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摘 要： 本實驗研究了聚合硫酸鐵 (PFS) 對北區地下滲水含銻砷廢水的處理效果, 探討了不同鐵鹽除銻砷效果對照、PFS用量對除銻砷效果的影響、不同堿中和的影響、鐵渣中銻砷雜質在水溶液的返溶試驗。結果表明, 通過PFS的混凝作用, 協同沉淀的吸附作用, 可以有效的對含銻砷廢水進行處理, 處理過程簡單, 一步到位。小試中, 在常溫時, PFS用量0.6‰, 處理時間30min, pH=7的條件下, 廢水中銻濃度可以降至0.30mg/L以下, 砷濃度降至0.10mg/L以下, 達到了《錫銻汞工業污染物排放標準》 (GB30770-2014) 中相關排放限值。

錫礦山閃星銻業有限責任公司北區地下滲水處理站主要是對含砷、銻廢水進行水處理。其主要工藝流程是于一級反應池、二級反應池、三級反應池投加“亞鐵鹽”與“PAM”, 同時用氫氧化鈉調節p H值, 曝氣后, 經斜管沉淀池澄清, 上清液再進行電化學深度除銻處理后, 出水在絮泥池加氫氧化鈉和PAM, 曝氣池曝氣, 在二號斜板沉淀池絮凝沉淀過濾, 濾液達標排放或回用, 濾渣堆積渣棚。本試驗采用另一種方法“聚合硫酸鐵加PAM混凝沉淀法”處理錫礦山北區地下滲水。聚合硫酸鐵 (簡稱PFS) 是一種無毒、高效、無機高分子絮凝劑, 其絮凝性能優良, 沉降速度快, 生成的絮凝體密實, 適應于p H值為4~11的水體, 被廣泛應用于工業廢水及城市污水的凈化。目前自《錫銻汞工業污染物排放標準》 (GB30770-2014) 的標準發布后, 廢水排放標準中銻的排放標準由原來的Sb<0.5 mg/L, 下調到Sb<0.3 mg/L, 對水處理的要求逾加嚴格。PFS可通過吸附、共沉淀等原理去除北區地下滲水中的銻砷。試驗結果達到了預期效果, 處理流程簡單, 處理后水質清亮, 各項指標都達到了《錫銻汞工業污染物排放標準》 (GB30770-2014) 的相關標準限值[1]。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

廢水:取自北區地下滲水, 其外觀為無色, 透明清亮, 其p H值為8.5左右, Sb為13.27mg/L, As為42.80mg/L。

生石灰 (分析純) 、片堿 (分析純) 、硫酸亞鐵 (工業純) 、聚合硫酸鐵 (分析純) 、聚丙烯酰胺 (簡稱PAM, 工業純) 、p H試紙、硫酸 (分析純) 等。

1.2 試驗原理

三價銻和五價銻在弱酸性至中性介質中易水解沉淀[2], 銻酸鹽和砷酸鹽能夠與氫氧化鐵反應生成不溶于水的沉淀物, 同時膠態氫氧化鐵具有吸附作用, 能使細小顆粒的銻、砷等硫化物和氧化物一起沉淀。主要反應如下[3]:

1.3 試驗方法

試驗中, 取500ml~1500 ml水樣倒入燒杯中, 在攪拌過程中加入一定量鐵鹽, 15min后, 緩慢加入堿液 (濃度:20%) 進行p H的調節, 達到預定的p H后, 繼續攪拌一定時間進行反應, 隨后加入1~2ml PAM (濃度:1‰) 對沉淀進行絮凝, 繼續攪拌約30~60s后, 靜置沉降1~2min, 取上清液對銻砷進行測定分析。

2 試驗結果及討論

2.1 不同鐵鹽除銻砷效果對照試驗

等量硫酸亞鐵和PFS分別加入500ml的廢水中, 用石灰乳調節p H至8.5, 加PAM助凝, 取上清液分析結果如圖1。

圖1 加入不同鐵鹽除銻砷試驗結果

從圖1知道, 等量PFS的處理效果優于硫酸亞鐵。這是PFS中的鐵離子為三價, 在水中水解成紅色氫氧化鐵沉淀, 氫氧化鐵具有吸附沉降作用, 能使細小顆粒的銻、砷等硫化物和氧化物一起沉淀。而硫酸亞鐵在水中生成綠色的氫氧化亞鐵沉淀, 它需要經曝氣池曝氣, 才氧化成紅色氫氧化鐵沉淀, 處理過程多一道工序。硫酸亞鐵每噸約600元, PFS每噸約1000元, PFS成本略高于硫酸亞鐵, 但PFS處理工藝簡單, 投入少, 不需曝氣氧化過程, 去除效率高。

