聚合硫酸鐵除砷處理工藝研究

砷在自然界中分布廣泛，具有類(lèi)金屬特性，目前共有數(shù)百種的砷礦物被發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)品主要用于木材防腐劑、玻璃搪瓷工業(yè)、農(nóng)藥、合金材料、醫(yī)藥、飼料化工等領(lǐng)域，特別是在醫(yī)藥、合金材料方面具有特殊用途。

砷具有致癌性和毒性，已被美國(guó)疾病控制中心(CDC)和國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)確定為第一類(lèi)致癌物質(zhì)，同時(shí)，砷還被世界衛(wèi)生組織(WHO)列入優(yōu)先控制污染物之一。由此可見(jiàn)，砷是對(duì)人類(lèi)及其他生物體存在較大威脅的一類(lèi)物質(zhì)。國(guó)內(nèi)外目前已有多起關(guān)于砷污染的報(bào)道，均造成了不可估量的生命財(cái)產(chǎn)損失。而據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上每年仍然約有11萬(wàn)t砷通過(guò)各種途徑進(jìn)入水體中，可見(jiàn)，砷污染形式嚴(yán)峻，對(duì)其防治刻不容緩。

廣西省賀州市某選礦廠原礦開(kāi)采過(guò)程中所產(chǎn)生礦井涌水含砷超標(biāo)，不能直接進(jìn)行排放，需進(jìn)行除砷處理，達(dá)到《錫、銻、汞工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(CJB30770-2014))標(biāo)準(zhǔn)后才能外排。本文對(duì)此廢水展開(kāi)除砷試驗(yàn)研究，在小試基礎(chǔ)上，進(jìn)一步展開(kāi)擴(kuò)大化試驗(yàn)，取得了比較滿意的處理效果。

試驗(yàn)材料與方法

1．試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用含砷水樣取白廣西省賀州市某選礦廠，為該廠原礦開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的礦井涌水，其基本性質(zhì)見(jiàn)表l。

如表1示，礦井涌水中主要超標(biāo)元素為總As，其濃度為1.57mg/L，而Hg、Cr、Cd、Pb四類(lèi)元素含量很低，超過(guò)了檢測(cè)方法下限，不能被檢出，其他元素包括Zn、Sn、Mn等，含量較低，其濃度并未超標(biāo)。

試驗(yàn)所用水處理劑聚合硫酸鐵（聚鐵）、聚丙烯酰胺(PAM)和生石灰均為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

2．試驗(yàn)原理

目前，含砷廢水處理方法較多，如化學(xué)沉淀法、吸附法、膜法、電滲析法、電凝聚、離子交換法、鐵氧體法、生物富集法、微生物轉(zhuǎn)化法、活性污泥法等，各種方法均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

本文根據(jù)礦井涌水含砷量較低的特點(diǎn)，采用聚合硫酸鐵（聚鐵）作為除砷劑。在除砷過(guò)程中，一方面，溶解的三價(jià)鐵可與礦井涌水中部分砷反應(yīng)生產(chǎn)（亞）砷酸鐵類(lèi)沉淀：另一方面，溶解的Fe3+一部分由于水解，一部分則在加入適量石灰后，生成Fe(OH)3。新生成的Fe(OH)3由于具有較高的比表面積，故可對(duì)水中的砷形成形成強(qiáng)烈的吸附作用。在兩種反應(yīng)的協(xié)同作用下，實(shí)現(xiàn)砷從液體到固體中的轉(zhuǎn)移，較后通過(guò)液固分離的手段，達(dá)到去除礦井涌水中的砷的目的。

3．試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中，取一定量水樣倒人燒杯中，將燒杯置于磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，在攪拌過(guò)程中加入聚合硫酸鐵（聚鐵）(配制濃度：10%)，5min后，緩慢加入石灰乳（配置濃度：5%）進(jìn)行pH的調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)定的pH后，繼續(xù)攪拌一定時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)，隨后加入一定量PAM（配制濃度：1‰）對(duì)沉淀進(jìn)行絮凝，繼續(xù)攪拌約30—60s后，靜置沉降1—2min，取上清液對(duì)砷進(jìn)行測(cè)定分析。

