[发明专利]一种去除酸性含砷废水中三价砷与五价砷的方法

说明书

本发明公开了一种去除酸性含砷废水中三价砷与五价砷的方法，其特征在于：使用嗜酸性单质硫还原菌快速同步去除酸性含砷废水中三价砷与五价砷，包括以下步骤：向单质硫还原生物反应器中加入含砷废水；含砷废水含三价砷和五价砷，含砷废水中添加有碳源；单质硫还原生物反应器中定植有嗜酸性单质硫还原菌群；嗜酸性单质硫还原菌利用有机碳把单质硫还原为硫化物，五价砷在具备砷还原能力的单质硫还原菌与硫化物的共同作用下还原为三价砷，三价砷与硫化物形成砷硫化合物沉淀，从而快速同步去除废水中的三价砷与五价砷。本发明中的方法工艺流程简单、成本经济、除砷效果好，实现了生物法快速同步去除酸性含砷废水中的五价砷和三价砷，使出水砷含量低于0.1mg/L，达到排放标准。

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种去除酸性含砷废水中三价砷与五价砷的方法，特别涉及一种使用嗜酸性单质硫还原菌快速同步去除酸性含砷废水中三价砷与五价砷的方法。

背景技术

砷是自然界中普遍存在的一种元素，在地壳中含量为5mg/kg，在自然条件下主要以二硫化二砷(雄黄)、三硫化二砷(雌黄)、硫砷化铁等形式存在[1]。在氧化还原、自然风化等作用下砷会从含砷化合物中释放到自然环境中，引起砷污染。另外含砷矿物开采、有色金属冶炼、化工、农药和制革等人类工业活动会产生大量含砷废水，这些工业化过程会导致水体砷污染的加剧[2]。其中，含砷矿物开采导致的含砷酸性矿山废水(AMD)问题，由于毒害性强，污染面积广，是含砷废水处理技术研究的热点。含砷元素的物质大部分具有毒性，具致癌性，会破坏神经、消化和呼吸系统，以及损坏心、肝、肾等器官，吸入或者摄入含砷物质都有可能引起砷中毒，其中三价砷化合物较其他砷化合物有更强的生物积累性和毒性[3,4]。因此，砷及其化合物被列为优先控制污染物，世界卫生组织、美国、欧盟、日本江饮用水中砷标准定为0.01mg/L[5]。中国的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定中国的生活饮用水砷含量低于0.01mg/L，《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定工业废水排放标准最高允许排放浓度为0.5mg/L。

目前主要的含砷废水处理方法有物理法、化学法和生物法，其中沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法和生物法为常见的处理技术[6]。沉淀法作为含砷废水处理的最主要方法，原理为通过向含砷废水中投加化学试剂把水体中的砷转变为不溶的砷化物，然后过滤去除[7]。虽然其工艺操作简单但会产生大量含砷的有毒废渣，长期堆积容易造成二次污染。由于三价砷是一种亲水性物质，所以吸附性弱于五价砷，该法对三价砷去除效果较差，常常需要投加铁盐或铝盐等作为氧化剂把砷氧化为五价砷，预氧化过程会导致成本的增加[8]。离子交换法和吸附法同样存在需要预氧化的问题[9]。膜分离技术则因对溶解性或胶体的砷去除效果不佳，通常需要与混凝技术联合使用[10]。而生物法因具有运行成本低、去除效果好、无二次污染等优点具有良好的应用前景。其中酸盐还原产硫法是目前研究比较多的生物法除砷技术[11,12]。其原理为厌氧条件下硫酸盐还原菌利用有机物或氢气为电子供体，以硫酸盐为电子受体，把硫酸盐还原为硫化物，硫化物把五价砷还原为三价砷，随后与三价砷反应形成砷硫化合物沉淀从而使水体中的砷被去除[13,14]。但由于硫酸盐还原过程会产生碱度从而使水体pH值上升，这会导致砷硫化合物沉淀转变为可溶性的硫代砷，砷被重新释放到水体中，导致除砷稳定性差[15]。此外，五价砷需先还原为三价砷才能与硫化物形成砷硫化合物沉淀，但该反应受pH影响大，pH上升会导致五价砷的还原速率大为降低，导致整体除砷效率不佳[16]。因此，硫酸盐还原产硫法除砷存在出水稳定性差且对五价砷去除时间长等缺点。所以，快速同步去除废水中的三价砷和五价砷成为生物除砷技术的难点。