我国水体砷污染的治理研究进展

1、我国水体砷污染治理的研究进展我国水体砷污染治理的研究进展 1、水体砷污染概况、水体砷污染概况 2、水体中砷污染的来源、水体中砷污染的来源 3、水体中砷的存在形式、水体中砷的存在形式 4、水体砷污染对生态环境的影响、水体砷污染对生态环境的影响 5、水体砷污染的治理方法、水体砷污染的治理方法 随着我国经济在高速增长，人随着我国经济在高速增长，人 口持续增加，城市化进程加快，水口持续增加，城市化进程加快，水 污染防治形势十分严峻，尤其是水污染防治形势十分严峻，尤其是水 体中砷污染日益严重。体中砷污染日益严重。 1、水体砷污染概况、水体砷污染概况 2008 2008年年1111月和月和20092009

2、年年7 7月淮河月淮河 流域大沙河和邳苍分洪道相继发生流域大沙河和邳苍分洪道相继发生 砷污染事件，对水体造成严重影响。砷污染事件，对水体造成严重影响。 2008 2008年年6 6月，云南省阳宗海水月，云南省阳宗海水 体出现砷浓度超标，导致严重污染，体出现砷浓度超标，导致严重污染， 涉及昆明市宜良县、呈贡县、玉溪涉及昆明市宜良县、呈贡县、玉溪 市潋江县，直接危及阳宗海沿岸居市潋江县，直接危及阳宗海沿岸居 民的饮水和食品安全。民的饮水和食品安全。 2.2.水体中砷污染的来源水体中砷污染的来源 自然来源自然来源 在火山喷发物中含砷在火山喷发物中含砷20mgkg以以 及土壤和植物体内以蒸气态的形式释

3、及土壤和植物体内以蒸气态的形式释 放出砷，并且它们随着降水进入河流、放出砷，并且它们随着降水进入河流、 湖泊和海洋。湖泊和海洋。 土壤中含有大量的砷及其化合土壤中含有大量的砷及其化合 物，并随着雨水进入河流、湖泊和物，并随着雨水进入河流、湖泊和 海洋。海洋。 工业来源工业来源 全世界每年锻烧含砷硫化的矿全世界每年锻烧含砷硫化的矿 石而释放大气中的砷含量约为石而释放大气中的砷含量约为 6x1010kg，并且在采矿、冶炼、化，并且在采矿、冶炼、化 工等工业生产活动中均产生含砷废工等工业生产活动中均产生含砷废 水。水。 农业释放农业释放 在农业生产过程中的使用含砷在农业生产过程中的使用含砷 的肥料、

4、农药以及污水灌溉等等，的肥料、农药以及污水灌溉等等， 并随着地表径流进入江、河、湖、并随着地表径流进入江、河、湖、 海导致水体的污染。海导致水体的污染。 3.3.水体中砷的存在形式水体中砷的存在形式 无机砷形式无机砷形式 在自然界的水体当中，砷主要在自然界的水体当中，砷主要 以无机砷酸盐以无机砷酸盐(as0(as04 43- 3-) )和亚砷酸盐 和亚砷酸盐 (as0(as03 33- 3-) )两种形式存在。 两种形式存在。 研究表明：研究表明：as0as04 43- 3-富集在富氧 富集在富氧 的水体中，的水体中，as0as03 33- 3-富集在还原性水 富集在还原性水 体中；在还原条件

5、下，体中；在还原条件下，asas3+ 3+比 比asas5+ 5+ 易于迁移。易于迁移。 有机砷形式有机砷形式 有机砷的形式有机砷的形式甲基砷化合甲基砷化合 物，正是由于人类活动造成水体中物，正是由于人类活动造成水体中 砷的有机化合物增加，从而导致因砷的有机化合物增加，从而导致因 砷的甲基化作用而产生砷的有机污砷的甲基化作用而产生砷的有机污 染。染。 在含砷废水中砷的形态受在含砷废水中砷的形态受phph的的 影响很大，在中性条件下，可溶性影响很大，在中性条件下，可溶性 砷的浓度达到最大，随着砷的浓度达到最大，随着ph的升高的升高 或降低其浓度都将降低。或降低其浓度都将降低。 当当ph=5.0时

