砷形态转化及其环境效应研究

砷在水环境中的形态转化受到许多物理化学因素的制约,并产生毒害程度不同的环境效应。对多种因素进行研究,寻找将高毒的As(Ⅲ)向低毒的As(Ⅴ)转化的有利条件,并控制As(Ⅴ)向As(Ⅲ)的转化。结果表明,自然敞口放置3d的As(Ⅲ)溶液中没有As(Ⅴ)的出现,As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的转化是一个缓慢的过程。锰矿、粉煤灰等天然矿物能氧化As(Ⅲ),从而降低毒性。酸性或碱性条件都有利于As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的转化,转化率超过90%。温度、可见光、超声波等外界条件对砷形态转化有一定影响。紫外光照射3d后的As(Ⅲ)完全转化成As(Ⅴ),且As(Ⅴ)没有向As(Ⅲ)转化,因此紫外光是降低砷毒性的有利条件。Fe2+能将As(Ⅴ)还原,升高水体砷的毒性;而Fe3+能将As(Ⅲ)氧化,并生成氢氧化物将砷吸附。     

除氟活性铝氧化物(AlO_xH_y-F_n)的吸附除砷性能

以活性铝氧化物AlOxHy处理某高氟地下水的中试实验获得的吸附剂废料AlOxHy-Fn为对象,考察其对三价砷(As(Ⅲ))和五价砷(As(Ⅴ))吸附去除性能,并对吸附机理进行了探讨。研究显示,AlOxHy-Fn为多孔无定型且具有不规则表面的絮状结构,比表面积为218.88 m2/g,零电荷点pHZPC在pH为8左右;AlOxHy-Fn可快速吸附As(Ⅲ)和As(Ⅴ),且反应24 h后的平衡吸附量分别为0.60和3.41 mg/g,朗格缪尔模型可以很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在AlOxHy-Fn表面的吸附,且As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最大吸附容量分别为13.63和63.27 mg/g;AlOxHy-Fn在pH=4~10范围内对As(Ⅴ)去除率在90%以上,As(Ⅲ)在中性和弱碱性pH范围内吸附效果较好,但去除率仍在32%以下。AlOxHy-Fn表面性质、砷形态分布特征等对As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的吸附有重要影响,电负性As(Ⅴ)较电中性As(Ⅲ)更容易吸附在AlOxHy-Fn表面。AlOxHy-Fn吸附除砷过程中,在pH为6时氟溶出量最低(0.40 mg/g),过高或过低pH均会导致氟溶出量增大;氟溶出量与As(Ⅴ)吸附量之间有明显正相关关系(R2=0.97),但与As(Ⅲ)吸附量无相关关系;铝溶出量在pH为4~10范围内均很低。将AlOxHy-Fn回用作为除砷吸附剂去除工业含砷废水的砷具有良好的技术经济可行性,且将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)是提高去除效果的重要手段。     

天然锰砂去除水中的砷

天然锰砂是一种廉价、高效的水处理用材料,但尚未用于水中砷的去除。实验研究了反应时间、砷形态、初始砷浓度、温度、溶液初始pH对吸附过程的影响。结果表明,天然锰砂对As(Ⅲ)的吸附能力大于As(Ⅴ)。25℃时,固液比为10 g/L的条件下,天然锰砂对初始浓度为5.0 mg/L的砷溶液吸附过程经72 h基本达到平衡,平衡时对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别达到94.5%和85.9%。吸附过程符合Lagergren准一级反应动力学模型和假二级反应动力学模型。相比之下,假二级动力学模型拟合程度更高。对As(Ⅲ)和As(Ⅴ),45℃时的吸附量均大于25℃时。不同温度下,天然锰砂对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型。在溶液初始pH为3～10范围内,锰砂对砷的吸附能力受pH的影响较小。实验结果表明,天然锰砂是一种具有实际应用潜力的除砷材料。     

