石灰-硫酸亚铁法处理含砷废水的研究

石灰-硫酸亚铁法处理含砷废水的研究 2004年第 6期广东化工 47 石灰一硫酸亚铁法处理含砷废水的研究袁达源苏宝华邵少金 (广州大学生物与化学工程学院，广州，510405) 摘要采用石灰一硫酸亚铁法混凝沉降法处理硫酸生产的废水，一次沉降控制pH为8．6、Fe／As的摩尔比值为3．二次沉降的 pH为 9、Fe／As的摩尔比值为 15。若废水的砷浓度为 100 mg·L～，经二次处理后砷浓度99．8％，出水的 pH值、Fe和 As的含量均低于国家的排放标准。关键词石灰，硫酸亚铁，含砷废水，沉降 ...

2004年第 6期广东化工 47 石灰一硫酸亚铁法处理含砷废水的研究袁达源苏宝华邵少金 (广州大学生物与化学工程学院，广州，510405) 摘要采用石灰一硫酸亚铁法混凝沉降法处理硫酸生产的废水，一次沉降控制pH为8．6、Fe／As的摩尔比值为3．二次沉降的 pH为 9、Fe／As的摩尔比值为 15。若废水的砷浓度为 100 mg·L～，经二次处理后砷浓度99．8％，出水的 pH值、Fe和 As的含量均低于国家的排放标准。关键词石灰，硫酸亚铁，含砷废水，沉降 A Studay of Lime-Coppras Dealing with Arsenic——Wastewater Yuan Dayuan Su Baohua Shao Shaojin (School of Biological Science and Chemical Engineering Guangzhou University，Guangzhou，5 1 0030) Abstract using the method of Lime—coppras deal with a~edc wastewater，when the concertration of arsen is lOOmg／L，controlling pH to 8．6，nFe／nAs to 3 at the first settlement，and pH to 9，nFe／nAs to 1 5 at the second settlement．the concertration of amen can be under 0．2mg／C it S lower than the country standard． Keywords lime，coppera，arsenic-wastewater，settlement 前言不少化工厂、冶炼厂、电镀厂、金属加工厂、硫酸厂，生产过程中排出大量的含砷废水．As的化合物对生物有剧毒性，能在人体中积累，引起中毒。砷是我国实施水排放总量控制的重要指标之一，治理含砷废水越来越引起人们的重视。针对废水酸度高、砷含量高的特点．以混凝剂价廉易得、处理高效为原则．采用石灰一硫酸亚铁法混凝二次沉降处理。处理后废水的砷含量低于国家排放标准。 1 实验原理废水中砷主要以正亚砷酸和偏亚砷酸及它们的盐类的形式存在，废水中有下列电离平衡： 3H +AsO3s'-=As(OH) As +3OH一 5H +AsO43_= As5++ 3OH一+H10 在废水中加入 Ca(OH)：、FeSO 时，铁与废水中AsO 、 AsO 形成稳定的络合物，并被铁的氢氧化物吸附共沉而达到除砷的目的： Ca(OH)2+FeSO4=CaSO4+Fe(OH)2 Ca(OH)：+Fe2(SO~)3=CaSO +Fe(OH)3 AsO2-+Fe(OH)3=FeAsO4+30H— AsO3 +Fe(OH)3=FeAsO3+3OH Fe 有很强的还原性．在溶液中很容易被氧化为 Fe，+。在上述反应的同时，由于CaSO 的溶度积较大，Ksp(CaSO,) =6．1×10～，溶液中存在着一定量的 Ca：+离子，因此也有 Ca (AsO~)：和Ca(AsO，)：的沉淀物生成。在反应中生成的胶体 Fe(OH) 能吸附砷酸铁和亚砷酸铁而共沉，除砷效果显著。 2 实验研究试验水质经检测含砷量为 100 mg·L～，pH值为 2．24。 2．1 仪器装置浆式搅拌器、混凝反应器、精密 pH计。 