我国水体砷污染的治理研究进展

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2008年11月和2009年7月淮河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。第3页/共65页第4页/共65页2008年6月，云南省阳宗海水体出现砷浓度超标，导致严重污染，涉及昆明市宜良县、呈贡县、玉溪市潋江县，直接危及阳宗海沿岸居民的饮水和食品安全。第5页/共65页第6页/共65页2.水体中砷污染的来源

自然来源

在火山喷发物中含砷20mg／kg以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、湖泊和海洋。

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土壤中含有大量的砷及其化合物，并随着雨水进入河流、湖泊和海洋。第9页/共65页

工业来源

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6x1010kg，并且在采矿、冶炼、化工等工业生产活动中均产生含砷废水。

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农业释放

在农业生产过程中的使用含砷的肥料、农药以及污水灌溉等等，并随着地表径流进入江、河、湖、海导致水体的污染。第13页/共65页第14页/共65页3.水体中砷的存在形式

无机砷形式

在自然界的水体当中，砷主要以无机砷酸盐(As043-)和亚砷酸盐(As033-)两种形式存在。第15页/共65页

研究表明：As043-富集在富氧的水体中，As033-富集在还原性水体中；在还原条件下，As3+比As5+易于迁移。第16页/共65页

有机砷形式有机砷的形式—甲基砷化合物，正是由于人类活动造成水体中砷的有机化合物增加，从而导致因砷的甲基化作用而产生砷的有机污染。第17页/共65页

在含砷废水中砷的形态受pH的影响很大，在中性条件下，可溶性砷的浓度达到最大，随着pH的升高或降低其浓度都将降低。第18页/共65页

当pH=5.0时，溶液中砷主要以无机砷的形态存在；当pH=6.5时，有机砷为其主要存在形态。第19页/共65页4.水体砷污染对生态环境的影响

砷对人体造成的影响人体砷中毒主要来源于水，砷对人体及动物有毒害作用，人体中将砷糖转化为DMAA，而DMAA（二甲基胂酸）对人体具有致癌作用。第20页/共65页二甲基砷酸第21页/共65页砷的累积性是造成人体砷中毒的主要效应，砷的毒性可分为急性和慢性。第22页/共65页

急性砷中毒是因摄入砷的量较大，中毒的剂量在5～50mg之间，症状为脱水、循环系统障碍、呕吐、下痢等；致死剂量为120～200mg。第23页/共65页

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：砷化氢(As3-)>有机砷化三氢衍生物(As3+)>无机亚砷酸盐(As3+)>有机砷化合物(As3+)>氧化砷(As3+)>无机砷酸盐(As5+)>有机砷化合物(As5+)>金属砷(As0)。第24页/共65页

实验表明，无机砷化合物的毒性大于有机砷化合物，As3+类是As5+类毒性的60倍。第25页/共65页

砷对植物的影响

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，使磷的有效性提高，有利于植物对磷的吸收。第26页/共65页第27页/共65页

另外也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；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。第28页/共65页

但是砷的总量超过基准值15X10-6

mol/L会使植物生长发育受阻，影响植物对水分和营养的吸收，并使砷在植物中累积，造成叶绿素的破坏。第29页/共65页

砷对微生物的影响

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行还原、氧化或甲基化等。第30页/共65页

海藻能将砷酸盐转变成非挥发性的胂（甲基化）化合物；淡水藻可以合成脂溶性砷化合物。第31页/共65页

研究证明，可食性海藻和其它海产品是人类日常食品之一，那么可食性海藻从海水中吸收砷，并转化为有机胂化合物。（ASB）砷甜菜碱是海洋动物和海藻类中砷形态主要形式之一，而且ASB对人体是无害的。第32页/共65页砷甜菜碱第33页/共65页5.水体砷污染的治理方法

