高砷废水处理及含砷废渣稳定化 的试验研究

摘要:本试验通过采用硫酸铁和聚合硫酸铁分两段对含砷量为6.4 g/L的废水进行了处理。结果表明:当pH=5、Fe/As(质量比)=-3∶1,反应时间为3 h时,采用硫酸铁进行初步除砷后废水中砷含量降至0.5 mg/L以内,达到了废水排放标准的砷含量要求;当pH=5,按照0.44 g/100 mL加入聚合硫酸铁、反应时间为2 h时,采用聚合硫酸铁进行深度除砷后废水中砷含量降至0.05 mg/1.以内.达到了饮用水标准的砷含量要求。另外,对初步除砷所得的含砷废渣进行焙烧,当焙烧温度为700℃ ,焙烧时间为3 h时,所得废渣经毒性浸出试验检测,完全满足TCLP毒性浸出试验的要求,可安全处置。本试验找到了一种适合大规模处理高砷废水和含砷废渣的方法,该方法工艺简单、可操作性强,具有很好的应用前景。

关键词:高砷废水;含砷废渣﹔硫酸铁﹔聚合硫酸铁﹔毒性

浸出试验 0引言 砷及其大多数化合物都是有毒物质,易致癌,且无机砷化合物的毒性相对有机砷化合物而言更大-一些,在砷的冶炼及其化合物的生产使用过程中会产生大量砷含量很高的废液,如不妥善处置,将会对环境及人们的身体健康构成威胁[1.2J。 对于含砷废水的处理,国内外进行了大量的研究,主要采用化学沉淀法﹑吸附法﹑离子交换法﹑膜分离法、生化法等处理方法[34]。

但就目前情况而言，只有化学沉淀法获得了较好的工业应用,适合处理大规模的含砷废水。化学沉淀法主要是利用可溶性砷能与许多金属离子形成难溶化合物的这一特性，通过加入钙、铁、镁、铝盐或硫化物等作为沉淀剂,过滤后除去废水中的砷。但镁盐和铝盐由于价格过高,不适合大规模处理含砷废水;硫化物由于其易水解释放有毒的硫化氢气体,使得工作环境受到限制﹔钙盐由于价格低廉﹑除砷效果好而受到许多处理含砷废水企业的青睐,但形成的砷酸钙沉淀不稳定,极易造成二次污染﹐虽然某些研究中提到砷酸钙焙烧后可以安全堆放,但此类研究较少,可靠性不足﹔铁盐是很好的除砷剂,已有研究表明,相对于砷酸钙而言砷酸铁更稳定﹐

且长期堆放也不会产生二次污染，而硫酸亚铁和氯化铁较硫酸铁而言价格低廉,因此获得了较多的应用,但亚铁盐在氧化不完全的情况下,会直接外排,易造成铁的损失,使得铁的用量加大,而氯化铁腐蚀性强,对设备要求高,且试验中发现其除砷效果较硫酸铁差,而硫酸铁由于价格较铁盐贵,在含砷废水处理中的研究不多,对于高砷废水的处理就更少了[5~9] 综上分析,本文综合考虑铁盐的特性与经济性,尝试采用两段工艺去除高砷废水中的砷,即:将硫酸铁用于初步除砷,将绝大部分的砷去除,使得废水中砷的含量满足废水排放要求;将聚合硫酸铁用于对硫酸铁除砷后的废水进行深度除砷,最后将废水中砷的含量降至饮用水含砷标准以内。

通过毒性浸出试验来检测有害化合物的稳定性已经成为一种习惯做法,目前许多国家都采用美国环保局的毒性浸出程序(TCLP,Toxic-ity Characteristic Leaching procedure)试验来进行检测。本试验对初步除砷所得的含砷废渣进行焙烧后,经毒性浸出试验检测完全满足TCLP毒性浸出试验的要求,可以安全处置[10~12] 。

1试验仪器与方法

1.1试验仪器、试剂与试验废水 本试验的主要仪器有:美国Optima 5300 DV电感耦合等离子光谱发生仪、PHS-3C型pH计、DF-101S恒温磁力加热搅拌器。试验试剂有:氢氧化钠(工业级)、硫酸铁(工业级)、聚合硫酸铁(工业级)、其他常用试剂。

试验所用含砷废水来源于含砷铜灰水浸过程的洗水,经测试该废水的砷含量为6.4 g/L,由于铜灰中有一定量的三价砷,试验前对废水进行了预氧化处理。1.2试验方法 初步除砷试验方法是:取100 mL含砷废水于500 mL烧杯中,按一定铁砷比加入硫酸铁﹐用氢氧化钠调节pH值,常温下搅拌反应一定时间后,真空抽滤,收集滤液和滤渣,测定滤液中砷含量,并分析铁砷比,pH值以及反应时间对除砷效果的影响。 深度除砷试验方法是:取100 mL初步降砷的含砷废水于500 mL烧杯中,按一定铁砷比加人聚合硫酸铁,用氢氧化钠调节pH值,常温下搅拌反应一定时间后,真空抽滤,收集滤液,测定滤液中砷含量,并分析铁砷比,pH值以及反应时间对除砷效果的影响。

由于深度除砷的含砷废渣量较少,本次含砷废渣稳定化的试验主要针对初步除砷得到的大量废渣。TCLP毒性浸出试验方法是:取不同反应条件下的含砷废渣或焙烧后的废渣,按照1 g/20 mL的比例加入到pH=5的醋酸/醋酸钠缓冲剂(量取5.7mL的冰醋酸﹐加入500 mL去离子水中,再加人64.3 mL浓度为1.0 mol/L的NaOH,用去离子水稀释到1L)中,装好放在振荡器上振荡20 h，用0．45Mm 的滤膜 过滤 ，测 定 滤液 中的砷 含量 。