子交换剂水合二氧化钛
对除去水中的三价砷有良好的效果，但还未见实际应用的报道。
在国内刘瑞霞等制备了一种新型离子交换纤维,该离子交换纤维对砷酸根离子具有较高的吸附容量和较快的吸附速度，吸附动力学数据完全符合Lagergren二级速度方程 ,在所研究的砷浓度范围
内 ,Freundlich型吸附等温式能很好地描述吸附平衡数据 ,去除砷酸根离子的最佳pH值范围是 3
5～ 7 0 . 而胡天觉等也合成制备了一种对As(Ⅲ)离子高效选择性吸附的螯合离子交换树脂,用该离
子交换柱脱砷,溶液脱砷率高,脱砷溶液中的砷含量完全达标,而且离子交换柱用氢氧化钠(含5%硫氢
化钠)作洗脱液洗涤,可完全回收As(Ⅲ) ,并使树脂再生循环利用。在国外，有机离子交换剂聚苯乙
烯强碱型阴离子交换树脂在美国新墨西哥州的Albuquerque 市在对生活饮用水的除砷中已经得到了实际应用。
但是,离子交换法仍存在一些缺点和不足,需要作进一步研究和探索。例如:投资高、操作较复杂;
原水中含盐量较高时,需对原水进行预处理;需要酸碱再生,再生废水必须经处理合格后才能排放,存
在污染环境的隐患;细菌易在床层中繁殖,且离子交换树脂会长期向纯水中渗溶有机物。
3. 5 反渗透法
反渗透法是利用反渗透膜进行除砷的一种方法。根据美国环保署( USEPA) 给出的资料证实,反渗透
法在对生活饮用水进行除砷的实验中取得了良好的效果,是一种有效的除砷方法。有报道证实反渗透
法对五价砷( As5 + ) 的去除率达96 - 99 %,而对三价砷( As3 + ) 的去除率也达46 - 84 %, 如对
所处理的水先进行预氧化,而且控制合适的PH值,除砷效果会更好 。该法还只停留在实验阶段,为了
能有效的除去砷并能在实际中得到应用,还需进行更先进的反渗透膜的设计。
3. 6 生物法
在现在所看到的报道中,主要是利用菌种在培养基上培养,产生一种类似于活性污泥的絮凝结构
的物质,与砷结合进行絮凝沉降,然后分离,达到除砷效果 。生物法虽在实验中证实可行,但由于培养
菌种的周期长,所以还未见其在实际应用中的报道。
目前，美国伊利诺伊大学(University of Illinois)的研究人员提出一种通过细菌检测达到抗
砷污染的简易方法。通过对伊利诺伊中部地区的供水进行取样分析，研究人员发现水样中砷的浓度
与硫酸盐含量成反比。这是因为在水中的可使硫酸盐减少的细菌将硫酸盐还原为硫化物，而硫化物
可将砷沉淀下来，从而有效地从水中除掉砷。当缺少硫酸盐时，砷的含量就会升高，但当硫酸盐含
量较高时，能使硫酸盐减少的细菌可使砷的含量保持较低的水平。因此，测试水中的硫酸盐含量能
反映出砷的安全程度，受污染的水可以通过加入廉价的硫酸盐进行补救。
3.7与铁锰共沉除砷
美国环保总署（EPA）认为铁锰除砷是最有效的除砷方法。除砷可以在具有混合池和反应池的传
统处理构筑物中进行，或者通过粒状滤料除去。原有水处理系统如果已经具备除铁锰系统但砷含量
超过修正MCL标准过多，可以采用此种策略。
虽然砷可以通过与锰吸附共沉来去除，但铁对于砷的去除作用更加有效。砷去除率与水中初始
铁含量和水中铁砷比相关。大多数情况下，水中铁含量保持在1.5mg/L或更高，并且铁砷比至少是20：
1，这时，砷去除率通常保持80~95%。某些情况下，在除铁工艺的起始处加入一些铁盐混凝剂，这对
于除砷工艺的优化是十分必要的。当pH在5.5~8.5范围内，通过与铁共沉的除砷效果与原水pH无关，
但是超出这个范围除砷效果则会大大降低。因此，进水砷含量严重超标的系统可以通过调节pH来增
加砷去除率。就比如日本神户制钢所开发了用于含砷水净化的铁粉， 对水中的砷就具有很高的去除
能力。
3.8 其他方法
此外,还有液膜分离法、电解浮上法，飞灰床过滤法等新的除砷方法。在实际应用中,依据所处理的
水的化学成份、温度、压力等条件选择相应的方法去除砷,有时需要把一种或多种方法综合运用再使
用其它辅助措施,才可以达到良好的除砷效果。
3 发展趋势
近年来,人们越来越多地关注饮用水中的砷污染问题,促使了饮用水除砷技术的长足发展。为了
富砷地下水研究进展
