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时间:2022/08/26 05:54:17 编辑:

水中锑污染的治理现状与研究进展

摘要: 受人类活动和自然过程的影响,水体中锑污染日趋严重。有关环境中锑的分布、毒性渐渐成为国外研究的一个热点。本文主要阐述了锑的环境标准、水体中锑离子的分布、转化和反应规律,并对国内外水中锑的各种去除方法进行综合评述,为锑污染的治理和研究工作提供参考。

关键词: 锑 污染 水处理 研究进展

一、引言

锑(antimony),元素符号为Sb,取自其拉丁文名stibium,属于元素周期表中第Ⅴ主族,原子序数51[1]。锑是两性稀有金属,总共有四种价态(-3,0,+3,+5),后两者为环境中的主要价态 [2] [3]。环境中的锑污染来自两部分:1、人为污染,这部分包括含锑的生活垃圾,采矿作业造成的粉尘、废水、废渣,汽油和火电站所用的煤炭等含锑燃料的燃烧[4]。2、自然污染,它主要指富集锑地区如锑矿区、,某些温泉和地热地带因其特殊的地质条件造成周围环境的含锑量偏高现象。Nriagu等指出,人为污染要比自然污染严重得多。受岩石风化、雨水冲刷和人为排放等因素的影响,天然水体将最终成为大部分锑的环境归宿。锑以各种化合物形式或以悬浮态或以溶解态存在于水环境中。一些研究表明,锑对生物和人体有慢性毒性和致癌性。锑污染问题不容忽视。有关环境中的锑污染及其分布、毒性国外已有文献报道[5]。本文在综述国内外文献的基础上,对水中锑的各种去除方法进行评述,为锑污染的治理和研究工作提供参考。

二、锑的毒性和环境标准<托腹带/p>

锑不是生物体必需的元素。不同价态的锑毒性大小顺序如下:0价>+3(Ⅲ)价> +5(Ⅴ)价>有机锑。其中三价锑的毒性比五价锑高十倍。基于对锑的毒性研究,一些学者得到了土壤中锑的最大允许浓度为3.mg/kg[6]。

美国环保局和欧盟分别在1979年和1976年将锑列为优先考虑的污染物,日本环卫厅也将其列为密切关注的污染物[7]。世界各国都对锑制定了严格的环境标准。德国规定人体每日平均吸双氧水锑量为23μgSb/d[8]。欧盟规定饮用水中锑的最大允许浓度(maximum admissible concentration)为5μg/L[9]。日本规定为2μg/L[10]。美国环保局将饮用水中锑的MCLG(maximum contaminant level goal)和MCL(maximum contaminant level)值均定为6μg/L[11]。世界卫生组织基于从家鼠身上观测到的0.43mg/(kg.d)的致病含锑量,规定饮用水中的锑含量应低于5μg/L[12]。我国也对环境中的锑作了相应的限值规定。我国《地表水环境质量标准》(GB)和《生活饮用水卫生规范》(卫生部,2001年)中均将锑的限值定为5μg/L。《城市给水工程规划规范》(GB)规定水厂出水中锑铝>铁。Belzile等则进一步发现,人工配制的水合铁、锰氧化物对三价锑的主要作用是:吸附-氧化-释放,即吸附后氧化成五价锑再释放出来。整个过程经测定为假一级反应,常数0.887±0.167/天(人工配制水合铁氧化物)、0.574±0.093/天(天然水合铁氧化物)、1.52~2.35/天(人工配制水合锰氧化物)[21]。锑和铁、锰水合氧化物之间的特殊吸附性质可应用于对锑的水处理。

四、锑污染的治理现状与研究进展

1化学沉淀法

化学沉淀法指通过外加药剂使水中的锑形成沉淀而得以去除的方法,常用方法如下:

(1)调节pH值

根据溶度积原理,利用锑氢氧化物在水中的低溶解度去除。由于锑呈两性,因此如何选择最佳pH值应根据实验而定。张伟宁等人用分部沉积法去除金属合金溶液中的锑,先调节pH=5~6,将溶液通过膜滤、洗净、烘干,再调节pH=9~10,膜滤、洗净、烘干。通过此法,可将锑的浓度由300ppm降到25ppm[22]。