2.2 PFS用量對除銻砷效果的影響試驗

PFS投入使水溶液呈弱酸性, 用石灰乳調節。增加PFS投入量有利于銻砷的去除, 但會導致鐵渣量增加, 不利于銻的回收及廢渣的二次處理;PFS投入量太少, 達不到水處理標準。因此, 控制PFS投入量, 是處理工藝的關鍵。具體見圖2。從圖2中知道, 在常溫下, 加入PFS量達3g/L, 其試驗結果含銻0.3 mg/L以下, 含砷0.01 mg/L以下, 雜質砷比銻更易生成砷酸鹽或亞砷酸鹽沉淀而去除。

圖2 PSF投入量除銻砷試驗結果

2.3 不同堿中和試驗

4.5 g PFS分別加入1500ml的廢水中后, 溶液p H為3, 分別用生石灰調配成20%的石灰乳和20%的片堿調節p H至6, 加1~2ml PAM助凝, 取上清液分析結果如表1。

表1 生石灰和片堿中和試驗分析表

從表1中知道, 用石灰乳調p H值, 石灰乳本身對廢水中的雜質有吸附和沉淀功能, 特別是對銻的去除效果更好。生石灰價格280元/噸, 處理每立方廢水約4千克生石灰, 缺點是渣量較多。片堿價格2000元/噸, 處理每立方廢水約0.6千克片堿, 渣量較少。生石灰由于質優價廉, 常被用來調節廢水p H值, 但大量石灰加入水中會引起濾渣過多, 使得二次處理困難, 因此選擇用Na OH調節廢水p H值, 并定量投加石灰的方法處理廢水[4]。

2.4 p H對除雜效果的影響試驗

1.5 g PFS分別加入500ml的廢水中后, 測量溶液p H為3, 用20%的石灰乳調節到不同的p H值, 加1ml PAM助凝, 取上清液分析不同p H值對銻砷的去除影響, 分析結果如表2。

表2 不同p H值對除雜的影響試驗

從表2中知道, 污水處理排放一級標準p H7-9范圍內, p H值對水溶液中銻砷去除的影響不大。

2.5 鐵渣中銻砷雜質在水溶液的返溶試驗

分別稱100g鐵渣 (含銻2.39%, 含砷1.61%) 浸入300ml純凈水中, 加少量的硫酸和片堿調節p H, 密封常溫靜置三周后, 分析溶液中的銻砷含量, 水浸試驗結果見表3。

表3 水浸試驗結果

從表3中知道, 來自北煉廠廢渣堆放棚的鐵渣, 在不同p H值的純凈水中, 常溫浸泡三周。在p H值為9時, 銻在水溶液中能微量返溶, 銻的浸出率為0.27%, 鐵渣中的砷為砷酸鐵和亞砷酸鐵, 穩定性好, 在水中浸出甚微, 砷的浸出率僅為0.030%。

3 結論

該處理北區地下滲水的小試結果表明, 通過PFS的混凝作用, 協同沉淀的吸附作用, 可以有效的對含銻砷廢水進行處理。處理過程簡單, 一步到位。

小試中, 在常溫時, PFS用量0.6‰, 處理時間30min, p H=7的條件下, 廢水處理中銻濃度降至0.30mg/L以下, 砷濃度降至0.10mg/L以下, 達到了《錫銻汞工業污染物排放標準》 (GB30770-2014) 的相關標準限值。

用NaOH調節廢水p H值, 并定量投加石灰的方法處理廢水。在p H為6-9范圍內, p H值對水溶液中銻砷去除的影響不大。

鐵渣中的銻在水中微量返溶, 要及時過濾處理, 避雨堆放。

參考文獻

[1]環境保護部編著《錫銻汞工業污染物排放標準》 (GB30770-2014) [M], 北京:中國環境科學出版社.2014, (5) .

[2]國家環境保護總局編著.水和廢水監測分析方法[M], 北京:中國環境科學出版社.2011

[3]雷霆、朱從杰、張漢平編著.現代有色金屬冶金科學技術叢書銻冶金[M], 北京:冶金工業出版社.2009.2

[4]張燕, 龐志華, 雷育濤等.混凝沉淀法處理銻離子的影響因素及動力學研究[J].安全與環境學報, 2013, 13 (3) :50-53.