第22卷 第11期2007年11月地球科学进展ADVANCESINEARTHSCIENCEVo.l22 No.11Nov.,2007文章编号:1001-8166(2007)11-1109-09富砷地下水研究进展*郭华明,杨素珍,沈照理(中国地质大学水资源与环境学院,北京 100083)摘 要:原生高砷地下水已对人类健康构成了极大威胁,许多国家和地区对此进行了较深入的研究。在阅读国内外大量文献资料的基础上,全面系统地总结了世界范围内原生高砷地下水概况、砷富集环境和砷来源、分析方法和技术、砷富集机理以及高砷区水源安全保障技术等。提出了高砷地下水研究的主要发展方向,包括:含水介质中砷形态研究、微生物影响下含水层中砷的释放研究、同位素技术在高砷地下水研究中的应用以及高砷饮用水安全保障技术研究等。关 键 词:高砷地下水;迁移;富集;微生物;同位素中图分类号:P641.3 文献标识码:A1 引 言砷是地壳的微量组分,其化合物广泛用于工农业生产和医药。微量的砷可促进人体新陈代谢,生血润肤。然而,砷也是一种有毒致癌物,当它在人体中聚积到一定量时,即会对人体健康造成危害,可导致器官癌变,如皮肤癌、肺癌等。自然界中的砷广泛分布于大气、水、土、岩石和生物体中。在天然过程和人类活动的影响下,砷可释放到环境中。其中,天然过程所导致的原生高砷地下水是当前国际社会面临的最严重的环境地质问题之一,它严重威胁全世界数亿居民的身体健康[1]。在孟加拉盆地有超过4千万人口饮用砷浓度超标的地下水,砷中毒患者超过20万[2]。在我国,高砷地下水主要分布于台湾、新疆、云南、湖南、贵州、山西、内蒙古等省(自治区)的40个县(旗、市),受影响人口约230万人。原生高砷地下水及其导致的地方性砷中毒,已引起国际社会的高度重视。许多国家和地区投入巨力调查与研究高砷地下水的形成机制,以解决饮水型砷中毒问题,为低砷地下水的勘查、开发及除砷技术的研究提供科学依据。本文在查阅大量国内外相关研究成果的基础上,系统分析了世界范围内高砷地下水的分布、水文地球化学特征以及迁移富集规律,并归纳总结了高砷地下水的研究现状,指出了相关领域的研究热点和发展趋势。2 全球原生高砷地下水概况地球上很多地区的含水层中砷浓度高于50Lg/L,尤其在阿根廷、孟加拉国、智利、中国大陆、中国台湾、匈牙利、印度孟加拉州、墨西哥中部、罗马尼亚、越南、美国的西南部等。另外,在尼泊尔、缅甸、柬埔寨的部分地区也存在高砷地下水。世界范围内高砷地下水分布如图1所示。2.1 国外原生高砷地下水的分布及特点2.1.1 印度和孟加拉在全球范围的高砷地下水区,孟加拉国和孟加拉州是人类受高砷地下水威胁最严重的地区。孟加拉国和印度孟加拉州的高砷地下水主要分布于喜马拉亚隆起带以南,印度洋孟加拉(Bengal)海湾以北的布拉马普特拉河(Brahmaputra)、恒河(Ganges)、梅克纳河(Meghna)3条河流形成的浅、中层全新世冲洪积及三角洲含水层中。受影响区地下水中砷的* 收稿日期:2007-07-18;修回日期:2007-10-15.*基金项目:国家自然科学基金项目/原生高砷浅层地下水系统中砷的迁移转化复合界面效应研究0(编号:40572145)资助. 作者简介:郭华明(1975-),男,江西乐安人,副教授,主要从事水文地球化学、地下水污染控制等方面的教学与科研工作.E-mai:lhmguo@浓度范围大,为<0.5~3200Lg/L[2]。但在范围广阔的富砷带上,地下水中砷含量存在着明显的空间变异性。地下水砷的分布主要决定于含水层中冲积物的沉积相特征[3]。据估计,饮水砷浓度>50Lg/L的高砷暴露人口在孟加拉国大约有3000~3500万,印度孟加拉州大约有600万[2]。2.1.2 其它地区在越南,原生高砷地下水主要分布在红河和湄公河流域[4~7]。在红河三角洲的局部地区,全新世沉积物形成了浅部含水层(10~15m)[4],浅井中地下水的砷浓度范围是1~3050Lg/L(平均为159Lg/L)[6]。在湄公河三角洲,地下水的砷浓度范围是1~1610Lg/L(平均为217Lg/L)。地下水砷浓度呈现出很大的季节变化,在雨季大部分采样点上砷浓度较低[7]。