现今国内外治理含As废水技术主要有物化法和生化法两大类。第34页/共65页

物化法包括：吸附法、沉淀絮凝法、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。

生化法包括：微生物法、植物吸收法等。第35页/共65页

吸附法是成熟且简单易行的除As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As污水．可将污水中As的浓度降到最低水平。第36页/共65页

吸附技术的原理是利用吸附材料的吸附能力，与污染物有较强的亲和力，从而使砷从水中去除。

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，吸附效果就越好。第37页/共65页

吸附材料有：有活性铝、活性铝土矿、活性炭、中国黏土、赤铁矿等。第38页/共65页表1常见吸附材料的比较

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国内在处理工业废水时，最常使用的是化学沉淀法，因为它是最经济有效的，沉淀剂是氢氧化铁。第40页/共65页表2各种沉淀剂除砷效率比较第41页/共65页

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，从而达到净水的目的。第42页/共65页

环境中的微生物可以对水体中的砷富集、浓缩甚至转化，从而达到除砷的目的。微生物除砷第43页/共65页

某些细菌可在较高浓度的砷酸盐，亚砷酸盐环境中生长。

微生物对重金属的吸附量可从几毫克每升到8％～35％微生物本身的干重。第44页/共65页

细菌种类

可用于水中除砷的细菌：

①

无色杆菌

Photorhabdus

luminescens；

②假单孢菌

Pseudomonadaceae

③粪产硷杆菌

Alcaligenesfaecalis

④嗜酸硫杆菌

Thiobacillusacidophilus第45页/共65页⑤

氧化亚铁硫杆菌

Thiobacillusferrooxidans,T.f⑥

模式种(英语：Typespecies)⑦锈色嘉利翁氏菌

Gallionellaferuginea⑧赭色纤发菌

Lentothriochracea第46页/共65页

浓度影响

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除率偏高。第47页/共65页

溶液中磷酸根的浓度也影响菌对砷作用。

当磷酸根浓度为0.5mg／L时，有利于砷的吸附；大于10mg／L会抑制菌对砷的吸附。第48页/共65页

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，如羟基、羧基等，这些功能团可与水中砷共价结合。

吸附在细胞表面的砷慢慢渗入细胞内原生质中。第49页/共65页表3菌藻中常见砷化合物的分子式第50页/共65页

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附。第51页/共65页

表面吸附是指活性污泥微生物的胞外多聚物(甲壳素、壳聚糖等)含有配位基团-0H、-C00H、-NH2和-SH等，它们与金属离子进行沉淀、络合、离子交换和吸附。第52页/共65页

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，速度较慢，需要能量，而且与代谢有关。第53页/共65页植物除砷

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胞中氧化酶的活性。第54页/共65页

目前已发现欧洲蕨、蜈蚣草、大叶井口边草等植物对土壤中的砷具有超强的富集作用。

在水体中，水葫芦、芦苇、香蒲、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，砷主要积累在植物的根部。第55页/共65页欧洲蕨第56页/共65页蜈蚣草（肾蕨）第57页/共65页香蒲第58页/共65页海洋生物除砷

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（TMAO）。第59页/共65页第60页/共65页参考文献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)：14～183XIEZheng-miao，HUANGChang—yong．Effectsofcombinedpollutionofleadzincarseniconricegrowth[J]．ActaEcologieaSinica，1994，14(2)：215-217．4FANWen-hua,ZHANGNai—ming．Astudyofthecontenofarsenicindifferenttypeofsoilandtheharmfuleffectofarsenicandtocountermeasure[J]．JournalofShanxiTeacher’SUniversityNaturalScienceEdition，1999，8(3)：65—68．第61页/共65页5徐海岩，颜望明．细菌抗砷特性研究进展[J]．微生物学通报，1995，22(4)：228—231．6廖敏，茵藻共生体去除废水中砷初探[J]．环境污染与防治，1997，19(2)：11—127苑宝玲李坤林等，饮用水砷污染治理研究进展，水污染防治，