在以硫铁矿为原料的硫酸生产过程中,炉气净化水洗工序往往产生大量含砷废水,由于砷含量较高,不能直接排放,必须经过处理,砷含量才能达到排放标准(As的质量浓度<1mg/L)。　

本试验采用石灰—聚合硫酸铁(PFS)法处理硫酸生产过程中排出的废水,取得了良好的效果。

1　试验原理　

在含砷废水中加入石灰乳液、聚合硫酸铁及高分子絮凝剂后,将发生中和、脱砷、吸附等反应,并发生架桥、共沉淀效应。

1.1　中和反应　　

废水中的硫酸与石灰乳液发生如下反应:　　

Ca(OH)₂+H₂SO₄=CaSO₄+2H₂O

1.2　脱砷反应　　

中和反应过程中,由于CaSO₄的浓度积较大,使溶液中存在一定浓度的Ca2+,Ca2+与砷酸盐和亚砷酸盐反应形成沉淀物。

如果单独使用石灰法除砷,效果较差,因为生成的Ca₃(AsO₃)₂和Ca₃(AsO₄)₂仍有较大的溶解度,易造成二次污染。采用石灰—聚合硫酸铁法除砷,效果比较好。因为聚合硫酸铁的水溶液中含有大量的[Fe(H₂O)₆]3+、[Fe₂(OH)₃]3+、[Fe3(OH)2]4+等络离子,易水解形成多核络合物,这些络合物能够强烈吸附废水中的胶体微粒,通过吸附、架桥、交联等作用促使胶体微粒相互碰撞,形成絮状混凝沉淀。与此同时,废水中的H₃AsO₃、H₃AsO₄与PFS的较终水解物Fe(OH)₃发生如下反应:

H3AsO3+Fe(OH)3=FeAsO3↑+3H2O

H3AsO4+Fe(OH)3=FeAsO4↑+3H2O　　

生成的FeAsO3、FeAsO4沉淀被PFS的水解产物卷扫一起沉积下来,从而有效地除去砷。

1.3　高分子絮凝剂的架桥作用　　

在上面反应过程中,投加微量高分子絮凝剂,共沉效应将会加剧。因为高分子絮凝剂具有线性结构,它可以在相距较远的各个固相颗粒之间形成聚合物桥,即一端吸附某一固相颗粒后,另一端伸入水中又吸附另一固相颗粒,颗粒通过高分子物质的架桥作用,逐渐变大,较终形成大絮凝体。这样就大大加速了混凝絮状物的形成和沉淀,强化了除砷的效果。

2、　试验水质、药剂和方法

2.1　试验水质　　

试验用水为某厂硫酸生产过程中炉气水洗工序废水,具有刺激性气味,外观呈黑色浑浊状。

2.2　药剂　　

石灰乳液:工业品,石灰加自来水消解而成,石灰含量125g/L;聚合硫酸铁溶液:工业品,含量为100g/L;高分子絮凝剂。

2.3　试验方法　　

取1L废水于2L烧杯中,边搅拌边加入石灰,将废水调至一定的pH值,加入一定量的PFS溶液,搅拌5min,然后再加入高分子絮凝剂,1min后反应结束。转移至1L量筒中,观察静止15min、30min时界面沉降率,取上清液进行分析。　　

观察实验结果，得到如下结论：　

(1)使用石灰—聚合硫酸铁法处理硫酸生产中含砷废水,处理效果显著,成本低;

(2)pH值是决定废水处理效果的重要条件,对本水源而言,较佳pH值应控制在8.8～10.6之间;

(3)m(Fe)/m(As)比值是除砷的重要条件,当m(Fe)/m(As)比值大于5时,控制适宜的pH值,处理后的废水中残余As质量浓度可降至1mg/L以下;

(4)石灰乳的加入量应控制在1.88mL/L至2.0mL/L之间,这样As去除率较高,残余As的质量浓度小于1mg/L。