强酸性高浓度含砷废水处理方法与经济性评价

研究了硫化物沉淀和中和沉淀工艺对强酸性体系下As(Ⅲ)和As(Ⅴ)处理效果,考察了沉淀剂种类与投量、酸度(或平衡pH)等因素对除砷效果的影响,结合共沉淀产物的元素组成与价态分析探讨了2种工艺的除砷机理。研究表明,硫化物沉淀对As(Ⅲ)去除效果优于As(Ⅴ),且As(Ⅴ)去除过程中存在As(Ⅴ)转化为As(Ⅲ)的还原过程;中和沉淀对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)去除率均可达到98%以上,但不存在砷形态转化过程。进一步以云南某硫精制酸化工厂实际含砷废水为对象,研究了硫化物沉淀(以Na2S为硫源)、中和共沉淀(Fe(Ⅲ)-Ca(OH)2,Fe(Ⅲ)-NaOH,单独Ca(OH)2和Ca(OH)2-Fe(Ⅱ)等)除砷效果和处理成本,发现上述几种工艺砷去除率均可达到99.0%左右;Na2S共沉淀法处理成本最高,单独Ca(OH)2成本最低但废渣产生量大;Ca(OH)2-Fe(Ⅱ)可在不大幅提高成本的基础上确保处理效果并降低废渣产生量。在工程中应综合原水水质特点、处理水质目标、可接受的处理成本以及含砷废渣处置要求等,确定最佳的处理技术方案。     

酸碱性环境对含砷施氏矿物长期稳定性的影响

通过人工合成吸附型含砷施氏矿物(AD-Sch)和共沉淀型含砷施氏矿物(CO-Sch),模拟其在pH为3～9的酸碱性环境中的演变过程,观测和分析了矿物相转化、As(Ⅴ)的活化以及Fe(Ⅲ)和SO2-4的释放过程.结果表明:As(Ⅴ)的加入对矿物相转变有明显的抑制作用.pH的变化对含砷施氏矿物转化过程影响不显著,但是对As...     

二氧化锰对As(Ⅲ)的氧化及其对针铁矿去除水体中As(Ⅲ)的影响

研究了合成钠水锰矿(δ-MnO2)对As(Ⅲ)的氧化作用并与商品MnO2的结果进行了比较,结果表明,δ-MnO2不仅对As(Ⅲ)有很强的氧化能力,而且对溶液中的砷也具有一定的吸附能力,而商品MnO2对As(Ⅲ)的氧化能力很弱.当有δ-MnO2存在时,针铁矿对As(Ⅲ)的去除效率提高,δ-MnO2的促进作用随体系pH的增加而增加,约在pH为6.0达最大,随后又逐渐减小,说明近中性条件下,δ-MnO2的促进作用最强.     

电动修复过程中电极逼近对土壤砷迁移与形态转化的影响

以高浓度砷污染土壤为修复对象,探究电极逼近法耦合捕集室对砷污染土壤的修复效果。实验设置4个处理,分别为固定电极(FE-EK)、阴极逼近(AC-EK)、阳极逼近(AA-EK)和两极逼近(AAC-EK)。结果表明,AC-EK、AA-EK以及AAC-EK对总砷[As(T)]的迁移具有促进作用,表现为捕集室中As(T)质量分数与初始值相比显著升高(p<0.05),而FE-EK捕集室中As(T)质量分数与初始值相比无显著性差异(p>0.05),As(T)整体迁移率以AAC-EK最高(31.50%),FE-EK最低(15.38%)。由于土壤整体氧化还原电位升高,使得FE-EK、ACEK、AA-EK、AAC-EK处理组三价砷平均质量分数较初始值分别降低9.78%、7.81%、13.65%、4.09%。砷的生物有效性在Fe₂O₃和电动效应的联合作用下不断降低,表现为可交换态砷、铝结合态砷、钙结合态砷向铁结合态砷、残渣态砷转化。本研究结果表明,AAC-EK促进As(T)迁移的效果最好,可交换态砷占比最低,且单位修复能耗最低,具有良好的砷污染土壤修复...     

氧气促进纳米零价铁除砷效果及其作用机制

为了探究氧气对纳米零价铁(nZVI)除砷的影响,考察了不同的氧含量(厌氧、低氧、中氧和高氧)条件下nZVI对As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的去除效果,并结合表征结果分析了氧气对nZVI除砷的影响机制.结果表明:氧气存在会显著促进nZVI对As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的去除,但不同氧含量对nZVI除砷的促进程度有所不同;随着氧含量的增...     