在匈牙利平原南部的冲积物中(包括罗马尼亚的部分区域)已经发现砷浓度高于50Lg/L的地下水[8]。平原面积大约为11万km2。在盆地的最低处,地下水砷含量最高,含水层沉积物以细粒为主。在墨西哥中北部的Lagunera地区、智利北部(包括Antofagasta,Calama和Tocopilla等城市)及阿根廷中部的Chaco-Pampean平原都发现了地下水砷问题。该地区为干旱区,地下水为重要的饮用水源。Lagunera地区水砷浓度范围是8~624Lg/L,据估计该区暴露于饮用水砷浓度大于50Lg/L的人口达40万。而在智利北部发现砷浓度最大可达21000Lg/L。在阿根廷,Bhattacharya等[9]在圣地亚哥)德尔埃斯特罗(SantiagodelEstero)省发现最高砷浓度值为14969Lg/L。在美国,高砷地下水影响的地区主要包括内华达、加利福尼亚和亚利桑那州[10~13]。在内华达州,至少有1000眼私人民用井砷含量超过50Lg/L[10]。在加利福尼亚州的图莱里(Tulare)盆地,大多数地下水的砷含量在<1~2600Lg/L之间[12]。大部分地下水也含有高浓度的Se(达1000Lg/L)、U(达5400Lg/L)、B(达73000Lg/L)和Mo(达15000Lg/L)[12]。在亚利桑那州盆岭区,罗伯逊(Robertson)发现高砷地下水出露于冲洪积含水层的氧化环境中[13]。高浓度的As(其它含氧阴离子)是该地区封闭盆地地下水的特征之一。2.2 中国原生高砷地下水的分布及特点中国的高砷地下水区主要分布在内蒙、新疆、山西、吉林、江苏、安徽、山东、河南、湖南、云南、台湾等省(自治区)区的40个县(旗、市,图2),受影响人口约234万人,其中饮水中砷含量大于50Lg/L的高砷暴露人口已超过52万人[14]。以下简述几个典型地区高砷地下水的分布及特点。#内蒙古:内蒙古高砷地下水除赤峰市的克什克腾旗为山区外,主要分布在河套平原和呼包平原。河套平原和呼包平原为中新生代断陷盆地。受燕山运动和喜马拉雅运动等造山运动的影响,盆地构造封闭,长期下沉,均形成了以内陆湖相巨厚细粒沉积物为主的沉积序列。在阴山山脉与黄河及其支流大黑河之间形成了一条长约500km,宽约10~40km的高砷地带。2002年新发现锡林郭勒盟的苏尼特右旗饮水砷分布异常[14]。地下水砷的最高浓度达1073Lg/L。高砷水存在着空间分布不均衡的特征,高砷含水层埋藏深度在10~75m之间,不同地段其深度不一。#山西:山西省高砷地下水主要分布于大同和晋中两大盆地。大同盆地为一新生代断陷盆地,盆地与周边山区呈断层接触;盆地中心为大片第四系冲湖积平原和黄土,盆地边缘沉积了洪积扇和冲洪积台地。盆地内部第四纪断裂构造发育,地形复杂。高砷水呈带状分布于桑干河与黄水河的河间洼地以及洪积)冲湖积交接洼地,主要埋深为20~50m,部分地区埋深达100m以上[16~18]。在洪积)冲湖积交接洼地形成溶滤聚集型砷富集带,砷含量相对较低;在盆地中心的河间洼地形成浓缩聚集型砷富集带,其砷含量较高,最高浓度达到1932Lg/L[18]。3 原生高砷地下水赋存环境和砷的来源原生高砷地下水的水文地球化学条件比较复杂。不同的地质条件、沉积环境、水化学特征等对环境中砷的释放和富集的影响程度不同。在不同区域,高砷地下水可以存在于还原环境中,也可以存在于氧化环境中。蒸发浓缩作用被认为是干旱区高砷地下水形成的一个重要过程。高砷地下水一般形成于干旱或半干旱地区的内陆或封闭盆地,且发育有细粒湖沼相沉积层、三角洲沉积层或冲洪积层等。这些沉积物中往往富含有机质,为还原环境。地形是平坦低洼的地下水滞留区。这类含水层水流更新交替缓慢,为地下水砷富集提供了良好的条件。高砷地下水研究中所遇到的一个关键问题就是地下水的来源和形成环境。通过测定地下水中D(2H)和18O同位素的组成,可以有效获取地下水来源方面的信息。3H作为现代地下水的指示剂,可以1110 地球科学进展 第22卷
如何去除水中的砷
如何去除水中的砷