結(jié)果與討論

1.聚合硫酸鐵（聚鐵）用量對(duì)除砷效果的影響

如圖1可以看出，隨著聚合硫酸鐵（聚鐵）用量的增加，處理水中含砷濃度也逐漸降低。當(dāng)聚合硫酸鐵（聚鐵）用量為0.2%時(shí)，處理效果較差，處理水中含砷濃度仍高于1mg/L，為l.llmg/L，當(dāng)聚合硫酸鐵（聚鐵）用量增加至0.4‰時(shí)，處理水中含砷濃度降低至0.64mg/L，隨著聚合硫酸鐵（聚鐵）用量進(jìn)一步增大至1‰時(shí)，處理水中含砷濃度降低至0.04mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到需節(jié)省運(yùn)行成本，后續(xù)試驗(yàn)中聚合硫酸鐵（聚鐵）用量取為0.6‰，此時(shí)處理水含砷濃度達(dá)到0.35mg/L。

2．時(shí)間對(duì)除砷效果的影響

如圖2為處理時(shí)間對(duì)礦井涌水除砷效果的影響?？梢钥闯?，除砷效果隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而改善。當(dāng)處理時(shí)間為5min時(shí)，處理水中砷的濃度尚為0.75mg/L，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到10min時(shí)，處理水含砷濃度則已達(dá)到0.35mg/L，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間至20min，除砷效果也無(wú)明顯提高，說(shuō)明此時(shí)混凝體系中沉淀物對(duì)砷的吸附已經(jīng)達(dá)到平衡。
 

3.pH對(duì)除砷效果的影響

如圖3可以看出，pH對(duì)除砷效果的影響也較為明顯?？傮w上，在弱酸性條件下，除砷效果明顯弱于堿性條件。當(dāng)pH=6.22時(shí)，礦井涌水中砷的濃度為0.75mg/L，當(dāng)pH增加至7.08時(shí)，處理水砷濃度降低至0.43mg/L，隨后，在pH=8—9的范圍內(nèi)，處理水中砷濃度變化不大，約為0.35mg/L。當(dāng)pH進(jìn)一步提高到10時(shí)，處理水含砷濃度有升高趨勢(shì)，為0.44mg/L，說(shuō)明此時(shí)被沉淀所吸附的砷，發(fā)生解吸，從而使砷出現(xiàn)返溶現(xiàn)象。因此，除砷pH不宜過(guò)高，應(yīng)控制在pH=8—9左右。

工業(yè)擴(kuò)大化試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，展開(kāi)了為期三天的工業(yè)擴(kuò)大化試驗(yàn)。擴(kuò)大化試驗(yàn)在該廠中進(jìn)行，設(shè)計(jì)水處理量為2t/h。試驗(yàn)過(guò)程中，每隔l小時(shí)取樣一次，8次取樣后，將樣品混合，形成混合樣對(duì)砷進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)測(cè)定結(jié)果，對(duì)工藝參數(shù)（主要為聚合硫酸鐵（聚鐵）用量）進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)省運(yùn)行成本，優(yōu)化工藝的目的。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，擴(kuò)大化試驗(yàn)所取得的結(jié)果優(yōu)于小試結(jié)果。小試結(jié)果表明，聚合硫酸鐵（聚鐵）用量需達(dá)到0.6‰，處理水中砷濃度才能降低至0.5mg/L，而中試結(jié)果表明，當(dāng)聚合硫酸鐵（聚鐵）用量為0.4‰時(shí)，處理水中砷的濃度即達(dá)到0.38mg/L，可以達(dá)標(biāo)排放。

根據(jù)中試結(jié)果，對(duì)藥劑成本進(jìn)行了核算，噸水處理成本約為0.724元，具體見(jiàn)表3。

結(jié)論

(1)該礦井涌水的小試和中試結(jié)果表明，通過(guò)聚合硫酸鐵的混凝作用，協(xié)同沉淀的吸附作用，可以有效的對(duì)含砷廢水進(jìn)行處理。

(2)小試中，在常溫時(shí)，聚合硫酸鐵（聚鐵）用量0.6%e，除砷時(shí)間lOmin，除砷pH=8—9的條件下，礦井涌水處理水中砷濃度可以降至0.35mg/L。

(3)擴(kuò)大化試驗(yàn)中，維持其他條件不變，降低聚合硫酸鐵（聚鐵）用量為0.4‰，處理水中含砷量可達(dá)到0.38mg/L。

(4)擴(kuò)大化試驗(yàn)優(yōu)于小試的現(xiàn)象表明，聚合硫酸鐵混凝沉淀一吸附法處理含砷廢水，可以進(jìn)行合理放大，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。