2-2 试剂石灰乳液：用 CaO加自来水消解而成．该白色浆状物 CaO含量为 80 g·L～。硫酸亚铁溶液：用化学纯 FeSO ·7H20配成 0．7 mg·L一溶液。 2．3流程石灰乳液『1 石灰乳液『1 硫酸亚铁lI 硫酸亚铁lI 《7 f} 废水厂_———] 上层洁液厂————] 排放 [ = = = = 搅拌反应 ====== 搅拌反应 }====：> 一蟠隆 L—————j 二沉鹾 I J 维普资讯 http://www.cqvip.com 48 广东化工 2004年第 6期 h 90．0 75．0 留 60．0 45．0 30．0 15．0 0．0 0 5 10 15 20 25 30 砷舍量／ g 图 1砷含量检测标准曲线图 1为砷含量检测标准曲线图，为十组测定数据的平均值。 3 砷含量的检测(二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法) 3．1检测方法根据水质分析方法国家标准 GB7485“二乙氨基二硫代甲酸银分光光度法”，在装有待测液的锥形瓶中加入 4mL 浓硫酸、4g锌粒，锌和浓硫酸反应生成的氢气与待测液中的砷剧烈反应，生成剧毒性气体肿，用三氯甲烷吸收，测定该吸收液的吸光度。再从图 1查出砷的含量。 3．2 检测范围：O．oo7～O．5 mg·L『’ 4 结果与讨论根据实验结果，可知影响废水处理的主要因素是 pH 值，Fe／As的比值，而 pH值又决定着中和剂石灰乳液的用量。 4．1一级处理 0 5 10 1 5 pH 图2石灰乳液加量与 pH关系曲线由图 2中曲线看出。当将废水中和至 pH值为 7⋯8 9 1O时．每升废水需要的石灰乳液分别是 14rrIl、14．5rrIl、 15ml、17Tnl。石灰乳液的消耗基本上是分三个阶段完成的。第一阶段 pH值在 2．24～6的范围内，主要是酸碱中和的阶段．此阶段 pH值迅速上升；第二阶段 pH值在 5～8的范围内．是废水中少量的其它离子和部分砷逐步参与反应的阶段，pH的变化比较平缓；第三阶段 pH值在 8～12的范围内，主要是砷的沉淀阶段，pH值的变化更加迅速。总的来说．要控制好相应的pH值在第二阶段加入石灰乳时必须十分小心。 90 ∞ 5 《凿 60 45 30 15 0 0 5 10 15 pH^ 图3 pH值与除砷率关系曲线(未加 FeSO．) 图 4 pH值与除 As率关系曲线 (加入 Fe· SO4使摩尔比nFe／nAs=3) 图 3、4分别为未加 FeS0 及加入 FeS0 后，除 As率随 pH值增大的变化情况。未加 FeSO 时，除 As率随 pH的增大而增大，此图可分为三个阶段来陈述其变化。第一阶段，是 pH=5～7的阶段．此阶段 As随 pH的增大变化得较缓慢，在 pH=5时有 15％的除 As率，但 pH=7时也仅有 20％的除 As率：第二阶段。为 pH=7～9的阶段，在 pH=7时出现一个拐点，除 As率随 pH增大而迅速增大，到 pH=9时已达到 73％的除 As率；第三阶段，是 pH>9的阶段，此阶段的除 As率又再次上升得很缓慢．到 pH=12时的除As率仅比 pH=9时上升了 1O％，为 8O％。对比未加 FeSO。的情况，加入 FeS0 后，除 As率有所上升。除 As率随 pH增大而增大。在 pH=3．1左右，除 As 率可达到 38％，而未加 FeS0 时即使 pH=5，除 As率仅为 15％。pH=3～10的阶段除 As率由38％上升到 88％，pH>10 时，上升又趋于缓慢。图 5 摩尔比 nFe／nAs与 As的去除率关系曲线 ∞ ∞ ：2 0 一 ∞ 维普资讯 http://www.cqvip.com 2004年第 6期广东化工 49 由图5可知．随着 Fe／As摩尔比的增大除砷率随之增大．Fe／As值在 1～2．5范围内．除砷率由 45％上升到 9O％。在此范围内．除砷率受 Fe／As摩尔比的影响变化较大．大于 2．5的阶段，曲线渐趋平缓。