砷以-3、0、＋3、＋5价的氧化态广泛存在于自然界，水中的砷来自于矿物和矿石的分解、工业废水和大气沉积。地表水中砷主要是＋5价；在还原条件下的地下水中为＋3价。在我国，地下水砷含量高的地区人口超过千万，饮用水中砷超标会导致人体慢性中毒。我国生活饮用水卫生标准中规定水中砷含量不应超过50μg/L。目前适用于处理含砷饮用水的方法有以下几种。
（1）铁盐混凝法除砷 向水中投加铁盐混凝剂，如FeCl3铁盐水解生成氢氧化铁絮体能吸附水中的砷，可通过后续的沉淀、过滤工艺去除含砷絮体。此法适用于砷含量超标不多的地表水、地下水，得到的除砷水中砷含量可降至50μg/L 以下。
（2）预氧化除砷 用氧化剂Cl2、O3将三价砷氧化成五价砷，与铁盐混凝剂配合，可显著提高混凝法除砷效果。该法适用于砷含量较高（<2mg/L）的地下水。
（3）石灰沉砷法 在含砷且硬度较高的地下水中加入石灰，使化合态的砷转变为难溶的砷酸钙或偏亚砷酸钙，沉淀分离可除去水中的砷。
医药除砷解决方案(3篇)
第1篇
一、引言
砷是一种有毒重金属元素，广泛存在于自然界中。由于砷的毒性和生物累积性，它对人体健康造成了极大的威胁。砷污染已经成为全球范围内一个严重的环境问题，尤其是在一些发展中国家，砷污染事件频发，严重威胁着人民群众的饮水安全和生命健康。因此，开发有效的医药除砷解决方案，对于保障人民健康、保护生态环境具有重要意义。
二、砷污染的来源及危害
1. 砷污染的来源
（1）天然水源：地下水和地表水中含有一定量的砷，主要是由于地质构造和地球化学作用形成的。
（2）工业排放：采矿、冶炼、化工等行业在生产过程中会产生大量的砷污染物，通过废水、废气、废渣等途径排放到环境中。
（3）农业污染：农药、化肥等农业生产资料中含有砷，长期使用会导致土壤和作物砷含量增加。
（4）生活污染：家用燃料、建筑材料等生活用品中含有砷，通过燃烧、分解等途径释放到环境中。
2. 砷污染的危害
（1）对人体健康的危害：砷是一种致癌物质，长期暴露于砷污染环境中，可引起皮肤癌、肺癌、膀胱癌等多种癌症。此外，砷还可能导致心血管疾病、神经系统疾病、消化系统疾病等。
（2）对生态环境的危害：砷污染会导致土壤、水体等生态环境恶化，影响生物多样性。
三、医药除砷解决方案
1. 水源除砷技术
（1）吸附法：利用活性炭、沸石等吸附剂吸附水中的砷，然后通过过滤、反渗透等方法去除吸附剂，实现除砷目的。 （2）离子交换法：利用离子交换树脂吸附水中的砷，通过再生剂将砷从树脂上解吸出来，实现除砷目的。
（3）电化学法：通过电解过程将水中的砷氧化成高价态，然后通过沉淀、过滤等方法去除砷。
（4）生物除砷技术：利用微生物对砷的吸附、转化和降解作用，实现除砷目的。
2. 土壤除砷技术
（1）化学淋洗法：利用化学淋洗剂将土壤中的砷溶解，然后通过淋洗、过滤等方法去除砷。
（2）化学固定法：利用化学固定剂将土壤中的砷转化为不溶性物质，降低砷的迁移性和生物有效性。
（3）生物修复技术：利用植物、微生物等生物体对土壤中的砷进行吸收、转化和降解，实现除砷目的。
砷元素形态分析现状与发展
砷元素形态分析现状与发展
张新荣
清华大学分析中心
一、砷元素的形态及其特性
砷是一种广泛分布于自然界的元素。克拉克值为5×10－4,宇宙丰度为4.0。除发现少量的天然砷外，已知有150多种含砷矿物。最普通的矿物是：砷化物矿，硫化物矿，氧化物矿，砷酸盐矿。此外，海水中平均含有1.1g L－1的砷，在矿泉水、土壤和人体中都有微量的砷。
近年来，由于采煤及其它工业污染,使地下水中砷的浓度不断增加，砷污染已经成为一个潜在的公共卫生问题，亚洲地区特别是孟加拉国地下水的砷污染问题已经受到国际社会特别的关注。据卫生部的统计，我国目前有11个省的部分地区受到地下水中砷的污染，比较严重的山西、内蒙、贵州等地区已经出现严重的地方性砷中毒。
由于饮用水中含有的砷超过一定限量会引起慢性中毒，因此世界卫生组织规定生活饮用水安全标准为每升含砷不超过0.05毫克。2001年1月，EPA提出一个新的标准，即生活饮用水标准每升含砷不超过0.01毫克，并决定从2006年起实施，欧盟也计划实行这一标准。但是，对发展中国家来说，要按照这一新标准控制饮用水中的砷含量尚有一定困难，2004年由世界卫生组织、联合国儿童基金会和世界银行联合在我国太原召开的有关减轻砷中毒为主题的大会上，亚洲各国仍建议延缓启动新标准。