6、，溶液中砷主要以时，溶液中砷主要以 无机砷的形态存在；当无机砷的形态存在；当ph=6.5时，时， 有机砷为其主要存在形态。有机砷为其主要存在形态。 4.4.水体砷污染对生态环境的影响水体砷污染对生态环境的影响 砷对人体造成的影响砷对人体造成的影响 人体砷中毒主要来源于水，砷人体砷中毒主要来源于水，砷 对人体及动物有毒害作用，人体中对人体及动物有毒害作用，人体中 将砷糖转化为将砷糖转化为dmaadmaa，而，而dmaadmaa（二甲（二甲 基胂酸）对人体具有致癌作用。基胂酸）对人体具有致癌作用。 二甲基砷酸二甲基砷酸 砷的累积性是造成人体砷中毒砷的累积性是造成人体砷中毒 的主要效应，砷的毒性可分

7、为急性的主要效应，砷的毒性可分为急性 和慢性。和慢性。 急性砷中毒是因摄入砷的量较急性砷中毒是因摄入砷的量较 大，中毒的剂量在大，中毒的剂量在5 550mg50mg之间，之间， 症状为脱水、循环系统障碍、呕吐、症状为脱水、循环系统障碍、呕吐、 下痢等；致死剂量为下痢等；致死剂量为120120200mg200mg。 不同型态的砷化合物对人体毒性不同型态的砷化合物对人体毒性 差异比较大，其毒性大小的顺序是：差异比较大，其毒性大小的顺序是： 砷化氢砷化氢(as(as3- 3-) )有机砷化三氢衍生物有机砷化三氢衍生物 (as(as3+ 3+) )无机亚砷酸盐无机亚砷酸盐(as(as3+ 3+) )有

8、机砷化有机砷化 合物合物(as(as3+ 3+) )氧化砷氧化砷(as(as3+ 3+) )无机砷酸盐无机砷酸盐 (as(as5+ 5+) )有机砷化合物有机砷化合物(as(as5+ 5+) )金属砷金属砷 (as(as0 0) )。 实验表明，无机砷化合物的毒实验表明，无机砷化合物的毒 性大于有机砷化合物，性大于有机砷化合物，asas3+ 3+类是 类是 asas5+ 5+类毒性的 类毒性的6060倍。倍。 砷对植物的影响砷对植物的影响 砷并不是植物体内所必需的营养砷并不是植物体内所必需的营养 元素，但微量的砷可以促进其产量增元素，但微量的砷可以促进其产量增 加，其原因可能是砷酸可取代被土壤

9、加，其原因可能是砷酸可取代被土壤 粘粒矿物吸附的磷酸，使磷的有效性粘粒矿物吸附的磷酸，使磷的有效性 提高，有利于植物对磷的吸收。提高，有利于植物对磷的吸收。 另外也另外也可能是因为砷的还原作可能是因为砷的还原作 用提高了植物细胞中氧化酶的活性；用提高了植物细胞中氧化酶的活性； 或者砷杀死或抑制危害植物的病菌，或者砷杀死或抑制危害植物的病菌， 有利于植物正常生长等等。有利于植物正常生长等等。 但是砷的总量超过基准值但是砷的总量超过基准值 15x10-6 mol/l会使植物生长发育会使植物生长发育 受阻，影响植物对水分和营养的受阻，影响植物对水分和营养的 吸收，并使砷在植物中累积，造吸收，并使砷在

10、植物中累积，造 成叶绿素的破坏。成叶绿素的破坏。 砷对微生物的影响砷对微生物的影响 微生物在砷循环中起到很重要微生物在砷循环中起到很重要 的作用，微量砷可在微生物体内进的作用，微量砷可在微生物体内进 行还原、氧化或甲基化等。行还原、氧化或甲基化等。 海藻能将砷酸盐转变成非挥发海藻能将砷酸盐转变成非挥发 性的胂（甲基化）化合物；淡水藻性的胂（甲基化）化合物；淡水藻 可以合成脂溶性砷化合物。可以合成脂溶性砷化合物。 研究证明，可食性海藻和其它研究证明，可食性海藻和其它 海产品是人类日常食品之一，那么海产品是人类日常食品之一，那么 可食性海藻从海水中吸收砷，并转可食性海藻从海水中吸收砷，并转 化为有