改性锰矿的除砷性能研究

利用共沉淀—煅烧法对天然锰矿进行改性,研究了铁锰摩尔比(Fe/Mn)、pH、温度、共存离子对改性锰矿除砷效果的影响。采用X射线荧光光谱(XRF)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对其进行表征,探究改性锰矿除砷机理。结果表明:(1)Fe/Mn为12∶1时对As(Ⅲ)有最大去除率(88.63%),4∶1时对As(Ⅴ)有最大去除率(84.25%)。(2)弱酸性、中性及弱碱性的溶液反应环境有助于改性锰矿对砷的吸附。(3)Ca~(2+)促进砷吸附,HCO_3~-抑制砷吸附。(4)改性锰矿对砷的吸附过程符合Langmuir吸附等温方程和二级动力学方程。(5)可利用Na_2CO_3溶液对改性锰矿进行再生解吸,再生5次后的改性锰矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别为81.27%、75.99%。     

除氟活性铝氧化物（AlOxHy-Fn）的吸附除砷性能

以活性铝氧化物AlOxHy处理某高氟地下水的中试实验获得的吸附剂废料AlOxHy-Fn为对象,考察其对三价砷（As（Ⅲ））和五价砷（As（Ⅴ））吸附去除性能,并对吸附机理进行了探讨。研究显示,AlOxHy-Fn为多孔无定型且具有不规则表面的絮状结构,比表面积为218．88m2／g,零电荷点pHZPC在pH为8左右;AlOxHy-Fn可快速吸附As（Ⅲ）和As（Ⅴ）,且反应24h后的平衡吸附量分别为0．60和3．41mg／g,朗格缪尔模型可以很好地描述As（Ⅲ）和As（Ⅴ）在AlOxHy-Fn表面的吸附,且As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的最大吸附容量分别为13．63和63．27mg／g;AlOxHy-Fn在pH=4～10范围内对As（Ⅴ）去除率在90％以上,As（Ⅲ）在中性和弱碱性pH范围内吸附效果较好,但去除率仍在32％以下。AlOxHy-Fn表面性质、砷形态分布特征等对As（Ⅲ）与As（Ⅴ）的吸附有重要影响,电负性As（Ⅴ）较电中性As（Ⅲ）更容易吸附在AlOxHy-Fn表面。AlOxHy-Fn吸附除砷过程中,在pH为6时氟溶出量最低（0．40mg／g）,过高或过低pH均会导致氟溶出量增大;氟溶出量与As（Ⅴ）吸附量之间有明显正相关关系（R2=0．97）,但与As（Ⅲ）吸附量无相关关系;铝溶出量在pH为4～10范围内均很低。将AlOxHy-Fn回用作为除砷吸附剂去除工业含砷废水的砷具有良好的技术经济可行性,且将As（Ⅲ）氧化为As（Ⅴ）是提高去除效果的重要手段。     

不同材料对高As污泥中As的固定效果

针对制酸行业产生的高砷(As)污泥浸出毒性过高且难处理的问题,选择典型无机硫化物、含钙材料、含铁或铝材料(Fe~0、铁盐、Fe_2O_3/Al_2O_3)对高As污泥进行固定化,采用醋酸(TCLP)、H_2SO_4-HNO_3和H_2O_3种浸提法评估了各材料对As的固定效果;考察了固定化对污泥中As结合态和价态分布的影响,筛选最佳固定化材料,进行联合水泥固化。结果表明,FeCl_3固化As的效果最好,3种浸提法评估的固砷率分别为86.01%、42.02%、 58.87%。FeCl_3和Fe~0处理能够促进污泥As向固定态转化,非专性和专性吸附态占比分别降低了80.60%和38.13%。FeCl_3促进非专性和专性吸附态向结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态和残渣态转化。CaO、Fe~0、FeSO_4·7H_2O、Fe(NO_3)_3·9H_2O、FeCl_3和Fe_2O_(12)S_3处理对As(Ⅲ)具有一定的氧化作用。FeCl_3处理后,As(Ⅲ)占比由77.14%降为19.72%。Fe(OH)_3、Fe_2O_3和Al_2O_3处理对As(Ⅲ)的氧化性不明显,Na_2S·9H_2O处理使As(Ⅲ)占比升至85.84%。随FeCl_3、水泥和两者配伍材料投加量的增加,在3种方法中,污泥中As的浸出量均明显降低,单一FeCl_3和配伍固砷效果均优于水泥;水泥配伍比≥100%时的固砷效果优于单一FeCl_3;250%FeCl_3+125%水泥可使3种方法中浸出砷浓度降至最低,分别为113.81、399.28、347.27 mg·L~(-1),固砷率均高于97%。本研究结果可为高As污泥的固定化提供参考。供参考。     

