摘 要： 本实验研究了聚合硫酸铁 (PFS) 对北区地下渗水含锑砷废水的处理效果, 探讨了不同铁盐除锑砷效果对照、PFS用量对除锑砷效果的影响、不同碱中和的影响、铁渣中锑砷杂质在水溶液的返溶试验。结果表明, 通过PFS的混凝作用, 协同沉淀的吸附作用, 可以有效的对含锑砷废水进行处理, 处理过程简单, 一步到位。小试中, 在常温时, PFS用量0.6‰, 处理时间30min, pH=7的条件下, 废水中锑浓度可以降至0.30mg/L以下, 砷浓度降至0.10mg/L以下, 达到了《锡锑汞工业污染物排放标准》 (GB30770-2014) 中相关排放限值。

锡矿山闪星锑业有限责任公司北区地下渗水处理站主要是对含砷、锑废水进行水处理。其主要工艺流程是于一级反应池、二级反应池、三级反应池投加“亚铁盐”与“PAM”, 同时用氢氧化钠调节p H值, 曝气后, 经斜管沉淀池澄清, 上清液再进行电化学深度除锑处理后, 出水在絮泥池加氢氧化钠和PAM, 曝气池曝气, 在二号斜板沉淀池絮凝沉淀过滤, 滤液达标排放或回用, 滤渣堆积渣棚。本试验采用另一种方法“聚合硫酸铁加PAM混凝沉淀法”处理锡矿山北区地下渗水。聚合硫酸铁 (简称PFS) 是一种无毒、高效、无机高分子絮凝剂, 其絮凝性能优良, 沉降速度快, 生成的絮凝体密实, 适应于p H值为4~11的水体, 被广泛应用于工业废水及城市污水的净化。目前自《锡锑汞工业污染物排放标准》 (GB30770-2014) 的标准发布后, 废水排放标准中锑的排放标准由原来的Sb<0.5 mg/L, 下调到Sb<0.3 mg/L, 对水处理的要求逾加严格。PFS可通过吸附、共沉淀等原理去除北区地下渗水中的锑砷。试验结果达到了预期效果, 处理流程简单, 处理后水质清亮, 各项指标都达到了《锡锑汞工业污染物排放标准》 (GB30770-2014) 的相关标准限值[1]。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

废水:取自北区地下渗水, 其外观为无色, 透明清亮, 其p H值为8.5左右, Sb为13.27mg/L, As为42.80mg/L。

生石灰 (分析纯) 、片碱 (分析纯) 、硫酸亚铁 (工业纯) 、聚合硫酸铁 (分析纯) 、聚丙烯酰胺 (简称PAM, 工业纯) 、p H试纸、硫酸 (分析纯) 等。

1.2 试验原理

三价锑和五价锑在弱酸性至中性介质中易水解沉淀[2], 锑酸盐和砷酸盐能够与氢氧化铁反应生成不溶于水的沉淀物, 同时胶态氢氧化铁具有吸附作用, 能使细小颗粒的锑、砷等硫化物和氧化物一起沉淀。主要反应如下[3]:

1.3 试验方法

试验中, 取500ml~1500 ml水样倒入烧杯中, 在搅拌过程中加入一定量铁盐, 15min后, 缓慢加入碱液 (浓度:20%) 进行p H的调节, 达到预定的p H后, 继续搅拌一定时间进行反应, 随后加入1~2ml PAM (浓度:1‰) 对沉淀进行絮凝, 继续搅拌约30~60s后, 静置沉降1~2min, 取上清液对锑砷进行测定分析。

2 试验结果及讨论

2.1 不同铁盐除锑砷效果对照试验

等量硫酸亚铁和PFS分别加入500ml的废水中, 用石灰乳调节p H至8.5, 加PAM助凝, 取上清液分析结果如图1。

图1 加入不同铁盐除锑砷试验结果

从图1知道, 等量PFS的处理效果优于硫酸亚铁。这是PFS中的铁离子为三价, 在水中水解成红色氢氧化铁沉淀, 氢氧化铁具有吸附沉降作用, 能使细小颗粒的锑、砷等硫化物和氧化物一起沉淀。而硫酸亚铁在水中生成绿色的氢氧化亚铁沉淀, 它需要经曝气池曝气, 才氧化成红色氢氧化铁沉淀, 处理过程多一道工序。硫酸亚铁每吨约600元, PFS每吨约1000元, PFS成本略高于硫酸亚铁, 但PFS处理工艺简单, 投入少, 不需曝气氧化过程, 去除效率高。

