【实验研究】铁碳微电解工艺处理含砷废水
【实验研究】铁碳微电解工艺处理含砷废水
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1、试验部分
1.1 试验材料
贵州某矿山含砷废水，除砷超标外，其他元素都在排放标准限值之内，化学成分见表1。试验所用铁-碳参数见表2。
硫酸：工业级，纯度95%。
溶液中砷质量浓度采用原子荧光分光光度法测定。
1.3 试验原理及方法
试验原理：铁碳微电解通过腐蚀电化学原理，利用形成的微电池效应产生的二价铁离子在弱酸性并曝气条件下被氧化成三价铁离子。三价铁离子在弱酸性或中性条件下生成吸附性极强的氢氧化铁，其与砷形成共沉淀，凝聚后从溶液中将砷去除。基本反应如下：
2、试验结果与讨论
2.1 实验室批次试验
2.1.1 废水初始pH及曝气时间对砷去除率的影响
试验在2L烧杯中进行。烧杯中加入0.5L砷质量浓度0.22mg/L废水，分别用硫酸调初始pH为3、4、5、6。加入铁碳50g(HMT，以下未特别说明，均用此铁碳)并曝气，每隔10min取样过滤后测定砷质量浓度及pH。试验结果见表2。可以看出：铁碳氧化分解过程消耗氢离子，随反应进行，废水pH升高、砷质量浓度下降;初始pH=3的废水经曝气20min，砷质量浓度降至检测下限(<1.0μg/L)以下，而初始pH=6的废水经曝气30min，砷质量浓度为0.031mg/L。适当降低初始废水pH使呈弱酸性更有利于铁碳氧化分解，提高砷去除率。
用1.5m高的有机玻璃柱进行试验。玻璃柱中加入砷质量浓度0.22mg/L废水10L，用硫酸调初始pH=3，进行3组试验。试验1：只添加1kg铁碳，不曝气，反应60min;试验2：添加1kg铁碳并曝气60min;试验3：不加铁碳，只曝气60min。反应完成后从沉降柱中取样，测定砷质量浓度。各试验平行5组，各次试验结果见表3。
2.1.3 溶液砷质量浓度对铁碳去除砷的影响
分别取砷质量浓度为0.22、0.55、1.03mg/L的废水各5L，置于上述有机玻璃柱中，调pH=3。分别加入480g铁碳并曝气。每间隔一段时间取少许水样过滤并测定其中砷质量浓度，计算砷去除率。试验共取样9次，时间间隔及试验结果见表4。
2.1.4 铁碳类型对砷去除率的影响
分别取480g不同厂家的铁碳(TB、HMT、YX、LAT)放入上述有机玻璃柱中，加入砷质量浓度为0.22mg/L的废水5L，曝气一段时间后取样测定废水砷质量浓度，试验结果见表5。反应完成后，过滤，观察铁碳结垢情况。将铁碳酸洗24h，观察清洗后的铁碳外观。铁碳结垢及清洗试验结果见表6。
2.2 实验室连续试验
根据以上结果进行实验室连续试验，验证中性和弱酸性条件下用铁碳工艺去除废水中砷的效果。
试验在22cm×11cm×15.5cm自制反应器中进行。反应器分为反应槽、一级沉降槽和二级沉降槽3部分。设置蠕动泵进水速度，让水在反应槽内的曝气时间固定，处理后水样溢流至一级沉降槽和二级沉降槽后排出。同时进行3组试验：试验1，废水pH=4，曝气时间20min;试验2，废水pH=5，曝气时间20min;试验3，废水pH=6，曝气时间30min。反应槽内加入600g铁碳、750mL废水，废水中砷质量浓度0.22mg/L。曝气一段时间后，打开蠕动泵，使废水流入反应槽。连续反应后，定时取二级沉降槽的溢流分析砷质量浓度。试验结果见表7。
连续试验结果(表7)很好地验证了批次试验结果：控制废水pH在4～5之间，曝气20min可使溶液中砷质量浓度降至地表水标准以下;废水pH=6时，曝气30min，也可使废水中砷质量浓度低于0.05mg/L。
3、结论
用铁碳微电解工艺处理含砷废水可有效去除其中的砷，处理后的废水中砷质量浓度符合要求。在酸性条件下连续处理，控制废水pH在4～5之间，曝气时间20min，可将废水中砷质量浓度降至0.05mg/L以下，达到排放标准。
降低废水pH有利于铁碳的氧化、分解，提高对含砷废水的处理效果。铁碳氧化分解过程消耗氢离子，使溶液pH升高，出水pH达到中性。
不同厂家生产的铁碳形态、反应后结垢情况及砷处理能力有较大差别，需要根据实际水质加以筛选。