鐵炭微電解工藝處理含砷廢水

發(fā)表時間：2021-11-15 12:52:53 閱讀次

　　鐵炭微電解工藝是依據(jù)金屬的腐蝕電化學原理，利用形成的微電池效應對廢水進行處理，又稱內(nèi)電解法、鐵炭法、鐵屑過濾法、零價鐵法。該工藝自20世紀60年代開始研究，但因鐵屑易成團結(jié)塊，廢水處理效果不佳，未能得到實際應用。此后，研究人員將鐵炭微電解工藝加以改進，并用于印染廢水處理，取得了較好效果。鐵炭微電解工藝的原料可從工業(yè)廢料中得到，廢水處理成本低，且處理效果好，因此得到迅猛發(fā)展。近年來，該工藝在石油化工、電鍍、印染廢水及礦山含砷、氰廢水處理方面應用廣泛。隨著鐵炭工藝研究的深入，鐵炭微電解法處理廢水工藝也日趨成熟。

　　砷的毒性極強，含砷廢水的凈化及處理一直都是環(huán)境治理方面的重要課題。目前較常用的除砷技術(shù)有鐵鹽法、硫化法、吸附法、離子交換法、生物法等。其中：硫化法、生物法多用于處理高濃度工業(yè)廢水;吸附法和離子交換法處理成本高，投資大，運營費用高，難以在礦山環(huán)境中用于處理礦山廢水。鐵炭微電解工藝材料經(jīng)濟廉價，運營成本低，去除效果好，但用于從礦山廢水中去除砷尚未見有報道，所以，試驗研究采用鐵炭工藝對貴州某含砷廢水進行處理，通過考察各因素對砷去除率的影響，確定優(yōu)化工藝條件。

　　1、試驗部分

　　1.1 試驗材料

　　貴州某礦山含砷廢水，除砷超標外，其他元素都在排放標準限值之內(nèi)，化學成分見表1。試驗所用鐵-炭參數(shù)見表2。

　　硫酸：工業(yè)級，純度95%。

　　1.2 分析方法

　　溶液中砷質(zhì)量濃度采用原子熒光分光光度法測定。

　　1.3 試驗原理及方法

　　試驗原理：鐵炭微電解通過腐蝕電化學原理，利用形成的微電池效應產(chǎn)生的二價鐵離子在弱酸性并曝氣條件下被氧化成三價鐵離子。三價鐵離子在弱酸性或中性條件下生成吸附性極強的氫氧化鐵，其與砷形成共沉淀，凝聚后從溶液中將砷去除?；痉磻缦拢?/p>

　　試驗方法：取一定量含砷廢水，用硫酸調(diào)pH，根據(jù)砷質(zhì)量濃度按比例加入一定質(zhì)量鐵炭，曝氣，定期取樣，測定溶液中砷質(zhì)量濃度。

　　2、試驗結(jié)果與討論

　　2.1 實驗室批次試驗

　　2.1.1 廢水初始pH及曝氣時間對砷去除率的影響

　　試驗在2L燒杯中進行。燒杯中加入0.5L砷質(zhì)量濃度0.22mg/L廢水，分別用硫酸調(diào)初始pH為3、4、5、6。加入鐵炭50g(HMT，以下未特別說明，均用此鐵炭)并曝氣，每隔10min取樣過濾后測定砷質(zhì)量濃度及pH。試驗結(jié)果見表2?？梢钥闯觯鸿F炭氧化分解過程消耗氫離子，隨反應進行，廢水pH升高、砷質(zhì)量濃度下降;初始pH=3的廢水經(jīng)曝氣20min，砷質(zhì)量濃度降至檢測下限(<1.0μg/L)以下，而初始pH=6的廢水經(jīng)曝氣30min，砷質(zhì)量濃度為0.031mg/L。適當降低初始廢水pH使呈弱酸性更有利于鐵炭氧化分解，提高砷去除率。