酰胺化/氧化碳纳米管-聚苯胺吸附三价砷

为探讨改性碳纳米管(CNTs)对砷的吸附特性,采用化学修饰对CNTs进行了改性。将CNTs先后进行氧化和酰胺化处理,并与聚苯胺反应,得到酰胺化/氧化碳纳米管-聚苯胺(NMCNTs-PANI),利用SEM观察、比表面积测定、含氧含氮官能团和分子结构分析对改性前后CNTs进行了表征;研究了NMCNTs-PANI在不同反应体系对As(Ⅲ)的吸附效果。结果表明:NMCNTs-PANI总孔容和平均孔径均有所增加;表面含氧含氮基团增加;初始pH对吸附量影响较显著;共存阴离子对吸附量影响可忽略不计;吸附过程符合准一级动力学和准二级动力学方程,证实该过程主要以化学吸附为主;吸附等温线符合Langmuir模型。NMCNTs-PANI通过表面吸附-化学诱导作用可较好地去除水中As(Ⅲ),是一种优良的含砷污染水的吸附剂。     

山阴地区浅层沉积物中砷的分布特征及吸附行为

本文通过室内实验的方法,对山阴高砷地下水地区不同浅层沉积物中砷的分布特征及吸附行为进行了研究。结果表明：研究区内饮用水浓度高,病情重。浅层承压含水层中的砷含量平均值为290 mg/kg,在17.4～22.7 m段的平均值达643 mg/kg,22.7～25.8 m段的平均值为115 mg/kg,25.8 m以下的平均值为212 mg/kg。As（Ⅲ）、As（Ⅴ）在4种沉积物表面上的动力学吸附过程均符合Lagergren模型,相关系数达0.9以上。沉积物对As（Ⅴ）的吸附速率较As（Ⅲ）快,但As（Ⅲ）在沉积物中的吸附比As（Ⅴ）稳定。4种含水层介质对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附速率依次为粘土〉亚粘土〉粉砂〉中砂。吸附动力学吸附过程符合二级速率方程。Freundlich方程和Langmuir方程对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附过程拟合性最佳,相关系数均在0.95以上。沉积物对As（Ⅲ）吸附的最佳pH在7～8范围内,As（Ⅴ）吸附的最佳pH在5～6左右。此外,沉积物对砷的吸附性能主要受沉积物颗粒大小、矿物成分等因素综合作用的影响,而非各组分吸附砷的简单加和。     

次氯酸钙/氧化钙对高砷污泥的氧化稳定化处理

针对某硫酸厂废水处理后产生的高浓度含砷(As)污泥,开展氧化稳定化处理技术研究。以浸出毒性作为评价指标,探讨次氯酸钙和氧化钙联合使用对污泥中As的稳定化处理效果,结合XPS和XRD表征探讨了稳定化机制。结果表明:原始污泥中As主要以As(Ⅲ)形式存在,次氯酸钙能将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ);加入氧化钙能同时提高Ca/As摩尔比和pH,Ca与As(Ⅴ)结合形成稳定的砷酸钙盐。依次加入质量比为5%的次氯酸钙和10%的氧化钙,使Ca/As摩尔比达到2.4以上,As的稳定化率达到99%以上,浸出浓度从181 mg·L~(-1)降低至1.5 mg·L~(-1),且浸出液pH小于12,达到《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598-2001)要求。     

膜蒸馏去除水中砷的研究

采用新型膜蒸馏技术对水中As（III）与As（Ⅴ）的去除展开了研究。实验结果表明,膜蒸馏对水中As (III)及As (Ⅴ)具有较高的去除能力：当产水中砷含量超过10 μg/L时,原水中As (III)与As (Ⅴ)的浓度可分别高达40 mg/L和2 000 mg/L。局部润湿现象的存在导致As (III)及As (Ⅴ)跨膜至产水侧,PVDF微孔膜在溶液中的负电性以及As (III)与 As (Ⅴ)在溶液中存在形式的不同导致膜蒸馏对两者去除能力的差异。360 h连续运行过程中产水通量及电导率稳定,且整个过程中As (III)均低于检测限,说明PVDF微孔膜具有良好的疏水性和稳定的除砷性能。     