(2)投加铁盐和硫离子

这两者对锑去除的机理不甚相同,铁盐对于锑的去除机理现仍无定论。把它们归于一类是由于两者均是通过外加药剂产生沉淀而去除锑。由于硫离子和锑能够生成不溶物,因此是尾矿废水处理中的常用方法。铁盐对于锑的去除主要应用于饮用水的处理,因为铁盐是水处理中的常用药剂,这样不会在去除锑的同时带来二次污染。同时强化混凝也是给水处理中比较经济的一种办法。YuKoNaKamura和TaUashi Tonnnaga利用三氯化铁(FC)对锑有良好的絮凝作用的性质,通过调控pH,使污染水中锑的去除达到80%至90% [23]。Meea K等人用三氯化铁(FC)和聚合氯化铝(PAC)分别进行混凝烧杯实验,处理自配和天然的含锑水样。结果表明,PAC的去除作用不大,FC是比较有效的除锑药剂,三价锑较五价锑更易去除且不受pH影响,并得出去除五价锑的最佳pH=5[24]。笔者采用聚合硫酸铁为混凝剂中试实验处理受锑污染原水,也得到了相类似的结论。

(3)pH调节与投加铁盐联用

通过调节pH值又投加混凝药剂的方法强化处理。杜军[25]将FeSO4和Ca(OH)2一起加入含锑的尾矿废水中,使其发生混凝吸附共沉淀,将3.1mg/L含锑废水去除至0.098mg/L并认为主要的化学反应是:

2、电化学方法

金属的电化学反应是比较常见的现象。Mills T于1953年发现锑的电位沉积现象。李红等观测到了三价锑在铂电极上的欠电位沉积现象[26]。污废水处理中也利用了这个原理。张志[27]等用微电解-中和沉淀法处理矿山废水。其过程是:让酸性废水通过充满焦炭和铁屑的柱状反应器,然后出水加碱中和。其原理是:原水通过反应器时会形成无数个微小的原电池;金属离子如锑在阴极(焦炭)发生还原反应形成单质而滞留;阳极的铁以离子形式溶出,在后续的加碱回调中作为具有吸附性能的混凝剂改善水质;经过处理,可使水中锑含量由28mg/L降至0.14mg/L。

1984年美国Don Heskett发明了一种称为KDF的高纯度铜锌合金作为过滤介质,它可通过电化学和部分催化作用完成去除溶解于水中的锑离子,溶于水中的锑离子还原成不溶性的锑单质并镀覆于颗粒介质的表面和中间[28]。

3、离子交换法

最常见的是离子交换树脂和活性氧化铝。活性氧化铝的除锑机理仍不明了,鉴于它对五价锑的良好吸附性能及参考其除氟原理,笔者大胆地把它归入这一类。

Xu Y-H[29]用商业活性氧化铝(AA)作吸附剂,发现它对五价锑离子有非常好的吸附性能,最佳pH=2.8~4.3,饱和的AA可以用50mM氢氧化钠溶液再生。实验还发现硝酸盐、氯化物、亚砷酸盐对吸附影响很小,而砷酸盐、EDTA、酒石酸盐、硫酸盐可以显著降低其吸附性能。他同时推测活性氧化铝和五价锑离子以静电吸附和特性吸附为主。

Nalan Ozdermir[30]等人所做的研究表明,XAD-8型离子交换树脂对无机形态的Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)离子有很强的吸附作用,该系统最优pH范围是(pH=5时最佳),其对Sb(Ⅴ)的去除作用要比Sb(Ⅲ)的去除平均低12.5%。不过该装置是用作分析的预处理,规模很小。何万年等用氨基烷基磷酸基鳌合性阳离子交换树脂处理铜电解液中的锑离子,也取得较好的效果[31]。

4、其它方法

除以上三大类以外,还有其它的一些办法。日本人Yamashita采用投加HCL和阳离子表面活性剂,然后通入空气的办法,使锑吸附在气泡表面而去除[32]。1972年Sigworth 和 Smith 曾报道活性炭对锑有极好的吸附性能,但此后未再见相类似的报道。

五、展望

环境中的锑污染正在不断引起人们的高度重视,随着研究的开展和深入,锑在环境中的毒性和分布规律也在不断为人们所了解。伴随着严格的紧急供电环境标准的建立,也给水处理行业带来了巨大的挑战。

(1)锑在水环境中的存在价态和形态非常复杂,其迁移、转化和分布规律都有待更系统深入的分析和讨论。由于检测方法和形态分析的滞后,为相关的理论研究带来了困难。

(2)现有水处理领域中的处理方法对锑的去除效果不理想,难以在满足水质标准要求的同时又兼顾处理的经济性。一方面,锑特殊的物理化学性质促使人们需要寻求新的处理方法、药剂和材料;另一方面,又要考虑尽量不因此而增加水处理的成本。因此,如何寻找高效和经济可行的除锑手段是亟待解决的问题。同时相关问题的解决也可为解决水质污染中的重按下电脑主机开关金属污染问题提供借鉴和参考。

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