一、除砷設(shè)備應(yīng)用背景與必要性
砷(As)是一種具有強(qiáng)毒性的重金屬元素，廣泛存在于地下水、工業(yè)廢水(如采礦、冶金、化工、半導(dǎo)體制造廢水)及土壤中。長期接觸含砷水體或食用受砷污染的食物，會(huì)導(dǎo)致慢性中毒，引發(fā)皮膚癌、肺癌、肝癌等嚴(yán)重疾病，還會(huì)對神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成不可逆損傷。
根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2022)，飲用水中砷含量需≤0.01mg/L;工業(yè)廢水排放則需符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)等行業(yè)規(guī)范，部分高要求領(lǐng)域(如電子工業(yè))砷排放限值甚至低至 0.005mg/L。因此，高效除砷設(shè)備成為保障水質(zhì)安全、控制環(huán)境污染的關(guān)鍵核心設(shè)備。
二、主流除砷設(shè)備工藝原理
目前工業(yè)與民用領(lǐng)域常用的除砷設(shè)備，根據(jù)核心除砷機(jī)制可分為吸附法、沉淀法、膜分離法、離子交換法四大類，不同類型設(shè)備的工藝原理存在顯著差異，適配場景也各有側(cè)重。
1. 吸附法除砷設(shè)備：物理吸附 + 化學(xué)固定
核心原理：以多孔吸附材料(如改性活性炭、氧化鐵基吸附劑、沸石、生物炭等)為核心過濾介質(zhì)，通過 “物理吸附(孔隙截留)+ 化學(xué)固定(配位結(jié)合)” 雙重作用去除水中砷離子。
具體過程為：含砷水體流經(jīng)吸附柱時(shí)，水中的 As (Ⅲ)(亞砷酸根)和 As (Ⅴ)(砷酸根)先被吸附劑表面的羥基(-OH)、羧基(-COOH)等活性基團(tuán)捕獲，隨后通過離子交換、絡(luò)合反應(yīng)形成穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合物，最終被固定在吸附材料表面，實(shí)現(xiàn)水與砷的分離。
注：由于 As (Ⅲ) 的吸附親和力低于 As (Ⅴ)，部分高端吸附設(shè)備會(huì)前置 “氧化單元”(如添加次氯酸鈉、臭氧)，將 As (Ⅲ) 氧化為 As (Ⅴ)，提升吸附效率。
典型設(shè)備結(jié)構(gòu)：多為 “預(yù)處理單元(過濾泥沙、懸浮物)+ 吸附柱(填裝吸附劑)+ 反沖洗單元(定期再生吸附劑)+ 監(jiān)測單元(在線砷濃度檢測儀)” 組成的模塊化系統(tǒng)，單臺(tái)設(shè)備處理量通常為 0.5-50m³/h，適配中小型水體處理場景(如農(nóng)村飲用水凈化、企業(yè)車間廢水預(yù)處理)。
2. 沉淀法除砷設(shè)備：化學(xué)反應(yīng) + 固液分離
核心原理：通過向含砷水體中投加化學(xué)藥劑(如氫氧化鐵、硫酸亞鐵、聚合氯化鋁、石灰等)，利用 “化學(xué)沉淀反應(yīng)” 將可溶性砷離子轉(zhuǎn)化為不溶性的砷化物沉淀，再通過沉淀、絮凝、過濾等步驟分離去除。
以主流的 “鐵鹽沉淀法” 為例：投加的 Fe³+ 與水中的 As (Ⅴ) 反應(yīng)生成 FeAsO₄(砷酸鐵)沉淀，與 As (Ⅲ) 反應(yīng)生成 Fe (AsO₂)₃(亞砷酸鐵)沉淀;同時(shí)，F(xiàn)e³+ 水解生成的氫氧化鐵(Fe (OH)₃)絮體還會(huì)通過 “吸附包裹” 作用，將微小砷化物沉淀團(tuán)聚成大顆粒，便于后續(xù)過濾分離。
對于高濃度含砷廢水(如采礦廢水，砷含量>10mg/L)，常采用 “兩級(jí)沉淀工藝”：一級(jí)投加石灰調(diào)節(jié) pH 至 10-12，去除大部分砷和重金屬;二級(jí)投加鐵鹽調(diào)節(jié) pH 至 6-8，深度降低砷含量至排放標(biāo)準(zhǔn)以下。
典型設(shè)備結(jié)構(gòu)：由 “藥劑投加系統(tǒng)(計(jì)量泵精準(zhǔn)投藥)+ 反應(yīng)池(攪拌混合反應(yīng))+ 絮凝池(形成大絮體)+ 沉淀池(斜管 / 斜板沉淀)+ 過濾罐(石英砂 / 濾布過濾)” 組成，處理量可達(dá) 10-500m³/h，主要用于工業(yè)高濃度含砷廢水處理(如冶煉廠、化工廠、礦山廢水)。
