一、除砷設備應用背景與必要性

砷(As)是一種具有強毒性的重金屬元素，廣泛存在于地下水、工業廢水(如采礦、冶金、化工、半導體制造廢水)及土壤中。長期接觸含砷水體或食用受砷污染的食物，會導致慢性中毒，引發皮膚癌、肺癌、肝癌等嚴重疾病，還會對神經系統、消化系統和心血管系統造成不可逆損傷。

根據《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2022)，飲用水中砷含量需≤0.01mg/L;工業廢水排放則需符合《污水綜合排放標準》(GB 8978-1996)等行業規范，部分高要求領域(如電子工業)砷排放限值甚至低至 0.005mg/L。因此，高效除砷設備成為保障水質安全、控制環境污染的關鍵核心設備。

二、主流除砷設備工藝原理

目前工業與民用領域常用的除砷設備，根據核心除砷機制可分為吸附法、沉淀法、膜分離法、離子交換法四大類，不同類型設備的工藝原理存在顯著差異，適配場景也各有側重。

1. 吸附法除砷設備：物理吸附 + 化學固定

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，通過 “物理吸附(孔隙截留)+ 化學固定(配位結合)” 雙重作用去除水中砷離子。

具體過程為：含砷水體流經吸附柱時，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)等活性基團捕獲，隨后通過離子交換、絡合反應形成穩定的化學結合物，最終被固定在吸附材料表面，實現水與砷的分離。

注：由于 As (Ⅲ) 的吸附親和力低于 As (Ⅴ)，部分高端吸附設備會前置 “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。

典型設備結構：多為 “預處理單元(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)+ 監測單元(在線砷濃度檢測儀)” 組成的模塊化系統，單臺設備處理量通常為 0.5-50m³/h，適配中小型水體處理場景(如農村飲用水凈化、企業車間廢水預處理)。

2. 沉淀法除砷設備：化學反應 + 固液分離

核心原理：通過向含砷水體中投加化學藥劑(如氫氧化鐵、硫酸亞鐵、聚合氯化鋁、石灰等)，利用 “化學沉淀反應” 將可溶性砷離子轉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) 反應生成 FeAsO₄(砷酸鐵)沉淀，與 As (Ⅲ) 反應生成 Fe (AsO₂)₃(亞砷酸鐵)沉淀;同時，Fe³+ 水解生成的氫氧化鐵(Fe (OH)₃)絮體還會通過 “吸附包裹” 作用，將微小砷化物沉淀團聚成大顆粒，便于后續過濾分離。

對于高濃度含砷廢水(如采礦廢水，砷含量>10mg/L)，常采用 “兩級沉淀工藝”：一級投加石灰調節 pH 至 10-12，去除大部分砷和重金屬;二級投加鐵鹽調節 pH 至 6-8，深度降低砷含量至排放標準以下。

典型設備結構：由 “藥劑投加系統(計量泵精準投藥)+ 反應池(攪拌混合反應)+ 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 10-500m³/h，主要用于工業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” 和 “電荷排斥效應” 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 99% 以上，但對進水水質要求高(需前置預處理去除懸浮物、膠體，避免膜污染);

納濾膜(NF)：孔徑 1-10nm，利用膜表面的負電荷排斥帶負電的 As (Ⅴ)(如 H₂AsO₄⁻、HAsO₄²⁻)，除砷率約 90%-95%，且運行壓力低于 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 “預處理吸附” 結合(如前置氧化鐵涂層超濾膜)，通過 “吸附 + 膜截留” 協同除砷，適配中等濃度含砷水體處理。

典型設備結構：采用 “預處理單元(多介質過濾 + 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(化學清洗與物理沖洗)+ 產水儲存單元”，處理量 0.1-100m³/h，適用于對水質要求極高的場景(如電子工業超純水制備、飲用水深度凈化、實驗室用水處理)。

4. 離子交換法除砷設備：離子交換 + 樹脂再生

核心原理：以離子交換樹脂(如強堿性陰離子交換樹脂、螯合樹脂)為核心介質，利用樹脂官能團(如季銨基 - N (CH₃)₃⁺)與水中砷離子發生 “離子交換反應”，將砷離子吸附到樹脂上，實現水的凈化。

例如，強堿性陰離子交換樹脂可與水中的 As (Ⅴ)(如 HAsO₄²⁻)發生交換：樹脂 - N (CH₃)₃⁺・Cl⁻ + HAsO₄²⁻ → 樹脂 - N (CH₃)₃⁺・HAsO₄²⁻ + Cl⁻;當樹脂飽和后，通過投加再生劑(如氯化鈉溶液、鹽酸溶液)，使交換反應逆向進行，實現樹脂再生與砷的回收(如生成砷酸鈉、亞砷酸鈉，用于工業再利用)。

典型設備結構：由 “離子交換柱(填裝樹脂)+ 進水泵 + 再生系統(再生劑儲罐與計量泵)+ 清洗系統 + 自控系統(在線監測樹脂飽和度)” 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(如半導體行業含砷廢水處理)。

三、除砷設備選型關鍵考量因素

進水水質參數：優先檢測水中砷含量(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，堿性水體需調節 pH 后處理)、共存離子(如高濃度硫酸鹽會影響膜分離效率，需前置預處理);

處理目標要求：若需達到飲用水標準(≤0.01mg/L)，優先選 RO 膜或離子交換法;若為工業廢水達標排放(≤0.5mg/L)，可選沉淀法或納濾膜;

運行與維護成本：大規模項目(如礦山廢水)需平衡處理量與藥劑成本(沉淀法更優);小規模高精度場景(如實驗室用水)可接受較高運行成本(RO 膜法更優);

環保與資源回收需求：對環保要求高、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場景(如半導體行業)必選離子交換法。