一、除砷设备应用背景与必要性
砷(As)是一种具有强毒性的重金属元素，广泛存在于地下水、工业废水(如采矿、冶金、化工、半导体制造废水)及土壤中。长期接触含砷水体或食用受砷污染的食物，会导致慢性中毒，引发皮肤癌、肺癌、肝癌等严重疾病，还会对神经系统、消化系统和心血管系统造成不可逆损伤。
根据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2022)，饮用水中砷含量需≤0.01mg/L;工业废水排放则需符合《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)等行业规范，部分高要求领域(如电子工业)砷排放限值甚至低至 0.005mg/L。因此，高效除砷设备成为保障水质安全、控制环境污染的关键核心设备。
二、主流除砷设备工艺原理
目前工业与民用领域常用的除砷设备，根据核心除砷机制可分为吸附法、沉淀法、膜分离法、离子交换法四大类，不同类型设备的工艺原理存在显著差异，适配场景也各有侧重。
1. 吸附法除砷设备：物理吸附 + 化学固定
核心原理：以多孔吸附材料(如改性活性炭、氧化铁基吸附剂、沸石、生物炭等)为核心过滤介质，通过 “物理吸附(孔隙截留)+ 化学固定(配位结合)” 双重作用去除水中砷离子。
具体过程为：含砷水体流经吸附柱时，水中的 As (Ⅲ)(亚砷酸根)和 As (Ⅴ)(砷酸根)先被吸附剂表面的羟基(-OH)、羧基(-COOH)等活性基团捕获，随后通过离子交换、络合反应形成稳定的化学结合物，最终被固定在吸附材料表面，实现水与砷的分离。
注：由于 As (Ⅲ) 的吸附亲和力低于 As (Ⅴ)，部分高端吸附设备会前置 “氧化单元”(如添加次氯酸钠、臭氧)，将 As (Ⅲ) 氧化为 As (Ⅴ)，提升吸附效率。
典型设备结构：多为 “预处理单元(过滤泥沙、悬浮物)+ 吸附柱(填装吸附剂)+ 反冲洗单元(定期再生吸附剂)+ 监测单元(在线砷浓度检测仪)” 组成的模块化系统，单台设备处理量通常为 0.5-50m³/h，适配中小型水体处理场景(如农村饮用水净化、企业车间废水预处理)。
2. 沉淀法除砷设备：化学反应 + 固液分离
核心原理：通过向含砷水体中投加化学药剂(如氢氧化铁、硫酸亚铁、聚合氯化铝、石灰等)，利用 “化学沉淀反应” 将可溶性砷离子转化为不溶性的砷化物沉淀，再通过沉淀、絮凝、过滤等步骤分离去除。
以主流的 “铁盐沉淀法” 为例：投加的 Fe³+ 与水中的 As (Ⅴ) 反应生成 FeAsO₄(砷酸铁)沉淀，与 As (Ⅲ) 反应生成 Fe (AsO₂)₃(亚砷酸铁)沉淀;同时，Fe³+ 水解生成的氢氧化铁(Fe (OH)₃)絮体还会通过 “吸附包裹” 作用，将微小砷化物沉淀团聚成大颗粒，便于后续过滤分离。
对于高浓度含砷废水(如采矿废水，砷含量>10mg/L)，常采用 “两级沉淀工艺”：一级投加石灰调节 pH 至 10-12，去除大部分砷和重金属;二级投加铁盐调节 pH 至 6-8，深度降低砷含量至排放标准以下。
典型设备结构：由 “药剂投加系统(计量泵精准投药)+ 反应池(搅拌混合反应)+ 絮凝池(形成大絮体)+ 沉淀池(斜管 / 斜板沉淀)+ 过滤罐(石英砂 / 滤布过滤)” 组成，处理量可达 10-500m³/h，主要用于工业高浓度含砷废水处理(如冶炼厂、化工厂、矿山废水)。
3. 膜分离法除砷设备：孔径筛分 + 电荷排斥
核心原理：利用具有特定孔径的膜材料(如反渗透膜 RO、纳滤膜 NF、超滤膜 UF)，通过 “孔径筛分效应” 和 “电荷排斥效应” 截留水中的砷离子及砷化物颗粒。
反渗透膜(RO)：孔径仅 0.1-1nm，可直接截留 As (Ⅲ)、As (Ⅴ) 及其他溶解性盐类，除砷率可达 99% 以上，但对进水水质要求高(需前置预处理去除悬浮物、胶体，避免膜污染);
纳滤膜(NF)：孔径 1-10nm，利用膜表面的负电荷排斥带负电的 As (Ⅴ)(如 H₂AsO₄⁻、HAsO₄²⁻)，除砷率约 90%-95%，且运行压力低于 RO 膜，能耗更低;
超滤膜(UF)：孔径 10-100nm，无法直接截留可溶性砷离子，需与 “预处理吸附” 结合(如前置氧化铁涂层超滤膜)，通过 “吸附 + 膜截留” 协同除砷，适配中等浓度含砷水体处理。
典型设备结构：采用 “预处理单元(多介质过滤 + 活性炭吸附 + 保安过滤)+ 膜组件(RO/NF/UF 膜壳与膜元件)+ 高压泵(提供膜过滤压力)+ 清洗单元(化学清洗与物理冲洗)+ 产水储存单元”，处理量 0.1-100m³/h，适用于对水质要求极高的场景(如电子工业超纯水制备、饮用水深度净化、实验室用水处理)。
4. 离子交换法除砷设备：离子交换 + 树脂再生
核心原理：以离子交换树脂(如强碱性阴离子交换树脂、螯合树脂)为核心介质，利用树脂官能团(如季铵基 - N (CH₃)₃⁺)与水中砷离子发生 “离子交换反应”，将砷离子吸附到树脂上，实现水的净化。
例如，强碱性阴离子交换树脂可与水中的 As (Ⅴ)(如 HAsO₄²⁻)发生交换：树脂 - N (CH₃)₃⁺・Cl⁻ + HAsO₄²⁻ → 树脂 - N (CH₃)₃⁺・HAsO₄²⁻ + Cl⁻;当树脂饱和后，通过投加再生剂(如氯化钠溶液、盐酸溶液)，使交换反应逆向进行，实现树脂再生与砷的回收(如生成砷酸钠、亚砷酸钠，用于工业再利用)。
典型设备结构：由 “离子交换柱(填装树脂)+ 进水泵 + 再生系统(再生剂储罐与计量泵)+ 清洗系统 + 自控系统(在线监测树脂饱和度)” 组成，处理量 0.5-20m³/h，适合低浓度含砷废水(砷含量 0.1-5mg/L)的深度处理，尤其适用于需要回收砷资源的场景(如半导体行业含砷废水处理)。
三、除砷设备选型关键考量因素
进水水质参数：优先检测水中砷含量(高浓度选沉淀法，低浓度选吸附 / 离子交换法)、pH 值(酸性水体适合铁盐沉淀，碱性水体需调节 pH 后处理)、共存离子(如高浓度硫酸盐会影响膜分离效率，需前置预处理);
处理目标要求：若需达到饮用水标准(≤0.01mg/L)，优先选 RO 膜或离子交换法;若为工业废水达标排放(≤0.5mg/L)，可选沉淀法或纳滤膜;
运行与维护成本：大规模项目(如矿山废水)需平衡处理量与药剂成本(沉淀法更优);小规模高精度场景(如实验室用水)可接受较高运行成本(RO 膜法更优);
环保与资源回收需求：对环保要求高、无二次污染的场景(如饮用水)选膜分离或吸附法;需回收砷资源的工业场景(如半导体行业)必选离子交换法。