11、机胂化合物。（化为有机胂化合物。（asb）砷甜）砷甜 菜碱是海洋动物和海藻类中砷形态菜碱是海洋动物和海藻类中砷形态 主要形式之一，而且主要形式之一，而且 asb 对人体对人体 是无害的。是无害的。 砷甜菜碱砷甜菜碱 5.5.水体砷污染的治理方法水体砷污染的治理方法 现今国内外治理含现今国内外治理含asas废水技术废水技术 主要有物化法和生化法两大类。主要有物化法和生化法两大类。 物化法包括：吸附法、沉淀絮物化法包括：吸附法、沉淀絮 凝法、膜分离法和离子交换法等，凝法、膜分离法和离子交换法等， 其中吸附法是最有效的方法之一。其中吸附法是最有效的方法之一。 生化法包括：微生物法、植物生化法包括：微

12、生物法、植物 吸收法等。吸收法等。 吸附法是成熟且简单易行的除吸附法是成熟且简单易行的除 asas技术特别适用于大量而浓度较技术特别适用于大量而浓度较 低的水处理体系。用吸附法处理含低的水处理体系。用吸附法处理含 asas污水可将污水中污水可将污水中asas的浓度降到的浓度降到 最低水平。最低水平。 吸附技术的原理是利用吸附材吸附技术的原理是利用吸附材 料的吸附能力，与污染物有较强的料的吸附能力，与污染物有较强的 亲和力，从而使砷从水中去除。亲和力，从而使砷从水中去除。 吸附材料的表面积越大、单位吸附材料的表面积越大、单位 表面积上的有效吸附位点越多，吸表面积上的有效吸附位点越多，吸 附效果就

13、越好。附效果就越好。 吸附材料有：有活性铝、活吸附材料有：有活性铝、活 性铝土矿、活性炭、中国黏土、性铝土矿、活性炭、中国黏土、 赤铁矿等。赤铁矿等。 表表1 1 常见吸附材料的比较常见吸附材料的比较 国内在处理工业废水时，最常国内在处理工业废水时，最常 使用的是化学沉淀法，因为它是最使用的是化学沉淀法，因为它是最 经济有效的，沉淀剂是氢氧化铁。经济有效的，沉淀剂是氢氧化铁。 沉淀剂沉淀剂 除砷率除砷率% % 硫酸盐铁硫酸盐铁 80809090 氯化铁氯化铁 8181100100 氢氧化铁氢氧化铁 94949696 硫酸铝硫酸铝 85859292 硫化物硫化物 8080 表表2 2 各种沉淀剂

14、除砷效率比较各种沉淀剂除砷效率比较 目前国外在处理废水、地下水污目前国外在处理废水、地下水污 染时，一般采用高分子粘合剂和滤膜染时，一般采用高分子粘合剂和滤膜 分离技术，原理是高分子聚合物上面分离技术，原理是高分子聚合物上面 带电荷的基团对带异性电荷的离子有带电荷的基团对带异性电荷的离子有 亲和性，在通过滤膜时，选择性的将亲和性，在通过滤膜时，选择性的将 聚合物与其吸附的离子阻留在滤膜上，聚合物与其吸附的离子阻留在滤膜上， 从而达到净水的目的。从而达到净水的目的。 环境中的微生物可以对水体中环境中的微生物可以对水体中 的砷富集、浓缩甚至转化，从而达的砷富集、浓缩甚至转化，从而达 到除砷的目的。

15、到除砷的目的。 微生物除砷微生物除砷 某些细菌可在较高浓度的砷酸某些细菌可在较高浓度的砷酸 盐，亚砷酸盐环境中生长。盐，亚砷酸盐环境中生长。 微生物对重金属的吸附量可从微生物对重金属的吸附量可从 几毫克每升到几毫克每升到8 83535微生物本微生物本 身的干重。身的干重。 细菌种类细菌种类 可用于水中除砷的细菌：可用于水中除砷的细菌： 无色杆菌无色杆菌 photorhabdus luminescens ； 假单孢菌假单孢菌 pseudomonadaceae 粪产硷杆菌粪产硷杆菌 alcaligenes faecalis 嗜酸硫杆菌嗜酸硫杆菌 thiobacillus acidophilus 氧