除饮用水外，在所有的生物中都可以检出低含量的砷，海洋动物中存在的高含量砷是人们特别关注的问题。中华人民共和国农业行业标准(NY5073)规定鱼中无机砷含量不得超过0.5毫克/公斤，其它水产品中含量不得超过1.0毫克/公斤。这一规定实际存在一定的执行难度，因为国标目前推荐的方法只能测定总量，不能区分砷的形态，而由于鱼和其它海产品中大部分砷是无毒的有机砷化合物，最高可达几十个毫克/公斤，因此，测量结果偏高的现象时有发生。例如2004年在香港媒体上报道多次的鱼罐头事件，就是因为检出了其中高含量的砷，引起规模超过5亿元的内地鱼罐头产业近来一直不景气。实际上，国内绝大多数产品并未超标，只是检测方法存在问题罢了。由此可见，区分砷元素不同形态的检测方法的研究是十分重要的。
铁离子除砷
- 1 - 铁离子除砷
铁离子除砷是一种常用的水处理技术，可以有效地去除水中的砷。这种技术基于铁离子与砷的化学反应，使砷形成稳定的沉淀物，从而被过滤出水中。
铁离子除砷技术有多种方法，其中最常用的是加入铁盐，如FeCl3或FeSO4。这种方法的优点是操作简单、成本低廉、效果好。除了这种方法外，还有使用锰矿、铁锰复合氧化物等材料进行除砷。
铁离子除砷技术可以应用于各种类型的水体，包括地下水、地表水和饮用水。它可以有效地去除多种不同形态的砷，包括三价砷和五价砷。除砷效率在不同条件下会有所差异，一般可以达到80%以上。
尽管铁离子除砷技术具有较高的效率和适用范围，但也存在一些缺点。例如，在处理大量水时，需要使用大量的铁盐，可能会引起二次污染。此外，铁盐也可能对水的味道和色泽产生不良影响，需要进行后续的处理。
总的来说，铁离子除砷技术是一种可靠、有效的水处理技术，可以应用于各种水体中。在实际应用中，需要根据具体情况选择适当的方法，并注意处理后水质的改善和环境保护。
含砷废水治理
1. 硫化沉淀法：硫化沉淀法是去除废水中的砷和多种重金属的常用方法，它的处理机理是在废水中加入硫化剂与砷生成难溶的硫化物，沉降分离除去砷。常用的硫化剂有硫化钠、硫氢化钠、硫化氢等。对于砷含量较高的酸性废水，采用硫化法可去除废水中约99%以上的砷，形成以三硫化二砷为主要成分且含量较高的含砷废渣，有利于砷的回收利用。但该方法不适用于污水中的微量砷的去除，只适用于对工业生产的高含量砷的污水进行初步除砷，要使工业污水达标排放，还要辅助使用混凝法等其它方法。而且最好在酸性条件下进行，否则沉淀物难以过滤。另外，硫化沉淀后的清液中尚有过剩的s2-排放前要除H2S。硫化剂本身有毒、价贵，因而还限制了它在工业上的广泛应用。
2. 絮凝共沉法是目前处理含砷废水用得最多的方法。借助加入（或者原有）的Fe2+，Fe3+，Al3+，Mg2+，Mn2+等离子，并用碱（一般是氢氧化钙）调到适当的PH。使其水解形成氢氧化物胶体，这些氢氧化物胶体能把AsO43-Ca(AsO2)2、Fe(AsO2)3、CaF2及其它杂质吸附在表面，在水中电解质的作用下，氢氧化物胶体相互碰撞凝聚，并将其表面吸附物(砷化物)包裹在凝聚体内，形成绒状凝胶下沉，达到除砷的目的。常用的絮凝剂有铝盐(如硫酸铝、聚合硫酸铝等)和铁盐(如三氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁等)。其中，铁盐混凝法是利用FeCl3在水溶液中易水解成Fe(OH)3的性质，进行混凝吸附五价砷的方法。该方法一般采用搅拌，铁氧化等将三价砷氧化成五价砷，从而达到除砷目的。林玉琴[33]等用FeCl3在pH=7的中性水中，将水解生成的Fe(OH)3与纸浆的复合沉淀物作为吸附剂处理饮用水，经实验室实验已取絮凝共沉淀法絮凝共沉淀法絮凝共沉淀法絮凝共沉淀法 絮凝共沉法是目前处理含砷废水用得最多的方法。借助加入（或者原有）的Fe2+，Fe3+，Al3+，Mg2+，Mn2+等离子，并用碱（一般是氢氧化钙）调到适当的PH。