鐵鹽絮凝法處理廢脫硝催化劑再生廢水試驗研究

馬景赟，李楠，張純，岳子明

（中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，北京 100045）

1 前言

隨著火電廠SCR 技術(shù)脫硝工程的廣泛應用，脫硝催化劑大量使用，目前使用的商業(yè)催化劑主要以V2O5/TiO2基催化劑為主[1]。通常煤中含有一定量的砷（As）等重金屬，脫硝反應過程中會吸附在脫硝催化劑中，引起催化劑中毒而失去應有的催化效果，因此再生廢脫硝催化劑進行循環(huán)利用已經(jīng)成為解決廢催化劑的重要渠道之一。再生廢催化劑的工藝主要包括酸洗、堿洗等過程，在再生過程中將產(chǎn)生再生廢液，再生廢液具有含鹽量高且水中含有高濃度的砷（As）、釩（V）等特點，是環(huán)保重點控制的污染物。目前國家排放標準主要控制砷污染物，《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）將砷列為第一類控制污染物，其最高允許排放濃度為0.5mg/L。《遼寧省污水綜合排版標準》（DB 21/1627—2008）規(guī)定釩（V）直接排放的最高允許排放濃度為1.0mg/L，排入污水處理廠的最高允許排放濃度為2.0mg/L。

通過收集到的文獻資料來看，未見有同時處理含砷、釩廢水的工藝研究資料，只有單獨處理含砷或含釩廢水的文獻。總體而言，處理含砷或含釩廢水的工藝方法主要有化學沉淀法、吸附法、離子交換法、膜分離法、生物法、溶劑萃取法等[2-6]。化學沉淀法因具有處理效果好、處理方便靈活的優(yōu)點，得到廣泛應用。關(guān)洪亮等[7]采用硫酸亞鐵作為沉淀劑，研究了對除釩效果的影響。研究結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，隨著鐵砷比的升高，砷酸鐵沉淀物的穩(wěn)定性也逐漸增加，有利于提高廢水中砷的去除率。

本研究以某電廠廢催化劑再生時產(chǎn)生的廢水為試驗用水，采用三氯化鐵對其進行混凝試驗，主要是利用水中的Fe3+及Fe(OH)3易與含As、V 酸根離子發(fā)生混凝共沉淀反應和吸附反應，研究混凝劑對去除水中砷、釩的變化規(guī)律及影響因素。

2 試驗部分

2.1 廢脫硝催化劑再生廢水水質(zhì)

再生脫硝催化劑時產(chǎn)生的再生廢液呈黃色，渾濁狀態(tài)，因煤種不同，再生廢水中的砷濃度會有所不同，試驗用水水質(zhì)如表1 所示。

表1 試驗用水水質(zhì)

2.2 試驗方法

原水放入混凝試驗攪拌儀中，加入一定量的氯化鐵（FeCl3）后，在轉(zhuǎn)速為150r/min 的條件下攪拌3min，然后在轉(zhuǎn)速為100r/min 的條件下攪拌20min，控制反應pH 值，靜沉一定時間后，對上清液進行分析。

2.3 設備、儀器及試劑

混凝試驗攪拌儀（MY 3000-6，武漢市梅宇儀器有限公司）、電子天平（AW220 型，常州國華精密儀器有限公司）、Agilents 7500 ICP-MS 型電感耦合等離子體質(zhì)樸儀（安捷倫公司）、PHS-3E 型pH 計（上海雷磁）。

三氯化鐵，純度99%，分析純；氫氧化鈣，含量95%，分析純；聚丙烯酰胺（PAM），分子量（MW）為300 萬，分析純。

3 結(jié)果與討論

3.1 靜沉時間對去除效果的影響

在鐵砷比（Fe/As，質(zhì)量比）為3、pH 值約為8.5 的條件下，混凝攪拌完成后，分別進行1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h 的靜沉試驗，取上清液進行水質(zhì)分析。靜沉時間對混凝效果的影響見圖1。