2.2 PFS用量对除锑砷效果的影响试验

PFS投入使水溶液呈弱酸性, 用石灰乳调节。增加PFS投入量有利于锑砷的去除, 但会导致铁渣量增加, 不利于锑的回收及废渣的二次处理;PFS投入量太少, 达不到水处理标准。因此, 控制PFS投入量, 是处理工艺的关键。具体见图2。从图2中知道, 在常温下, 加入PFS量达3g/L, 其试验结果含锑0.3 mg/L以下, 含砷0.01 mg/L以下, 杂质砷比锑更易生成砷酸盐或亚砷酸盐沉淀而去除。

图2 PSF投入量除锑砷试验结果

2.3 不同碱中和试验

4.5 g PFS分别加入1500ml的废水中后, 溶液p H为3, 分别用生石灰调配成20%的石灰乳和20%的片碱调节p H至6, 加1~2ml PAM助凝, 取上清液分析结果如表1。

表1 生石灰和片碱中和试验分析表

从表1中知道, 用石灰乳调p H值, 石灰乳本身对废水中的杂质有吸附和沉淀功能, 特别是对锑的去除效果更好。生石灰价格280元/吨, 处理每立方废水约4千克生石灰, 缺点是渣量较多。片碱价格2000元/吨, 处理每立方废水约0.6千克片碱, 渣量较少。生石灰由于质优价廉, 常被用来调节废水p H值, 但大量石灰加入水中会引起滤渣过多, 使得二次处理困难, 因此选择用Na OH调节废水p H值, 并定量投加石灰的方法处理废水[4]。

2.4 p H对除杂效果的影响试验

1.5 g PFS分别加入500ml的废水中后, 测量溶液p H为3, 用20%的石灰乳调节到不同的p H值, 加1ml PAM助凝, 取上清液分析不同p H值对锑砷的去除影响, 分析结果如表2。

表2 不同p H值对除杂的影响试验

从表2中知道, 污水处理排放一级标准p H7-9范围内, p H值对水溶液中锑砷去除的影响不大。

2.5 铁渣中锑砷杂质在水溶液的返溶试验

分别称100g铁渣 (含锑2.39%, 含砷1.61%) 浸入300ml纯净水中, 加少量的硫酸和片碱调节p H, 密封常温静置三周后, 分析溶液中的锑砷含量, 水浸试验结果见表3。

表3 水浸试验结果

从表3中知道, 来自北炼厂废渣堆放棚的铁渣, 在不同p H值的纯净水中, 常温浸泡三周。在p H值为9时, 锑在水溶液中能微量返溶, 锑的浸出率为0.27%, 铁渣中的砷为砷酸铁和亚砷酸铁, 稳定性好, 在水中浸出甚微, 砷的浸出率仅为0.030%。

3 结论

该处理北区地下渗水的小试结果表明, 通过PFS的混凝作用, 协同沉淀的吸附作用, 可以有效的对含锑砷废水进行处理。处理过程简单, 一步到位。

小试中, 在常温时, PFS用量0.6‰, 处理时间30min, p H=7的条件下, 废水处理中锑浓度降至0.30mg/L以下, 砷浓度降至0.10mg/L以下, 达到了《锡锑汞工业污染物排放标准》 (GB30770-2014) 的相关标准限值。

用NaOH调节废水p H值, 并定量投加石灰的方法处理废水。在p H为6-9范围内, p H值对水溶液中锑砷去除的影响不大。

铁渣中的锑在水中微量返溶, 要及时过滤处理, 避雨堆放。

参考文献

[1]环境保护部编著《锡锑汞工业污染物排放标准》 (GB30770-2014) [M], 北京:中国环境科学出版社.2014, (5) .

[2]国家环境保护总局编著.水和废水监测分析方法[M], 北京:中国环境科学出版社.2011

[3]雷霆、朱从杰、张汉平编著.现代有色金属冶金科学技术丛书锑冶金[M], 北京:冶金工业出版社.2009.2

[4]张燕, 庞志华, 雷育涛等.混凝沉淀法处理锑离子的影响因素及动力学研究[J].安全与环境学报, 2013, 13 (3) :50-53.