使其水解形成氢氧化物胶体，这些氢氧化物胶体能把AsO43-Ca(AsO2)2、Fe(AsO2)3、CaF2及其它杂质吸附在表面，在水中电解质的作用下，氢氧化物胶体相互碰撞凝聚，并将其表面吸附物(砷化物)包裹在凝聚体内，形成绒状凝胶下沉，达到除砷的目的。常用的絮凝剂有铝盐(如硫酸铝、聚合硫酸铝等)和铁盐(如三氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁等)。其中，铁盐混凝法是利用FeCl3在水溶液中易水解成Fe(OH)3的性质，进行混凝吸附五价砷的方法。该方法一般采用搅拌，铁氧化等将三价砷氧化成五价砷，从而达到除砷目的。林玉琴[33]等用FeCl3在pH=7的中性水中，将水解生成的Fe(OH)3与纸浆的复合沉淀物作为吸附剂处理饮用水，经实验室实验已取。
处理地下水及排水中的砷的技术
目前，世界性的环境污染、环境破坏问题日
益严重。即使在日本，土壤、地下水的污染也成为
明显的社会问题。根据２０００年末由日本环境省
公布的“１９９９年公用水域及地下水质测定结 果”，可以确认测定的上述水质受到了污染，影响
人体健康的重金属镉、铅、砷３项超过环保标准。 其中砷的超标率最高，按照１９９３年制定的严格
的环保标准，水质中的砷一直在以最大的超标率
发展。其他国家和地区也有地下水受到污染的实
例。
（１）流经印度、孟加拉国国境附近的恒河流
域的地下水，已被确认自１９８８年以来，有几千平
方公里范围内的地下水被污染，这一地区的地下
水砷浓度最高达３．７ ｍｇ／Ｌ，饮用该地下水的人超
过１００万，其中有２０万人患有砷中毒病——皮
疹。
ｆ ２）据报道，中国内蒙古自治区１９９４年末
时，砷中毒病例扩展到５市、ｌ１个县。饮用砷污染
的地下水（地下水砷浓度最高为１．８６ｍｇ／Ｌ）的村达
６２７个，人口３０万，砷中毒患者为２ ０００人。
日本ＮＫＫ集团公司，从事城市垃圾、水处理
等环保相关设备的设计，以其具备的环境管理技
能与实绩，正在按市场需求，竭尽全力开展工作。
如在保护土壤、地下水资源等方面对环境进行全 面调查、监测，从而提出恢复、净化的措施等。
下面介绍ＮＫＫ集团与钢管矿业公司共同开
・１８・ 彭惠民译
发的除去地下水中砷的技术。
１砷污染的原因
地下水中的砷污染，可以认为多数是由自然
界中的砷污染引起的。砷在地层中分布广，由于
砷矿多数是伴随矿床形成而产生的，在一些矿
山、矿床就有砷。另外，火山、地热地带，喷气、热
水、温泉水中可以产生砷。并且，岩石在风化、浸
蚀的过程中，逐渐变成细小颗粒，形成土壤，在这
一过程中由于这类岩石颗粒在土壤的富集，自然
而然引发的污染，比其他有害物质的数量多。从
前述的环境省公布的水质调查结果可见，砷超标
件数的半数以上是由自然原因引起的。不能将属
于自然原因导致地下水砷污染，与工厂排水中泄
高砷地下水的致病风险与处理技术
饮水安全
２０１０．７中国水利
高砷地下水的致病风险与处理技术
陈维杰
（河南省汝阳县前坪水库项目组，４７１２００，汝阳）
关键词：砷超标；致病风险；处理技术 中图分类号：ＴＵ９９１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—１１２３（２０１０）０７—００５３—０２
砷是一种有毒的非金属元素，长
期饮用高砷水．会造成砷中毒，主要
以皮肤改变为特征，可导致皮肤色素
脱失、着色、角化，严重的会诱发皮肤
癌．同时还会对心脑血管系统、消化
系统、神经系统产生损害。国家生活
饮用水卫生标准规定，饮用水中砷含
量不得超过０．０５ ｍｇ／Ｌ。据水利部、国
家发展和改革委员会、卫生部２００４
年１１月一２００５年６月对我国２ ６７４
个县级单位的调查结果，全国农村饮
用砷超标水的人Ｉｚｉ为２８９万人．分布
在２３个省、自治区、直辖市（《全国农
村饮水安全现状调查评估报告》）。因
此，研究砷超标的危害及处理技术具
有十分重要的意义。
一、对人体健康的影响
人们通常讲的砷中毒一般是由
两方面原因引起的．一个是自然因素
（即地球化学环境），一个是人为因素
（即砷污染）。砷污染主要来源于采
矿、冶金、化１二、化学制药、农药生产、
纺织、玻璃和制革等企业的工业废
