聚合硫酸铁除砷处理工艺研究

砷在自然界中分布广泛，具有类金属特性，目前共有数百种的砷矿物被发现，其产品主要用于木材防腐剂、玻璃搪瓷工业、农药、合金材料、医药、饲料化工等领域，特别是在医药、合金材料方面具有特殊用途。

砷具有致癌性和毒性，已被美国疾病控制中心(CDC)和国际癌症研究机构(IARC)确定为第一类致癌物质，同时，砷还被世界卫生组织(WHO)列入优先控制污染物之一。由此可见，砷是对人类及其他生物体存在较大威胁的一类物质。国内外目前已有多起关于砷污染的报道，均造成了不可估量的生命财产损失。而据统计，世界上每年仍然约有11万t砷通过各种途径进入水体中，可见，砷污染形式严峻，对其防治刻不容缓。

广西省贺州市某选矿厂原矿开采过程中所产生矿井涌水含砷超标，不能直接进行排放，需进行除砷处理，达到《锡、锑、汞工业污染物排放标准》(CJB30770-2014))标准后才能外排。本文对此废水展开除砷试验研究，在小试基础上，进一步展开扩大化试验，取得了比较满意的处理效果。

试验材料与方法

1．试验材料

试验所用含砷水样取白广西省贺州市某选矿厂，为该厂原矿开采过程中产生的矿井涌水，其基本性质见表l。

如表1示，矿井涌水中主要超标元素为总As，其浓度为1.57mg/L，而Hg、Cr、Cd、Pb四类元素含量很低，超过了检测方法下限，不能被检出，其他元素包括Zn、Sn、Mn等，含量较低，其浓度并未超标。

试验所用水处理剂聚合硫酸铁（聚铁）、聚丙烯酰胺(PAM)和生石灰均为工业级产品。

2．试验原理

目前，含砷废水处理方法较多，如化学沉淀法、吸附法、膜法、电渗析法、电凝聚、离子交换法、铁氧体法、生物富集法、微生物转化法、活性污泥法等，各种方法均有各自的优缺点。

本文根据矿井涌水含砷量较低的特点，采用聚合硫酸铁（聚铁）作为除砷剂。在除砷过程中，一方面，溶解的三价铁可与矿井涌水中部分砷反应生产（亚）砷酸铁类沉淀：另一方面，溶解的Fe3+一部分由于水解，一部分则在加入适量石灰后，生成Fe(OH)3。新生成的Fe(OH)3由于具有较高的比表面积，故可对水中的砷形成形成强烈的吸附作用。在两种反应的协同作用下，实现砷从液体到固体中的转移，较后通过液固分离的手段，达到去除矿井涌水中的砷的目的。

3．试验方法

试验中，取一定量水样倒人烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上进行搅拌，在搅拌过程中加入聚合硫酸铁（聚铁）(配制浓度：10%)，5min后，缓慢加入石灰乳（配置浓度：5%）进行pH的调节，达到预定的pH后，继续搅拌一定时间进行反应，随后加入一定量PAM（配制浓度：1‰）对沉淀进行絮凝，继续搅拌约30—60s后，静置沉降1—2min，取上清液对砷进行测定分析。

结果与讨论

1.聚合硫酸铁（聚铁）用量对除砷效果的影响

如图1可以看出，随着聚合硫酸铁（聚铁）用量的增加，处理水中含砷浓度也逐渐降低。当聚合硫酸铁（聚铁）用量为0.2%时，处理效果较差，处理水中含砷浓度仍高于1mg/L，为l.llmg/L，当聚合硫酸铁（聚铁）用量增加至0.4‰时，处理水中含砷浓度降低至0.64mg/L，随着聚合硫酸铁（聚铁）用量进一步增大至1‰时，处理水中含砷浓度降低至0.04mg/L，远远优于排放标准。考虑到需节省运行成本，后续试验中聚合硫酸铁（聚铁）用量取为0.6‰，此时处理水含砷浓度达到0.35mg/L。

2．时间对除砷效果的影响

如图2为处理时间对矿井涌水除砷效果的影响。可以看出，除砷效果随处理时间的延长而改善。当处理时间为5min时，处理水中砷的浓度尚为0.75mg/L，当处理时间达到10min时，处理水含砷浓度则已达到0.35mg/L，继续延长时间至20min，除砷效果也无明显提高，说明此时混凝体系中沉淀物对砷的吸附已经达到平衡。
 

3.pH对除砷效果的影响

如图3可以看出，pH对除砷效果的影响也较为明显。总体上，在弱酸性条件下，除砷效果明显弱于碱性条件。当pH=6.22时，矿井涌水中砷的浓度为0.75mg/L，当pH增加至7.08时，处理水砷浓度降低至0.43mg/L，随后，在pH=8—9的范围内，处理水中砷浓度变化不大，约为0.35mg/L。当pH进一步提高到10时，处理水含砷浓度有升高趋势，为0.44mg/L，说明此时被沉淀所吸附的砷，发生解吸，从而使砷出现返溶现象。因此，除砷pH不宜过高，应控制在pH=8—9左右。

工业扩大化试验

根据上述试验结果，展开了为期三天的工业扩大化试验。扩大化试验在该厂中进行，设计水处理量为2t/h。试验过程中，每隔l小时取样一次，8次取样后，将样品混合，形成混合样对砷进行测定。根据测定结果，对工艺参数（主要为聚合硫酸铁（聚铁）用量）进行调节，以达到节省运行成本，优化工艺的目的。试验结果如表2所示。

从表2可以看出，扩大化试验所取得的结果优于小试结果。小试结果表明，聚合硫酸铁（聚铁）用量需达到0.6‰，处理水中砷浓度才能降低至0.5mg/L，而中试结果表明，当聚合硫酸铁（聚铁）用量为0.4‰时，处理水中砷的浓度即达到0.38mg/L，可以达标排放。

根据中试结果，对药剂成本进行了核算，吨水处理成本约为0.724元，具体见表3。

结论

(1)该矿井涌水的小试和中试结果表明，通过聚合硫酸铁的混凝作用，协同沉淀的吸附作用，可以有效的对含砷废水进行处理。

(2)小试中，在常温时，聚合硫酸铁（聚铁）用量0.6%e，除砷时间lOmin，除砷pH=8—9的条件下，矿井涌水处理水中砷浓度可以降至0.35mg/L。

(3)扩大化试验中，维持其他条件不变，降低聚合硫酸铁（聚铁）用量为0.4‰，处理水中含砷量可达到0.38mg/L。

(4)扩大化试验优于小试的现象表明，聚合硫酸铁混凝沉淀一吸附法处理含砷废水，可以进行合理放大，实现工业化生产。