圖1 靜沉時間對混凝效果的影響

靜沉時間是設計沉淀裝置的重要工藝參數(shù)之一。由圖1 可知，隨著靜沉時間的延長，對As、V 的去除率逐漸增大，靜沉3h 以后，對As、V 的去除率基本保持不變，就本試驗用水水質(zhì)而言，基本確定靜沉時間為3h。

3.2 三氯化鐵投加量對混凝效果的影響

在反應pH 值為8.0—8.5、靜沉時間為3h 的條件下，分別按Fe/As（質(zhì)量比）為1、2、3、4、5、6進行混凝試驗，對上清液進行水質(zhì)分析。FeCl3投加量對混凝效果的影響見圖2。

圖2 FeCl3 投加量對混凝效果的影響

從圖2 可以看出，F(xiàn)e/As 對重金屬的去除影響較大，是影響混凝效果的重要因素之一，廢水中鐵含量越大，對As、V 的去除率越高。當Fe/As 為3 時，水中As 的去除率為99.7%，水中殘余的As 含量為0.13mg/L，達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）要求（As 最高允許排放濃度為0.5mg/L）。當Fe/As 為5 時，水中的As 含量未檢出。當Fe/As 為3 時，水中V 的去除率達到97.9%，水中殘余的V含量為0.47mg/L，達到《遼寧省污水綜合排版標準》（DB21/1627—2008）要求（最高允許排放濃度為1.0mg/L）。當Fe/As 為5 時，水中殘余的V 含量為0.06mg/L。

3.3 pH 值對混凝效果的影響

在Fe/As（質(zhì)量比）為3 的條件下，進行反應pH 值為6、7、8、9 的混凝試驗，取靜沉3h 后的上清液進行分析。pH 值對混凝效果的影響見圖3。

圖3 pH 值對混凝效果的影響

從圖3 可以看出，pH 值也是影響重金屬去除效果的重要因素之一。隨著pH 值的升高，對As、V 的去除率逐漸增大，但當pH 值大于8.19 時，出現(xiàn)了As、V 去除率下降的趨勢，這可能是因為在高pH 值條件下，F(xiàn)e3+主要以羥合配位離子的形態(tài)存在，使得溶液中Fe3+減少，影響了混凝效果[8]。對于廢水中As 而言，在pH 值為6—9 時，對去除率影響不大，均達到了99%以上，出水As 含量低于0.5mg/L，當pH 值為8.97 時，As 去除率出現(xiàn)下降趨勢。對于水中V 而言，當pH 值為6—8.19 時，V 去除率逐漸升高，當pH 值大于8.19 時，V 去除率呈下降趨勢，在pH 值為8.19 時，出水V 含量為0.47mg/L，在pH 值為8.97 時，出水V 含量為0.59mg/L。由此可見，就本試驗水質(zhì)而言，較合適的pH 值為8—9。

3.4 PAM 投加量對混凝效果的影響

在Fe/As（質(zhì)量比）為3、反應pH 值為8—8.5 的條件下，進行投加PAM 的試驗，取靜沉3h 后的上清液進行分析。PAM 投加量對混凝效果的影響見表2。由試驗結(jié)果可知，投加PAM 對降低水中As、V 含量影響不大。

表2 PAM 投加量對混凝效果的影響

4 結(jié)語

（1）針對再生廢脫硝催化劑時產(chǎn)生的含As、V再生廢水，采用鐵鹽（FeCl3）絮凝法進行混凝試驗研究，研究表明采用鐵鹽絮凝法處理工藝是可行的，F(xiàn)eCl3投加量、反應pH 值、靜沉時間是影響混凝效果的主要因素，投加PAM 對混凝效果影響不大。一般FeCl3投加量越大，對除As、V 的混凝效果越好，反應pH 值對混凝效果有最佳的反應范圍，靜沉時間越長，其沉淀效果越好。

（2）在Fe/As（質(zhì)量比）不小于3、pH 值為8—9、靜沉時間在不小于3h 的條件下，對水中As 去除率達到了99%以上，出水As 含量小于0.13—0.19mg/L，達到了國家標準排放要求，對水中V 去除率達到97.4%以上，出水V 含量為0.47—0.59mg/L，達到了省級地方排放標準要求。