應用鐵錳氧化物吸附去除水中砷污染物之可行性探討

Abstract

水體中重金屬砷污染一直是世界許多落後或開發中國家遭遇之問題，近年來中國、印度、孟加拉、越南及南美洲等國家皆面臨此用水安全問題，而在先進國家中則有工業廢水含砷問題，若這些砷污染物無法有效去除將可能污染飲用水源，進而造成民眾暴露在飲用水受污染之風險下。雖有許多已發展之除砷技術，例如化學混凝、離子交換及薄膜過濾等技術，僅有少數被利用於飲用水實場操作，主要是因處理成本過高所致。而化學混凝方式多用於工業半導體廢水處理，因採用此方式可降低處理成本，但衍生出大量含砷污泥處理處置問題。 自然界中砷以無機及有機形式存在，在天然水體中，有機砷含量較低，主要以無機砷型態存在，其中又可區分為As+3及As+5。然因As+3毒性大於As+5 且較難以去除，因此常見處理技術中大多先添加氧化劑將As+3氧化為As+5 。而一般地下水環境因氧化還原條件及水體低氧狀態，含砷地下水多以As+3為主，世界衛生組織(World Health Organization, WHO) 更針對飲用水中砷含量作修訂，建議將標準由50 g/L下修為10 g/L，使得砷處理技術面臨更大挑戰。 利用吸附劑去除水中砷的研究以往已相當豐碩，而利用鐵錳氧化物吸附劑之研究亦已有許多成果，但因吸附法容易受環境因子及吸附劑本身性質影響，若要使用吸附法必須考慮水中砷物種、水體pH值及水中其他共存離子等因素。而通常在低pH值時對於吸附去除砷之效果較佳，因低pH時吸附劑及吸附質間表面電性引力較大，進而提升去除效果。且因鐵錳氧化物中之錳扮演一特殊角色，當水中存在As+3時可藉由吸附劑上之錳產生氧化作用，使得在無添加前氧化劑下亦可將毒性較高As+3氧化為較易去除之As+5，進而提升了吸附劑之去除能力。而當水中存在PO4-3、HCO3-與SiO4-2時亦與砷競爭吸附劑上之吸附位置，導致吸附劑對砷去除率下降，因此若能了解含砷水體特性，可使鐵錳氧化物吸附劑有一最佳吸附除砷利用方式。