针对含砷硫酸烧渣酸浸液的铁盐沉淀固砷

为考察含砷硫酸烧渣中酸浸脱砷效果和铁盐沉淀固砷行为,采用常温常压酸浸法脱除硫酸烧渣中的砷,并对进入浸出液中的砷以铁盐沉淀的形式脱除,进而对沉淀渣的浸出毒性进行研究。同时,研究了磨矿细度、酸浓度、固液比、浸出时间对硫酸烧渣中砷脱除效率的影响。结果表明,通过控制浸出参数可以将硫酸烧渣中砷的质量分数降低到0.2%以下,通过调节浸出液的pH和Fe/As摩尔比将其中的砷以沉淀的形式脱除。当Fe/As 2、pH=4～6时,溶液中砷浓度降到了0.5 mg·L~(-1)以下。沉淀砷渣主要是以非晶态的形式存在,提高铁砷比有利于提高砷渣稳定性,从而降低浸出毒性。在Fe/As=3、pH=6.04～6.22的条件下,得到的沉淀渣的浸出毒性为0.711 mg·L~(-1)。因此,通过酸浸脱除硫酸烧渣中的砷,进而采用铁盐沉淀的方法能够实现硫酸烧渣中砷的安全处置。     

江汉平原高砷地下水区地下水的化学特征及指示

以江汉平原中部的仙桃市、洪湖市2个砷中毒病区作为典型研究区,每处分别取了30户手压井水样,通过对样品中As浓度的分析、测试,并结合分析水样总溶解固体(TDS)、pH、氧化还原电位(ORP,以Eh表征)、SO2-4、NO-3、Cl-、HCO-3、Fe、Mn等指标,探讨了地下水中As浓度与化学指标间的相关性。结果表明,所取60份水样中,As质量浓度最高值为1.560mg/L,超过0.05mg/L的有17份水样,超标率为28%;研究区地下水pH为6.01~7.16,平均为6.56,明显偏酸性,Eh为13.6~75.3mV,平均为44.2mV,呈弱氧化性,该结果与中国山西大同盆地、山阴地区、内蒙古河套平原等原生高砷水地区有着明显的差异;水样的As浓度与TDS、HCO-3、Fe、Mn浓度呈正相关,与SO2-4、NO-3浓度呈负相关,研究区地下水环境是典型的高砷水赋存环境;水样中TOC质量浓度为2.35~5.32mg/L,平均为3.29mg/L,溶解性有机物对水体中As的迁移转化有着很重要的作用。     

基于岭脊分析的天然含铁锰矿改性优化及机制研究

采用水合肼法对天然含铁锰矿进行改性,并用岭脊分析法优化改性工艺,从而提高天然含铁锰矿的砷吸附去除性能。结果表明,水合肼投加量和高锰酸钾投加量对改性天然含铁锰矿的砷吸附性能有显著影响,岭脊分析得到的天然含铁锰矿最优改性条件为水合肼投加量1.5 mmol/g、H₂SO₄ 3 mol/L、高锰酸钾1.1 mmol/g,此条件下获取的改性天然含铁锰矿对As(Ⅲ)、As(Ⅴ)去除率分别可达97.42%±0.06%、97.47%±0.48%,对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)饱和吸附容量分别为15.29、8.01 mg/g,均明显优于天然含铁锰矿。改性过程在溶解天然含铁锰矿中杂质的同时,也使得天然含铁锰矿表面活化,不仅提高了As(Ⅲ)氧化能力,也增大了As(Ⅴ)吸附作用。     

铁改性竹炭去除水中的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

利用竹炭负载铁氧化物制备了复合吸附剂,并用粉末X射线衍射对负载的铁进行了表征。通过静态吸附实验,对比研究了改性竹炭对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子的吸附特性。结果表明,载铁竹炭对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳吸附pH分别为8和2。改性竹炭对砷阴离子的吸附过程可符合准二级动力。Freundlich等温方程式能很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在改性竹炭上的吸附。在相同初始浓度和吸附剂投加量下,改性竹炭对As(Ⅴ)的吸附量大于As(Ⅲ)。     

蜈蚣草吸收和氧化As(Ⅲ)的试验及动力学研究

通过蜈蚣草室内水培试验,研究了蜈蚣草对As(Ⅲ)的吸收特性和动力学规律.结果表明,蜈蚣草在吸收As(Ⅲ)的同时,可以将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),然后再进行吸收;当培养液中As(Ⅲ)初始浓度较低(10.00 mg/L)时,蜈蚣草对砷的吸收和氧化过程较好地符合一级动力学规律,表观速率常数为0.104 h-1,当初始质量浓...