水。地球化学环境引起的砷中毒则具
有明显的区域性，我国大致可分为三
种类型：一是中新生代断陷盆地型。
该类型以内蒙古、山西为代表，病区
位于干旱、半干旱区内，地势低洼，湖
沼发育．沉积物为湖沼相粉矿质黏土
和腐殖质淤泥．其上覆盖了河流冲洪
积的砂质黏土等，为砷的富集提供了 来源。二是第四纪冲洪积平原型。该
类型以新疆奎屯为代表，该区气候干
燥，蒸发强烈，水的矿化度高，砷、氟
含量俱高。三是新生代滨海平原型。
该类型以台湾嘉南地区为代表，该区
气候湿润，为典型的滨海相沉积地，
地下水中的砷和有机物含量较高。
长期饮用砷含量高的水会导致
砷慢性中毒。我国在１９８５年颁布的
饮用水除砷技术进展
华北水利水电学院邵 坚 彭君明 薛科王 宁ｉ 砷作为一种有毒元素，能引起多种癌变。砷按形态分为无 机砷和有机砷之分，又可分为三价砷Ａｓ（ＩＩＩ）和五价砷Ａｓ（Ｖ），还 可分为溶解砷和颗粒砷。在天然的地下水体中，砷主要以溶解 的无机砷形态存在，且由于地下水的还原条件，其中 价砷的比 例较高。 在世界上许多地区，地下水和地表水砷含量超标现象普遍， 就亚洲而言，孟加拉、印度、泰国、台湾等地是亚洲砷超标最为严 重的国家和地区。在周内，砷中毒主要分布在山西、内蒙古、新 疆、宁夏、吉林、四川、安徽、青海、黑龙江、河南、山东等省（区）。 其中以山西、内蒙古以及贵卅Ｉ等地病情最为严重。近年来环境 污染加剧，砷中毒事件频发。随着人民生活水平的提高，人们对 健康状况的越来越重视，因此国家《生活饮用水卫生标准》 （ＧＢ５７４９－－２００６）中规定饮用水砷的浓度不得高于ｌＯｎｇ／Ｌ 通过科研人员多年的研究，应用于饮用水除砷的技术有许 多方法，主要包括：絮凝共沉降法、吸附法、离子交换法和膜处理 法等。 一、絮凝共沉降法 该方法主要是利用絮凝剂的电性中和、吸附架桥、网布卷扫 等功能将水中的砷凝聚沉淀，将其去除。可用的混凝剂有有机 和无机两类。无机絮凝剂有铝盐和铁盐，有机絮凝剂主要是高 分子絮凝剂。 Ｆｅ和Ａｌ与砷有很强的络合配位能力，对砷有很高的吸附容 量和很好的选择性，所以无机絮凝剂主要以Ｆｅ和Ａｌ及其各种化 合物为主。Ｙｏｕｎｇｒａｎ Ｊｅｏｎｇ，Ｍａｏｈｏｎｇ Ｆａｎ等人利用Ｆｅ Ｏｊ和 Ａ１：Ｏ 作为絮凝剂去除水中的Ａｓ（Ｖ），去除率可以达到９５％以 上。虽然Ｆｅ、Ａｌ等絮凝剂对Ａｓ（Ｖ）去除效果良好，但对水中Ａｓ （ＩＩＩ）的去除，效果欠佳。因此将Ａｓ（ＩＩＩ）氧化为Ａｓ（Ｖ）再将其去 除成为最佳途径。刘锐平，李星等人和关晓红，董浩然等人根据 絮凝及氧化原理，制备新型铁盐复合絮凝剂，利用氧化剂的强氧 化能力和铁盐的良好絮凝性能，对Ａｓ（ＩＩＩ）和Ａｓ（Ｖ）均有良好去 除效果，且以Ｆｅ（ＩＩＩ）～Ｍｎ复合絮凝剂的除砷效果最佳，受离子的 干扰与同类絮凝剂相比较小，因此，铁锰复合药剂的发展空间依 然很大，前景广阔。总之，由于经济的发展和技术的完善，絮凝 法除砷在生产中的使用已日趋成熟： 二、吸附法 砷处理中常用的吸附剂有稀土与黏土材料、骨炭、复合材 料、活性材料、改性材料、含铁含铝矿物、纳米材料等。陈云嫩、 柴丽媛等利用骨炭作吸附质，初始浓度为０．５ｍｇ／Ｌ时，水中Ａｓ （Ｖ）的去除率可达到９５％以上。Ｆ．Ｍ．Ｒｏｍｅｒｏ・Ｌ，ＮＯｆｉｅｚ・Ｍ．Ｅ．等人 利用碳酸页岩吸附水中的砷，砷的去除率甚至可以达到１００％。 Ｍ．１ｅｓａｎ。Ｃｏｎｓｔａｎｔｉｎ Ｃａｐａｔ等人利用水合氧化铁（ＨＦＯ）除砷，效 ６８ 河南科￣２０１０．１２上 果明显，去除能力强。虽然单一的吸附质可以达到除砷的目的， 但总体吸附量小，除砷效果欠佳。为了达到更好的吸附效果，研 究者通过改性将吸附剂从单一的发展到复合的、去除效率高的 复合吸附剂。张高升，曲久辉等人利用ＫＭｎＯ 和ＦｅＳＯ 制备新型 铁锰氧化物，对Ａｓ（ＩＩＩ）的最大吸附容量为１３５ｍｇ／ｇ，且大于吸附 剂对Ａｓ（Ｖ）的吸附效率。Ｖ．Ｆｉｅｒｒｏ等人利用ＦｅＣ１，改性的强化消 解掺铁活性炭除砷，除砷效率可达到９４％。还有利用稀土与黏 土材料、氢氧化钠和盐酸改性的活性炭、纳米铁负载的活性炭 等，除砷效果均有明显改善。