低浓度含砷废水处理工艺

砷是一种具有强毒性的类金属元素，在自然界中广泛存在。随着工业发展，含砷废水排放问题日益突出，特别是低浓度含砷废水（通常指砷浓度低于10mg/L）的处理面临独特挑战。长期接触含砷废水会导致皮肤病变、神经系统损伤甚至癌症，我国《污水综合排放标准》（GB8978-1996）明确规定总砷最高允许排放浓度不得超过0.5mg/L。本文将系统分析当前主流的低浓度含砷废水处理工艺，探讨其技术原理、应用特点及发展趋势。

物理化学处理工艺

吸附处理技术

吸附法因其高效性和选择性成为低浓度含砷废水处理的首选方案。活性炭是最常用的吸附剂，其发达的孔隙结构可有效截留砷离子。研究表明，改性后的铁基活性炭对As(V)的吸附容量可达35-50mg/g。近年来，纳米吸附材料如Fe3O4-MnO2复合物表现出更优异的性能，不仅能吸附砷，还能将毒性更强的As(III)氧化为更易去除的As(V)。某电子厂采用活性炭-超滤组合工艺，将进水砷浓度从2.5mg/L降至0.02mg/L以下，运行成本约6元/吨。

离子交换技术

强碱性阴离子交换树脂对砷酸根具有特殊选择性，特别适用于处理低浓度含砷废水。D201-Zr型载锆树脂对As(V)的去除率可达99.9%，处理后的出水砷浓度可低于0.01mg/L。离子交换法的优势在于处理精度高、出水水质稳定，但树脂再生过程复杂，且易受水中其他阴离子干扰。某饮用水厂采用"离子交换-反渗透"双级处理系统，长期运行数据显示砷去除率稳定在99.8%以上。

膜分离技术

膜分离技术通过物理截留作用去除砷离子，无需添加化学药剂。超滤膜对As(V)的截留率可达90%以上，而纳滤和反渗透膜对砷的去除率更高达95-99%。新型巯基壳聚糖/活性炭复合功能膜对As(III)和As(V)的吸附容量分别高达480mg/g和357mg/g，在pH2-9范围内均保持90%以上的去除率。膜技术的局限性在于投资成本较高，且需要严格的预处理以防止膜污染。

化学处理工艺

混凝沉淀技术

混凝沉淀法通过投加铁盐、铝盐等混凝剂，使砷形成难溶化合物沉淀。铁盐在pH6-8条件下与砷酸根生成FeAsO4沉淀，溶解度积仅为5.7×10^{-21}。某矿山废水处理案例显示，控制铁砷质量比12:1时，砷去除率可达98%，出水浓度<0.05mg/L。该技术操作简便、成本低廉，但污泥产量大，后续处置成本较高。

高级氧化技术

高级氧化工艺主要用于将高毒性的As(III)转化为更易去除的As(V)。臭氧氧化在pH7条件下，30分钟内可将As(III)完全氧化，氧化效率比传统双氧水高3-5倍。电芬顿技术通过阴极原位产H2O2，减少了药剂投加量，某化工厂应用后运行成本降低40%。氧化工艺通常需与其他去除技术联用，构成"氧化-沉淀/吸附"组合系统。

生物处理工艺

微生物处理技术

某些特殊微生物如硫酸盐还原菌能通过代谢作用转化砷形态。活性污泥中的胞外聚合物(ECP)可通过络合作用吸附砷离子，研究表明糖类物质是主要吸附位点。某污水处理厂采用"厌氧-好氧"生物组合工艺，在HRT=24h条件下，进水砷1.5mg/L降至0.1mg/L以下。生物法具有环境友好、运行成本低的优点，但处理周期较长且对环境条件敏感。

人工湿地技术

构建式人工湿地通过植物吸收和基质吸附协同除砷。蜈蚣草对砷的富集系数可达200以上，配合铁矿石基质，系统对低浓度砷的去除率可达70-85%。湖南某砷污染区的人工湿地工程显示，进水砷0.8mg/L经三级湿地处理后降至0.05mg/L以下。湿地技术适合分散式、小水量的处理场景，但占地面积大，处理效率受季节影响明显。

组合工艺创新

吸附-膜分离耦合工艺

"活性炭吸附-超滤"组合系统充分发挥了吸附的选择性和膜的截留作用。活性炭作为预处理可延长膜使用寿命，而超滤能有效截留吸附饱和的活性炭颗粒。浙江某工业园区采用该工艺，将进水砷2.0mg/L处理至0.03mg/L以下，膜通量稳定在15-20L/(m²·h)。

化学-生物联合工艺

"芬顿氧化-生物活性炭"工艺先通过氧化转化砷形态，再利用生物活性炭吸附去除。广东某印染废水处理案例显示，该组合工艺较单独氧化成本降低35%，出水砷<0.1mg/L。关键控制参数包括：H2O2/Fe²⁺摩尔比10:1，生物炭接触时间≥30min。

技术发展趋势

新型材料研发

磁性纳米吸附剂如Fe3O4@SiO2-NH2可通过外加磁场快速分离，解决了传统吸附剂分离难题。生物炭负载铁锰氧化物复合材料兼具吸附和氧化功能，对As(III)的去除效率提升40%以上。

智能化控制

基于物联网的智能加药系统通过在线砷监测反馈调节药剂投加量，某水厂应用后药剂消耗减少20%。数字孪生技术可模拟不同水质条件下的处理效果，为工艺优化提供决策支持。

资源化利用

微生物燃料电池在处理含砷废水同时发电，实验室规模已实现每去除1mg砷产生0.5-0.8mW电能。藻类培养系统耦合砷去除，可同步生产生物质燃料，实现废水处理与能源回收的双重效益。

结论

低浓度含砷废水处理需要根据水质特性选择适宜工艺：物化法适合要求高处理精度的场合，生物法则在低成本处理方面具有优势，而化学法更适合作为预处理手段。未来技术发展将重点关注三个方面：1）开发高效、可再生、低成本的新型功能材料；2）优化组合工艺，发挥协同效应；3）推进智能化运行管理，提高系统稳定性。通过技术创新和工程实践，低浓度含砷废水处理将更好地服务于水环境保护和人类健康保障。