3. 膜分離法除砷設(shè)備：孔徑篩分 + 電荷排斥
核心原理：利用具有特定孔徑的膜材料(如反滲透膜 RO、納濾膜 NF、超濾膜 UF)，通過 “孔徑篩分效應(yīng)” 和 “電荷排斥效應(yīng)” 截留水中的砷離子及砷化物顆粒。
反滲透膜(RO)：孔徑僅 0.1-1nm，可直接截留 As (Ⅲ)、As (Ⅴ) 及其他溶解性鹽類，除砷率可達(dá) 99% 以上，但對進(jìn)水水質(zhì)要求高(需前置預(yù)處理去除懸浮物、膠體，避免膜污染);
納濾膜(NF)：孔徑 1-10nm，利用膜表面的負(fù)電荷排斥帶負(fù)電的 As (Ⅴ)(如 H₂AsO₄⁻、HAsO₄²⁻)，除砷率約 90%-95%，且運(yùn)行壓力低于 RO 膜，能耗更低;
超濾膜(UF)：孔徑 10-100nm，無法直接截留可溶性砷離子，需與 “預(yù)處理吸附” 結(jié)合(如前置氧化鐵涂層超濾膜)，通過 “吸附 + 膜截留” 協(xié)同除砷，適配中等濃度含砷水體處理。
典型設(shè)備結(jié)構(gòu)：采用 “預(yù)處理單元(多介質(zhì)過濾 + 活性炭吸附 + 保安過濾)+ 膜組件(RO/NF/UF 膜殼與膜元件)+ 高壓泵(提供膜過濾壓力)+ 清洗單元(化學(xué)清洗與物理沖洗)+ 產(chǎn)水儲(chǔ)存單元”，處理量 0.1-100m³/h，適用于對水質(zhì)要求極高的場景(如電子工業(yè)超純水制備、飲用水深度凈化、實(shí)驗(yàn)室用水處理)。
4. 離子交換法除砷設(shè)備：離子交換 + 樹脂再生
核心原理：以離子交換樹脂(如強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂、螯合樹脂)為核心介質(zhì)，利用樹脂官能團(tuán)(如季銨基 - N (CH₃)₃⁺)與水中砷離子發(fā)生 “離子交換反應(yīng)”，將砷離子吸附到樹脂上，實(shí)現(xiàn)水的凈化。
例如，強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂可與水中的 As (Ⅴ)(如 HAsO₄²⁻)發(fā)生交換：樹脂 - N (CH₃)₃⁺・Cl⁻ + HAsO₄²⁻ → 樹脂 - N (CH₃)₃⁺・HAsO₄²⁻ + Cl⁻;當(dāng)樹脂飽和后，通過投加再生劑(如氯化鈉溶液、鹽酸溶液)，使交換反應(yīng)逆向進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)樹脂再生與砷的回收(如生成砷酸鈉、亞砷酸鈉，用于工業(yè)再利用)。
典型設(shè)備結(jié)構(gòu)：由 “離子交換柱(填裝樹脂)+ 進(jìn)水泵 + 再生系統(tǒng)(再生劑儲(chǔ)罐與計(jì)量泵)+ 清洗系統(tǒng) + 自控系統(tǒng)(在線監(jiān)測樹脂飽和度)” 組成，處理量 0.5-20m³/h，適合低濃度含砷廢水(砷含量 0.1-5mg/L)的深度處理，尤其適用于需要回收砷資源的場景(如半導(dǎo)體行業(yè)含砷廢水處理)。
三、除砷設(shè)備選型關(guān)鍵考量因素
進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)：優(yōu)先檢測水中砷含量(高濃度選沉淀法，低濃度選吸附 / 離子交換法)、pH 值(酸性水體適合鐵鹽沉淀，堿性水體需調(diào)節(jié) pH 后處理)、共存離子(如高濃度硫酸鹽會(huì)影響膜分離效率，需前置預(yù)處理);
處理目標(biāo)要求：若需達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.01mg/L)，優(yōu)先選 RO 膜或離子交換法;若為工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放(≤0.5mg/L)，可選沉淀法或納濾膜;
運(yùn)行與維護(hù)成本：大規(guī)模項(xiàng)目(如礦山廢水)需平衡處理量與藥劑成本(沉淀法更優(yōu));小規(guī)模高精度場景(如實(shí)驗(yàn)室用水)可接受較高運(yùn)行成本(RO 膜法更優(yōu));
環(huán)保與資源回收需求：對環(huán)保要求高、無二次污染的場景(如飲用水)選膜分離或吸附法;需回收砷資源的工業(yè)場景(如半導(dǎo)體行業(yè))必選離子交換法。