吸附法除砷已经有较为成熟的工 艺，但也有新的吸附剂和吸附法除砷工艺正在发展中。 三、离子交换 离子交换法对Ａｓ（Ｖ）有很好的去除效果，由于Ａｓ（Ｉｌ１）以中 性形式存在于水中，所以离子交换去除效果较差。为了提高除 砷效率，目前在大多数研究中将树脂进行改性以提高除砷效 果。刘振中，邓慧萍，韩瑛等人利用铁载的阴离子交换纤维除去 水中的Ａｓ（Ｖ），去除率可达到９８％，改良传统的离子交换剂，可 以获得很好的砷去除效果，应用前景广阔。Ｂｙｕｎｇｒｙｕｌ Ａ等将 ｃｕ 加入到螯合离子交换树脂反应装置中，构成聚合配位交换体 （ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｌｉｇａｎｄ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ，ＰＩ Ｅ）反应器。通过批实验和柱实 验，发现ＰＬＥ对砷的选择性比对其他阴离子如硫酸盐、重碳酸盐 和氯化物的选择性强，进水砷浓度为ｌＯｍｇ／Ｌ，出水砷浓度小于 ０．Ｏ１ｍｇ／Ｌ，且树脂可以高效再生。离子交换法去除水中的砷的 一个优点就是处理量大，操作简单，分离效果好，可循环利用，且 有利于各种有价成分的回收利用，不会造成二次污染。 四、膜处理法 利用膜处理法对水中的砷进行去除，相对于其他处理方法 的优点是：高效、操作简单、 水水质好、缓冲能力好，适应性 强。因此，膜处理法除砷受到了越来越多的关注。如利用纳滤、 超滤、反渗透、电渗析等均可以得到较好的效果。Ｈ．Ｒ．Ｌｏｈｏｋａｒｅ， Ｍ．Ｒ．Ｍｕｔｈｕ等人利用载有聚丙烯腈的超滤膜（ｕＦ）研究除砷效 果，最大去除率可达到１００％，Ｃｕｏｎｇ Ｍａｎｈ Ｎｇｕｙｅｎ等人利用纳 滤膜（ＮＦ）进行除砷机理研究发现，随着ｐＨ的增加，Ｈ２ＡｓＯ，一可以 转化为ＨＡｓ０ 一由于动力学及电荷影响，双电荷的ＨＡｓＯ４２－具有更 强的水解速率，更加容易去除，一定浓度Ａｓ（Ｖ）在最佳ｐＨ及压 力之下，去除率可以达到９６％。ＯｈＪ．Ｉ．，ＹａｍａｍｏｔｏＫ．，ＫｉｔａｗａｋｉＨ等 人利用低压纳滤进行除砷研究，Ａｓ（Ｖ）的去除率可达９５％，远大 于Ａｓ（ＩＩＩ）。Ｔ．Ｇｅｕｃｋｅ，Ｓ．Ａ．Ｄｅｏｗａｎ等人还利用反渗透除砷， 通过３种不同的反渗透膜进行Ａｓ（Ｖ）和Ａｓ（ＩＩＩ）去除比较，发现３ 种膜对Ａｓ（Ｖ）在２ｍｇ／Ｌ的浓度下均能达到很好的去除效果。 除了以上几种常用的除砷方法外，还有离子浮选法、生物 法、电化学等除砷方法等，但以上述４种方法较为常用。圜 辩 瓣掰 麓 术 技 ｂ １ －， 【 一 一Ｕ 纛 ■ 一墨■ 一赫 一一■瓣 ■■●曩 ■■■一一 ■■■一一
地下水除砷工艺
地下水除砷工艺
地下水中的砷污染是一个严重的环境问题，因为砷是一种有毒物质，长期饮用含有高浓度砷的地下水可能会对人体健康造成严重影响。因此，除砷工艺在地下水处理中至关重要。以下是一些常见的地下水除砷工艺：
1.氧化沉淀法： 这是一种常见的除砷工艺，通过加入氧化剂如氯气、过氧化氢或者臭氧等，将亚砷酸根氧化成难溶于水的砷酸盐，并沉淀下来。
2.吸附法： 使用吸附剂如活性炭、铁氧化物或氧化铝等材料，吸附地下水中的砷离子，从而降低其浓度。
3.离子交换法： 利用离子交换树脂或其他吸附材料，将地下水中的砷离子与树脂上的其他离子进行置换，达到除砷的目的。
4.膜分离法： 使用反渗透膜或纳滤膜等膜技术，通过物理截留的方式将地下水中的砷离子去除。
5.生物法： 利用微生物对砷的还原、氧化、吸附等作用，将地下水中的砷转化为无毒物质或者沉淀下来。
6.电化学法： 通过电化学反应将地下水中的砷离子转化成砷的氧化物或沉淀，达到去除砷的目的。
7.混凝沉淀法： 利用混凝剂将地下水中的砷离子与悬浮物或胶体结合成较大的团块，然后通过沉淀的方式将其去除。
8.降低pH法： 通过调节地下水的pH值，使砷离子沉淀成难溶的砷酸盐，然后进行过滤或沉淀处理。
以上是一些常见的地下水除砷工艺，不同工艺适用于不同情况下的地下水砷污染治理，选择合适的工艺需要考虑地下水的水质特点、污染程度、处理成本等因素。在实际应用中，通常会采用多种工艺组合来达到更好的除砷效果。