16、化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌 thiobacillusferrooxidans,t.f 模式种模式种 ( (英语：英语：type species) ) 锈色嘉利翁氏菌锈色嘉利翁氏菌 gallionella feruginea 赭色纤发菌赭色纤发菌 lentothriochracea 浓度影响浓度影响 砷的初始浓度对砷的去除率有砷的初始浓度对砷的去除率有 影响，菌对低浓度砷比高浓度砷去影响，菌对低浓度砷比高浓度砷去 除率偏高。除率偏高。 溶液中磷酸根的浓度也影响菌溶液中磷酸根的浓度也影响菌 对砷作用。对砷作用。 当磷酸根浓度为当磷酸根浓度为0.5mg0.5mgl l时，时， 有利于砷的吸附；大于有

17、利于砷的吸附；大于10mg10mgl l会抑会抑 制菌对砷的吸附。制菌对砷的吸附。 菌藻共生体可有效去除砷。菌藻共生体可有效去除砷。 藻类和细菌表面存在许多功能团，藻类和细菌表面存在许多功能团， 如羟基、羧基等，这些功能团可与如羟基、羧基等，这些功能团可与 水中砷共价结合。水中砷共价结合。 吸附在细胞表面的砷慢慢渗入吸附在细胞表面的砷慢慢渗入 细胞内原生质中。细胞内原生质中。 表表3 3 菌藻中常见砷化合物的分子式菌藻中常见砷化合物的分子式 活性污泥对重金属离子的吸附活性污泥对重金属离子的吸附 有两个机制，即表面吸附和胞内吸有两个机制，即表面吸附和胞内吸 附。附。 表面吸附是指活性污泥微生物表

18、面吸附是指活性污泥微生物 的胞外多聚物的胞外多聚物( (甲壳素、壳聚糖等甲壳素、壳聚糖等) ) 含有配位基团含有配位基团-0h-0h、-c00h-c00h、-nh-nh2 2和和 -sh-sh等，它们与金属离子进行沉淀、等，它们与金属离子进行沉淀、 络合、离子交换和吸附。络合、离子交换和吸附。 胞外吸收通过金属离子和胞内胞外吸收通过金属离子和胞内 的透膜酶、水解酶相结合而实现，的透膜酶、水解酶相结合而实现， 速度较慢，需要能量，而且与代谢速度较慢，需要能量，而且与代谢 有关。有关。 植物除砷植物除砷 某些植物对砷吸收是超富集的，某些植物对砷吸收是超富集的， 可能是砷的还原作用提高了植物细可能是

19、砷的还原作用提高了植物细 胞中氧化酶的活性。胞中氧化酶的活性。 目前已发现欧洲蕨目前已发现欧洲蕨 、蜈蚣草、蜈蚣草 、 大叶井口边草等植物对土壤中的砷大叶井口边草等植物对土壤中的砷 具有超强的富集作用。具有超强的富集作用。 在水体中，水葫芦、芦苇、香在水体中，水葫芦、芦苇、香 蒲、凤眼莲等植物应用于去除水体蒲、凤眼莲等植物应用于去除水体 中重金属的研究中。研究发现，砷中重金属的研究中。研究发现，砷 主要积累在植物的根部。主要积累在植物的根部。 欧洲蕨欧洲蕨 蜈蚣草（肾蕨）蜈蚣草（肾蕨） 香蒲香蒲 海洋生物除砷海洋生物除砷 海水中砷的含量很低，但是海洋海水中砷的含量很低，但是海洋 性生物（包括植物和动物）能富集吸性生物（包括植物和动物）能富集吸 收砷，海洋生物通常是较高水平砷的收砷，海洋生物通常是较高水平砷的 基体，特别是海藻类、贝壳类、鲸类基体，特别是海藻类、贝壳类、鲸类 等生物。海中藻类和双壳类中的主要等生物。海中藻类和双壳类中的主要 砷形态之一是三甲基胂（砷形态之一是三甲基胂（tmao）。）。 参考文献 1 石帮辉、王建全等,2008年和2009年云南省潋江县阳宗海水体砷 污染及周边饮用水和食品的监测评价j，中国地方病学杂 志,2011,30(1) 2 杨杰，顾海红，赵浩，等含砷废水处理技术研究进展j工业 水处理，2003，23(6)：1418 3