二价阳离子对铁基体系中砷保留的影响机制：基于共沉淀-吸附-电絮凝的多维度研究

针对铁基除砷系统中砷长期稳定性差的难题，印度理工学院孟买分校团队通过共沉淀、吸附、批次电絮凝(ECFe)及连续柱实验，揭示Ca2+ /Mg2+ 通过形成Ca3 (AsO4 )2 ·4H2 O复合物和镁铁氧体，显著抑制As(V)释放（pH 8时释放率从92.1%降至27.5%），为地下水砷污染治理提供关键理论支撑。

　　

砷污染是威胁全球数亿人健康的重大环境问题，尤其在恒河-梅格纳-布拉马普特拉平原(GMB)，地下水砷浓度常超世界卫生组织(WHO)10 ppb限值。传统铁基除砷技术面临核心矛盾：虽然Fe(III)与As(V)共沉淀能快速除砷，但沉淀老化会导致砷重新释放，造成二次污染。更棘手的是，GMB平原地下水中普遍存在的Ca²⁺
/Mg²⁺
可能影响这一过程，但其作用机制尚不明确。印度理工学院孟买分校的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表论文，通过多尺度实验首次系统揭示二价阳离子对铁砷沉淀稳定性的调控规律。

研究采用四维技术路线：共沉淀实验模拟自然沉淀过程，吸附实验考察HFO（水合氧化铁）界面行为，批次电絮凝(ECFe)评估实际处理效能，连续柱实验验证工程适用性。所有实验均设置pH 6-8梯度，并选取GMB地区典型Fe/As摩尔比(0.15-0.2)和Ca²⁺
(10-100 mg/L)、Mg²⁺
(39 mg/L)浓度。

共沉淀机制
在pH 8极端条件下，无阳离子时2160小时后As(V)释放率高达92.1%，而100 mg/L Ca²⁺
和39 mg/L Mg²⁺
分别将释放率压制至34%和27.5%。X射线衍射证实，Ca²⁺
通过形成可溶性Ca₃
(AsO₄
)₂
·4H₂
O复合物，而Mg²⁺
生成镁铁氧体固相，共同增强Fe-As絮体强度。

吸附动力学
HFO吸附实验显示，Ca²⁺
/Mg²⁺
使As(V)吸附容量提升2-3倍。Zeta电位分析表明，阳离子通过电荷中和效应，使HFO表面电位从-25 mV升至-5 mV，显著促进带负电As(V)的吸附。

工程验证
ECFe实验中，含Ca²⁺
系统砷去除率持续稳定在98%以上，而对照组运行30天后效率下降15%。连续柱实验进一步证实，含镁系统滤柱穿透时间延长3倍，处理水量提升200%。

这项研究突破性发现二价阳离子通过"复合物锚定"和"晶体稳定"双重机制抑制砷释放，合理解释了GMB平原低Fe/As比地区仍能维持低砷浓度的现象。该成果不仅为优化现有除砷工艺提供理论依据——建议处理系统维持Ca²⁺

10 mg/L或补充镁盐，更开创性地提出利用本地地下水化学特征实现"以水治水"的治理新范式。对于保障发展中国家约1亿依赖地下水的居民饮水安全具有重大实践价值。