我國水體砷污染的治理研究進(jìn)展

我國水體砷污染的治理研究進(jìn)展第1頁/共65頁第2頁/共65頁

2008年11月和2009年7月淮河流域大沙河和邳蒼分洪道相繼發(fā)生砷污染事件，對水體造成嚴(yán)重影響。第3頁/共65頁第4頁/共65頁2008年6月，云南省陽宗海水體出現(xiàn)砷濃度超標(biāo)，導(dǎo)致嚴(yán)重污染，涉及昆明市宜良縣、呈貢縣、玉溪市瀲江縣，直接危及陽宗海沿岸居民的飲水和食品安全。第5頁/共65頁第6頁/共65頁2.水體中砷污染的來源

自然來源

在火山噴發(fā)物中含砷20mg／kg以及土壤和植物體內(nèi)以蒸氣態(tài)的形式釋放出砷，并且它們隨著降水進(jìn)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，并隨著雨水進(jìn)入河流、湖泊和海洋。第9頁/共65頁

工業(yè)來源

全世界每年鍛燒含砷硫化的礦石而釋放大氣中的砷含量約為6x1010kg，并且在采礦、冶煉、化工等工業(yè)生產(chǎn)活動中均產(chǎn)生含砷廢水。

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農(nóng)業(yè)釋放

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的使用含砷的肥料、農(nóng)藥以及污水灌溉等等，并隨著地表徑流進(jìn)入江、河、湖、海導(dǎo)致水體的污染。第13頁/共65頁第14頁/共65頁3.水體中砷的存在形式

無機(jī)砷形式

在自然界的水體當(dāng)中，砷主要以無機(jī)砷酸鹽(As043-)和亞砷酸鹽(As033-)兩種形式存在。第15頁/共65頁

研究表明：As043-富集在富氧的水體中，As033-富集在還原性水體中；在還原條件下，As3+比As5+易于遷移。第16頁/共65頁

有機(jī)砷形式有機(jī)砷的形式—甲基砷化合物，正是由于人類活動造成水體中砷的有機(jī)化合物增加，從而導(dǎo)致因砷的甲基化作用而產(chǎn)生砷的有機(jī)污染。第17頁/共65頁

在含砷廢水中砷的形態(tài)受pH的影響很大，在中性條件下，可溶性砷的濃度達(dá)到最大，隨著pH的升高或降低其濃度都將降低。第18頁/共65頁

當(dāng)pH=5.0時(shí)，溶液中砷主要以無機(jī)砷的形態(tài)存在；當(dāng)pH=6.5時(shí)，有機(jī)砷為其主要存在形態(tài)。第19頁/共65頁4.水體砷污染對生態(tài)環(huán)境的影響

砷對人體造成的影響人體砷中毒主要來源于水，砷對人體及動物有毒害作用，人體中將砷糖轉(zhuǎn)化為DMAA，而DMAA（二甲基胂酸）對人體具有致癌作用。第20頁/共65頁二甲基砷酸第21頁/共65頁砷的累積性是造成人體砷中毒的主要效應(yīng)，砷的毒性可分為急性和慢性。第22頁/共65頁

急性砷中毒是因攝入砷的量較大，中毒的劑量在5～50mg之間，癥狀為脫水、循環(huán)系統(tǒng)障礙、嘔吐、下痢等；致死劑量為120～200mg。第23頁/共65頁

不同型態(tài)的砷化合物對人體毒性差異比較大，其毒性大小的順序是：砷化氫(As3-)>有機(jī)砷化三氫衍生物(As3+)>無機(jī)亞砷酸鹽(As3+)>有機(jī)砷化合物(As3+)>氧化砷(As3+)>無機(jī)砷酸鹽(As5+)>有機(jī)砷化合物(As5+)>金屬砷(As0)。第24頁/共65頁

實(shí)驗(yàn)表明，無機(jī)砷化合物的毒性大于有機(jī)砷化合物，As3+類是As5+類毒性的60倍。第25頁/共65頁

砷對植物的影響

砷并不是植物體內(nèi)所必需的營養(yǎng)元素，但微量的砷可以促進(jìn)其產(chǎn)量增加，其原因可能是砷酸可取代被土壤粘粒礦物吸附的磷酸，使磷的有效性提高，有利于植物對磷的吸收。第26頁/共65頁第27頁/共65頁

另外也可能是因?yàn)樯榈倪€原作用提高了植物細(xì)胞中氧化酶的活性；或者砷殺死或抑制危害植物的病菌，有利于植物正常生長等等。第28頁/共65頁

但是砷的總量超過基準(zhǔn)值15X10-6

mol/L會使植物生長發(fā)育受阻，影響植物對水分和營養(yǎng)的吸收，并使砷在植物中累積，造成葉綠素的破壞。第29頁/共65頁

砷對微生物的影響

微生物在砷循環(huán)中起到很重要的作用，微量砷可在微生物體內(nèi)進(jìn)行還原、氧化或甲基化等。第30頁/共65頁

海藻能將砷酸鹽轉(zhuǎn)變成非揮發(fā)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頁/共65頁

研究證明，可食性海藻和其它海產(chǎn)品是人類日常食品之一，那么可食性海藻從海水中吸收砷，并轉(zhuǎn)化為有機(jī)胂化合物。（ASB）砷甜菜堿是海洋動物和海藻類中砷形態(tài)主要形式之一，而且ASB對人體是無害的。第32頁/共65頁砷甜菜堿第33頁/共65頁5.水體砷污染的治理方法