　　2.1.2 曝氣對砷去除率的影響

　　用1.5m高的有機玻璃柱進行試驗。玻璃柱中加入砷質(zhì)量濃度0.22mg/L廢水10L，用硫酸調(diào)初始pH=4，進行3組試驗。試驗1：只添加1kg鐵炭，不曝氣，反應60min;試驗2：添加1kg鐵炭并曝氣60min;試驗3：不加鐵炭，只曝氣60min。反應完成后從沉降柱中取樣，測定砷質(zhì)量濃度。各試驗平行5組，各次試驗結(jié)果見表3。

　　由表3看出：只用鐵炭處理不曝氣，廢水中砷質(zhì)量濃度只降至0.17mg/L，且反應速度緩慢;相比之下，添加鐵炭并曝氣，處理效果更好，廢水中砷質(zhì)量濃度降至0.001mg/L?？赡艿脑蚴?，在酸性富氧條件下，鐵、砷電位差較大，電化學腐蝕速度較快，鐵形成絮狀氫氧化鐵，砷氧化為砷酸根，加快了吸附絮凝，進而沉淀析出。

　　2.1.3 溶液砷質(zhì)量濃度對鐵炭去除砷的影響

　　分別取砷質(zhì)量濃度為0.22、0.55、1.03mg/L的廢水各5L，置于上述有機玻璃柱中，調(diào)pH=4。分別加入480g鐵炭并曝氣。每間隔一段時間取少許水樣過濾并測定其中砷質(zhì)量濃度，計算砷去除率。試驗共取樣9次，時間間隔及試驗結(jié)果見表4。

　　由表4看出：廢水中初始砷質(zhì)量濃度越高，曝氣處理至達標所需時間越長;初始砷質(zhì)量濃度為0.22mg/L時，曝氣20min即可達標，而初始砷質(zhì)量濃度為1.03mg/L時，曝氣90min才可達到排放標準。

　　2.1.4 鐵炭類型對砷去除率的影響

　　分別取480g不同廠家的鐵炭(TB、HMT、YX、LAT)放入上述有機玻璃柱中，加入砷質(zhì)量濃度為0.22mg/L的廢水5L，曝氣一段時間后取樣測定廢水砷質(zhì)量濃度，試驗結(jié)果見表5。反應完成后，過濾，觀察鐵炭結(jié)垢情況。將鐵炭酸洗24h，觀察清洗后的鐵炭外觀。鐵炭結(jié)垢及清洗試驗結(jié)果見表6。

　　由表5、6看出，不同廠家的鐵炭形態(tài)、反應后結(jié)垢情況及砷處理能力有較大差別，鐵炭YX除砷效果較好，但酸洗后復原效果差。實際生產(chǎn)中，應根據(jù)具體廢水水質(zhì)綜合考慮加以選擇。

　　2.2 實驗室連續(xù)試驗

　　根據(jù)以上結(jié)果進行實驗室連續(xù)試驗，驗證中性和弱酸性條件下用鐵炭工藝去除廢水中砷的效果。

　　試驗在22cm×11cm×15.5cm自制反應器中進行。反應器分為反應槽、一級沉降槽和二級沉降槽3部分。設置蠕動泵進水速度，讓水在反應槽內(nèi)的曝氣時間固定，處理后水樣溢流至一級沉降槽和二級沉降槽后排出。同時進行3組試驗：試驗1，廢水pH=4，曝氣時間20min;試驗2，廢水pH=5，曝氣時間20min;試驗3，廢水pH=6，曝氣時間30min。反應槽內(nèi)加入600g鐵炭、750mL廢水，廢水中砷質(zhì)量濃度0.22mg/L。曝氣一段時間后，打開蠕動泵，使廢水流入反應槽。連續(xù)反應后，定時取二級沉降槽的溢流分析砷質(zhì)量濃度。試驗結(jié)果見表7。