砷在自然界分布广泛。人体摄入少量砷，可促进新陈代谢，过量摄入可导致中毒。稀土在工农业生产中得到了广泛的应用，例如在冶金中，稀土容易与硫、磷、砷等元素结合，有利于这些杂质的去除。中国约有3600万吨稀土，约占世界储量的80%。虽然稀土在工农业生产中实际应用的报道很多，但稀土在废水处理中的应用尚未见报道。本文利用地壳中储量最高的稀土元素铈处理废水中的砷，是进一步拓宽我国丰富的稀土资源应用的探索性研究。
一.材料和方法
(1)稀土铈储备液的制备
称取稀土氧化铈，加入少量蒸馏水、浓硝酸和几滴H 2O 2，加热溶解，蒸发剩余的酸，然后稀释，制成15 g/L稀土铈储备液。
(2)不同pH条件下稀土铈除砷
将50毫升100毫克/升的稀土溶液与30毫升100毫克/升的砷(ⅲ)和100毫克/升的砷(ⅴ)溶液混合，用0.1摩尔/升的氢氧化钠分别调节pH值至8、9、10、11和12。絮凝物产生后，静置2 h，取上清液测定砷含量。
(3)沉淀时间对砷去除率的影响
将50毫升100毫克/升稀土铈溶液与30毫升100毫克/升砷(ⅲ)和100毫克/升砷(ⅴ)溶液混合，用0.1摩尔/升氢氧化钠调节pH值至10，静置0.5、1.0、2.0和3.0小时，取上清液测定砷含量。
(4)不同投加比例对砷去除率的影响
根据不同的浓度比[稀土铈浓度(mg/L)/砷浓度(mg/L)] (1: 1、5: 1、10: 1、15: 1、25: 1)，砷的初始浓度为100 mg/L，调节pH至10，静置2 h测定上清液砷含量和污泥量。
采用Sddc-ag法测定砷。
第二，结果
(1)不同pH条件下稀土铈除砷
Ce(OH) 3不是两性氢氧化物。当pH在7.6以上时，Ce 3 ++开始沉淀，但同时，在不同的pH条件下，As的存在形式是不同的，所以pH与Ce结合和吸附砷的能力有关。实验结果如表1所示。
表1不同pH条件下稀土元素铈对砷的去除率(%)
结果表明，砷的最大去除率出现在pH 9 ~ 10，在以后的实验中选择pH 9~10。
稀土元素铈对As (ⅴ)的去除率大于对As (ⅲ)的去除率。实验中，用碱调节pH值后，稀土铈与As (ⅴ)形成的沉淀，其三价氢氧化物呈白色。
(2)沉淀时间对砷去除率的影响
不同的沉淀时间，溶液中砷与稀土氢氧化物的接触时间与除砷有一定的关系。为沉淀池的设计提供参考。
不同沉淀时间和pH10下铈对砷的去除率见表2。
表2不同沉淀时间下铈对砷的去除率(%)
(3)不同投加比例对砷去除率的影响
不同配比试验主要探索溶液中不同砷和稀土铈配比对稀土沉淀量和脱砷率的关系，为节约稀土用量提供依据。结果列于表3中。
表3不同Ce/As条件下砷的去除率(%)
当Ce/As≥10时，铈对As(ⅲ)和As (ⅴ)的去除率分别达到96%和99%以上。
(4)铈对砷(ⅲ)和砷(ⅴ)混合物的去除试验
将100毫克/升的砷(ⅲ)和砷(ⅴ)等量混合，得到100毫克/升的混合砷溶液。按不同剂量比加入铈溶液，调节pH至10，沉淀2 h后，铈的除砷结果见表4。
表4不同Ce/As条件下混合砷的去除率(%)
(5)铈和几种常用混凝剂去除As(ⅲ)的比较
选择了三种常用的混凝剂FeCl3 6H2O、FeSO4 7H2O和Al2(SO4)3·18H2O，除砷的最佳pH值分别为7、9、7 ~ 8。用砷(ⅲ)混凝沉淀。结果见表5。
表5常用混凝剂对砷的去除率(%)
从产生的污泥来看，铈除砷产生的污泥比FeCl3 6H2O、FeSO4 7H2O、Al2(SO4)3·18H2O产生的污泥少得多，铝盐产生的污泥最多。参见表6。
表6除夏季外几种混凝剂产生的污泥量(mg)
(六)含砷废水的铈二级处理
不同工厂排放的含砷废水浓度差别很大，最低在3 mg/L以下，硫酸厂废水高达100 mg/L，中科院半导体研究所含砷废水为50 ~ 70 mg/L，因此高砷浓度很难一次处理达到0.5 mg/L的排放标准。因此，对低浓度的5 mg/L砷溶液进行铈沉淀处理，结果见表7。
表7铈对5mg/L As(ⅲ)的去除效果
三。讨论
目前沉淀物的分子结构尚不清楚，因此稀土的除砷过程还有待研究，但一般可以认为其除砷机理与常见阳离子如Fe 3++、Al3 ++和Ca 2++的除砷机理相同。
据赵宗盛研究，铁盐去除五价砷时，形成的铁砷渣成分随两者的摩尔比而变化。当铁与砷的摩尔比为1: 1时，砷主要以FeASO4 2h2o的形式存在，当摩尔比为3: 1时，砷主要以feaso 4·H2O·Fe ooh的形式存在。FeOOH由溶液中剩余的铁离子形成。因此，除砷过程中需要过量的Fe 3++、Al3 ++和Ca2 ++形成其氢氧化物，与不溶性砷酸盐一起被吸附共沉淀。
因此，稀土除砷可以认为是:
铈和砷能形成不溶性固体，过量的铈能在pH8以上形成胶体氢氧化物吸附砷酸盐，并与铈的砷酸盐沉淀。
砷的去除率与砷酸盐的溶度积有关，如FeASO4: KSP = 5.7× 10-21，AlasO4: KSP = 1.6× 10-16，Ca3 (ASO4) 2: KSP = 6.8× 10-19，因此Fe 3++比Al 3++更有效
从铈除砷的最佳pH值来看，在9.0 ~ 10.0的最佳pH范围内，Ce3 ++的水解产物主要是CeOH 2++、Ce(OH)+2和Ce(OH) 3。因此也能吸附结合水中的阴离子砷(此时砷主要以H2AsO-3和HAsO2-4的形式存在)。pH 7-9脱砷最适时，Fe 3+的水解产物主要以Fe(OH)+2和Fe(OH) 3的形式存在，而pH 7-8脱砷最适时，Al 3+的水解产物几乎都是Al(OH)3。
总之，铈和砷之间的沉淀更彻底，形成的污泥量比铁盐、铝盐等混凝剂少得多。砷的去除率与铁盐基本相同，在生产中有一定的应用价值。