現(xiàn)今國內(nèi)外治理含As廢水技術(shù)主要有物化法和生化法兩大類。第34頁/共65頁

物化法包括：吸附法、沉淀絮凝法、膜分離法和離子交換法等，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頁/共65頁

吸附法是成熟且簡單易行的除As技術(shù)．特別適用于大量而濃度較低的水處理體系。用吸附法處理含As污水．可將污水中As的濃度降到最低水平。第36頁/共65頁

吸附技術(shù)的原理是利用吸附材料的吸附能力，與污染物有較強(qiáng)的親和力，從而使砷從水中去除。

吸附材料的表面積越大、單位表面積上的有效吸附位點(diǎn)越多，吸附效果就越好。第37頁/共65頁

吸附材料有：有活性鋁、活性鋁土礦、活性炭、中國黏土、赤鐵礦等。第38頁/共65頁表1常見吸附材料的比較

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國內(nèi)在處理工業(yè)廢水時(shí)，最常使用的是化學(xué)沉淀法，因?yàn)樗亲罱?jīng)濟(jì)有效的，沉淀劑是氫氧化鐵。第40頁/共65頁表2各種沉淀劑除砷效率比較第41頁/共65頁

目前國外在處理廢水、地下水污染時(shí)，一般采用高分子粘合劑和濾膜分離技術(shù)，原理是高分子聚合物上面帶電荷的基團(tuán)對帶異性電荷的離子有親和性，在通過濾膜時(shí)，選擇性的將聚合物與其吸附的離子阻留在濾膜上，從而達(dá)到凈水的目的。第42頁/共65頁

環(huán)境中的微生物可以對水體中的砷富集、濃縮甚至轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到除砷的目的。微生物除砷第43頁/共65頁

某些細(xì)菌可在較高濃度的砷酸鹽，亞砷酸鹽環(huán)境中生長。

微生物對重金屬的吸附量可從幾毫克每升到8％～35％微生物本身的干重。第44頁/共65頁

細(xì)菌種類

可用于水中除砷的細(xì)菌：

①

無色桿菌

Photorhabdus

luminescens；

②假單孢菌

Pseudomonadaceae

③糞產(chǎn)鹼桿菌

Alcaligenesfaecalis

④嗜酸硫桿菌

Thiobacillusacidophilus第45頁/共65頁⑤

氧化亞鐵硫桿菌

Thiobacillusferrooxidans,T.f⑥

模式種(英語：Typespecies)⑦銹色嘉利翁氏菌

Gallionellaferuginea⑧赭色纖發(fā)菌

Lentothriochracea第46頁/共65頁

濃度影響

砷的初始濃度對砷的去除率有影響，菌對低濃度砷比高濃度砷去除率偏高。第47頁/共65頁

溶液中磷酸根的濃度也影響菌對砷作用。

當(dāng)磷酸根濃度為0.5mg／L時(shí)，有利于砷的吸附；大于10mg／L會抑制菌對砷的吸附。第48頁/共65頁

菌藻共生體可有效去除砷。藻類和細(xì)菌表面存在許多功能團(tuán)，如羥基、羧基等，這些功能團(tuán)可與水中砷共價(jià)結(jié)合。

吸附在細(xì)胞表面的砷慢慢滲入細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)中。第49頁/共65頁表3菌藻中常見砷化合物的分子式第50頁/共65頁

活性污泥對重金屬離子的吸附有兩個(gè)機(jī)制，即表面吸附和胞內(nèi)吸附。第51頁/共65頁

表面吸附是指活性污泥微生物的胞外多聚物(甲殼素、殼聚糖等)含有配位基團(tuán)-0H、-C00H、-NH2和-SH等，它們與金屬離子進(jìn)行沉淀、絡(luò)合、離子交換和吸附。第52頁/共65頁

胞外吸收通過金屬離子和胞內(nèi)的透膜酶、水解酶相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)，速度較慢，需要能量，而且與代謝有關(guān)。第53頁/共65頁植物除砷

某些植物對砷吸收是超富集的，可能是砷的還原作用提高了植物細(xì)胞中氧化酶的活性。第54頁/共65頁

目前已發(fā)現(xiàn)歐洲蕨、蜈蚣草、大葉井口邊草等植物對土壤中的砷具有超強(qiáng)的富集作用。

在水體中，水葫蘆、蘆葦、香蒲、鳳眼蓮等植物應(yīng)用于去除水體中重金屬的研究中。研究發(fā)現(xiàn)，砷主要積累在植物的根部。第55頁/共65頁歐洲蕨第56頁/共65頁蜈蚣草（腎蕨）第57頁/共65頁香蒲第58頁/共65頁海洋生物除砷

海水中砷的含量很低，但是海洋性生物（包括植物和動物）能富集吸收砷，海洋生物通常是較高水平砷的基體，特別是海藻類、貝殼類、鯨類等生物。海中藻類和雙殼類中的主要砷形態(tài)之一是三甲基胂（TMAO）。第59頁/共65頁第60頁/共65頁參考文獻(xiàn)1石幫輝、王建全等,2008年和2009年云南省瀲江縣陽宗海水體砷污染及周邊飲用水和食品的監(jiān)測評價(jià)[J]，中國地方病學(xué)雜志,2011,30(1)2楊杰，顧海紅，趙浩，等．含砷廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]工業(yè)水處理，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頁/共65頁5徐海巖，顏望明．細(xì)菌抗砷特性研究進(jìn)展[J]．微生物學(xué)通報(bào)，1995，22(4)：228—231．6廖敏，茵藻共生體去除廢水中砷初探[J]．環(huán)境污染與防治，1997，19(2)：11—127苑寶玲李坤林等，飲用水砷污染治理研究進(jìn)展，水污染防治，