同时由于 FeSO 是强酸弱碱盐，水解后呈酸性，当增加 FeSO 的用量时，也相应增加石灰的消耗量，使溶液 pH值保持在 8．6左右。 4．2二级处理图 6 石灰乳液加 ■ 与 pH关系曲线由图 6可看出，当 pH<9，石灰乳液加量与 pH值基本呈线性函数关系，单位 pH的石灰乳液加量为O．3ml；当 pH=9时，石灰乳加量为 2．7ml，当 pH>9时，单位 pH的石灰乳液耗量迅速增加，所以二次处理最好控制溶液的 pH值为 9。薄妻 Fe／As的比值图 7 nFe，nAs与除 As宰关系曲线由图 7可看出．Fe／As的摩尔比值由 lO提高到 35时．除砷率由 83％提高至99．8％。在此范围内，Fe／As的摩尔比值为 lO～2O时，除 As率提高最快；Fe／As为 lO、l5、2O时，除 As率分别为 83％、98％、98．5％：Fe／As高于 2O时，除 As 率由 98．5％平缓渐升，Fe／As到 35时除 As率达到 99．8％。在二级处理中，只要控制好 pH为 9．Fe／As的摩尔比值在 l5左右，废水中As含量已低于国家控制的最低排放标准 O．5 mg·L- 。 5 结论一级处理控制pH为 8．6、Fe／As的摩尔比值为 3，除As 率接近90％，二级处理控制 pH为 9，Fe／As的摩尔比值为 35，除 As率达 99．8％，使水中 As含量小于 O．2 mg·L～，低于国家控制的排放标准 O．5 mg· 。混凝剂生石灰和硫酸亚铁价廉易得．每吨废水的混凝剂消耗费用低廉，且处理高效．用该混凝剂对含砷废水进行二次沉降后，水中的铁、砷含量及 pH值均可达排放标准。该法除砷设备简单，流程易于控制。参考文献 1徐新华．宋爽．工业废水中各项污染物处理手册．化学工业出版社．2000：66—77 2 国家保护总局，《方法》编委会．水和废水监测分析方法(第四版)，中国环境科学H{版社．2002：300—3ll 3 钟细斌．硫酸生产中废水治理T艺的改进．化_T环保．1995：第 15卷．第 5期．307—3l1 4 立靖．硫酸生产废水中的砷去除方法的研究．化工环保．1998：第 l8卷．第 5期．285—289 (2004年4月收稿 ) 作者简介袁达源．副教授．主要从事物理化学和无机化学的教学与研究。 (上接第 55页) 的范德华力都在使湿漆膜在不停地流动．表面重力的作用．使垂直面更易产生流挂。 7．3．2防流挂的原理如果我们能使在同一个界面的湿膜涂料各种力的合力达到平行．即：重力、分子间的范德华力、溶剂挥发的流动的表面张力等．如果表面能达到一个网状结构将表面整体粘连，即可防止涂料的湿膜流挂。由于喷涂工艺的取决，很难使整个表面的力平行。厚薄也是一个影响因素，厚的地方由于重力、范德华力及溶剂挥发引起的表面张力。与薄的地方有差异．厚的部分会向薄的地方流动，若流动速度较快时，引起厚薄的差异，形成流挂。我们模拟一种物质，在运动时候具有触变性能．即在较高的转切力作用下．液体的粘度有变化．当转切力减弱．粘度会渐渐提高，这样去防止溶剂过量引起的流动，达到防流挂。新的技术表明，防流挂是可以实现的，在喷涂时候，由于提供高剪切力。涂料中防流挂物质结构断裂．从而产生了喷涂时需要的低粘度，漆膜湿膜具有流动性．因此可获得较好的流平性，静止后，网状结构重新自动恢复。 8 结束语随新化工技术不断进步．应用在汽车的涂料质量也不断提高。荷兰 AKZO．NOBEL、中国广东先达树脂公司同时推出高光、高硬度、高DO1的丙烯酸树脂。使罩光清漆更亮丽。AKZO．NOBEL公司还生产含 SCA的饱和树脂．BYK公司、香港劲辉公司银粉排列蜡使金属闪光漆质量大大提高。在国外，汽车涂装已经向环保方向发展．美国 EASTMAN公司推出水溶性对闪光金属定向纤维素。这样使汽车金属闪光漆实现水性化。未来，我们期待高品质、更环保汽车闪光涂料应用在汽车涂装上。 (2004年 6月收稿) 作者简介莫纯良，男，1970年生，助理lT程师．从事化．TT 作已十二年。维普资讯 http://www.cqvip.com

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