用雙氧水氧化—鐵鹽沉淀法從含砷廢水中去除砷試驗研究

陳芳芳,陳 輝

(1.江西科技學院 現代教育技術中心，江西 南昌 330098；2.江西科技學院 教務處，江西 南昌 330098)

有色金屬冶煉過程中，大部分砷固定在玻璃渣中[1-3]，或以粉塵形式捕獲[4-7]。但廠區少量含砷粉塵飄落地面，經雨水洗滌后進入雨水中，產生大量含砷廢水。這種廢水中砷含量相對較高，需要處理后排放。

目前，從含砷廢水中去除砷主要有化學沉淀(中和、硫化)法及吸附法[8-11]。但這些方法都存在處理成本高、產生含砷廢物，以及造成二次污染等問題。研究含砷廢水的無害化處置對環境保護有重要意義。

含鐵材料對砷有較強的親和力，因此具有較高的除砷潛力[12-15]，但主要用于高砷廢水的處理，對于低濃度含砷廢水的應用較少。試驗研究了采用氧化—鐵鹽法從低濃度含砷廢水中去除砷，以期為冶煉廠區含砷雨水的處理提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

含砷廢水：某冶煉廠區雨水滲透土壤產生的含砷廢水，也稱“低砷雨水”，pH=4.89，主要化學成分見表1。

表1 含砷廢水的主要化學成分 mg/L

試劑：硫酸鐵，雙氧水，均為國藥試劑集團有限公司，分析純。

1.2 試驗原理與方法

含砷廢水中加入雙氧水和硫酸鐵，其中亞砷酸根離子與雙氧水反應生成砷酸根離子，砷酸根離子與鐵離子反應生成砷酸鐵固體而沉淀。部分硫酸鐵水解生成氫氧化鐵膠體，少部分砷被氫氧化鐵膠體吸附而被除去。主要化學反應如下：

取100 mL含砷廢水于500 mL燒杯中，放入水浴鍋中加熱，根據n(H2O2)/n(As)和n(Fe)/n(As) 配比加入雙氧水和硫酸鐵，在一定攪拌速度下反應一定時間后過濾，分析濾液中砷質量濃度，計算砷去除率。

2 試驗結果與討論

2.1 雙氧水用量對除砷的影響

含砷廢水體積100 mL，攪拌速度100 r/min，同時緩慢加入雙氧水和硫酸鐵，硫酸鐵用量n(Fe)/n(As)=1.3/1，60 ℃下反應2.0 h，雙氧水用量對除砷的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 雙氧水用量對除砷的影響

2.2 硫酸鐵用量對除砷的影響

含砷廢水體積100 mL，攪拌速度100 r/min，同時緩慢加入雙氧水和硫酸鐵，雙氧水用量n(H2O2)/n(As)為1.1/1，60 ℃下反應2 h，硫酸鐵用量對除砷的影響試驗結果如圖2所示。可以看出：隨n(Fe)/n(As)增大，廢水中砷質量濃度降低；n(Fe)/n(As)=1.3/1時，砷質量濃度降至0.12 mg/L。硫酸鐵用量較低時，反應產物Fe(AsO3)3和Fe(OH)3的量較少，砷去除率較低；隨硫酸鐵用量增加，Fe(AsO3)3和Fe(OH)3產生量增大，廢水中砷更多被沉淀劑吸附。綜合考慮，確定n(Fe)/n(As)=1.3/1為宜。

圖2 硫酸鐵用量對除砷的影響

2.3 攪拌速度對除砷的影響

含砷廢水體積100 mL，邊攪拌邊緩慢加入雙氧水和硫酸鐵，雙氧水用量n(H2O2)/n(As)=1.1/1，硫酸鐵用量n(Fe)/n(As)=1.3/1，60 ℃下反應2.0 h，攪拌速度對除砷的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 攪拌速度對除砷的影響

2.4 溫度對除砷的影響

含砷廢水體積100 mL，攪拌速度100 r/min，同時緩慢加入雙氧水和硫酸鐵，雙氧水用量n(H2O2)/n(As)=1.1/1，硫酸鐵用量n(Fe)/n(As) =1.3/1，反應時間2.0 h，溫度對除砷的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 溫度對除砷的影響

2.5 反應時間對砷去除率的影響

含砷廢水體積100 mL，攪拌速度100 r/min，同時緩慢加入雙氧水和硫酸鐵，雙氧水用量n(H2O2)/n(As)=1.1/1，硫酸鐵用量n(Fe)/n(As) =1.3/1，溫度60 ℃，反應時間對除砷的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 反應時間對砷去除率的影響

由圖5看出：隨反應時間延長，廢水中砷質量濃度降低；反應2.0 h時，砷質量濃度降至0.12 mg/L 并趨于穩定。隨反應時間延長，砷酸鐵沉淀反應更完全，更有利于除砷。綜合考慮，確定反應時間以2.0 h最佳。

2.6 綜合穩定性驗證試驗

根據條件試驗確定的適宜條件為：攪拌速度100 r/min，雙氧水用量n(H2O2)/n(As)=1.1/1，硫酸鐵用量n(Fe)/n(As)=1.3/1，溫度60 ℃，反應時間2.0 h。在此條件下進行擴大試驗，對 2.0 L含砷廢水進行5次重復試驗，結果如圖6所示。

圖6 綜合穩定性驗證試驗結果

由圖6看出：5次擴大試驗后，廢水中砷質量濃度均在0.15 mg/L以下，除砷效果較好；說明此法較為穩定，除砷后的廢水可達標排放。

3 結論

采用雙氧水氧化—鐵鹽沉淀法從冶煉廠區含砷廢水中除砷是可行的。適宜條件下，脫砷后廢水中砷質量濃度在0.20 mg/L以下。相較于傳統的石灰、石灰—鐵鹽沉淀法，此法產出的鐵砷渣量少，處理后廢水符合排放標準(<0.3 mg/L)。方法簡單有效，可用于低濃度含砷廢水中砷的去除。