用双氧水氧化—铁盐沉淀法从含砷废水中去除砷试验研究

陈芳芳,陈 辉

(1.江西科技学院 现代教育技术中心，江西 南昌 330098；2.江西科技学院 教务处，江西 南昌 330098)

有色金属冶炼过程中，大部分砷固定在玻璃渣中[1-3]，或以粉尘形式捕获[4-7]。但厂区少量含砷粉尘飘落地面，经雨水洗涤后进入雨水中，产生大量含砷废水。这种废水中砷含量相对较高，需要处理后排放。

目前，从含砷废水中去除砷主要有化学沉淀(中和、硫化)法及吸附法[8-11]。但这些方法都存在处理成本高、产生含砷废物，以及造成二次污染等问题。研究含砷废水的无害化处置对环境保护有重要意义。

含铁材料对砷有较强的亲和力，因此具有较高的除砷潜力[12-15]，但主要用于高砷废水的处理，对于低浓度含砷废水的应用较少。试验研究了采用氧化—铁盐法从低浓度含砷废水中去除砷，以期为冶炼厂区含砷雨水的处理提供参考。

1 试验部分

1.1 试验原料

含砷废水：某冶炼厂区雨水渗透土壤产生的含砷废水，也称“低砷雨水”，pH=4.89，主要化学成分见表1。

表1 含砷废水的主要化学成分 mg/L

试剂：硫酸铁，双氧水，均为国药试剂集团有限公司，分析纯。

1.2 试验原理与方法

含砷废水中加入双氧水和硫酸铁，其中亚砷酸根离子与双氧水反应生成砷酸根离子，砷酸根离子与铁离子反应生成砷酸铁固体而沉淀。部分硫酸铁水解生成氢氧化铁胶体，少部分砷被氢氧化铁胶体吸附而被除去。主要化学反应如下：

取100 mL含砷废水于500 mL烧杯中，放入水浴锅中加热，根据n(H2O2)/n(As)和n(Fe)/n(As) 配比加入双氧水和硫酸铁，在一定搅拌速度下反应一定时间后过滤，分析滤液中砷质量浓度，计算砷去除率。

2 试验结果与讨论

2.1 双氧水用量对除砷的影响

含砷废水体积100 mL，搅拌速度100 r/min，同时缓慢加入双氧水和硫酸铁，硫酸铁用量n(Fe)/n(As)=1.3/1，60 ℃下反应2.0 h，双氧水用量对除砷的影响试验结果如图1所示。

图1 双氧水用量对除砷的影响

2.2 硫酸铁用量对除砷的影响

含砷废水体积100 mL，搅拌速度100 r/min，同时缓慢加入双氧水和硫酸铁，双氧水用量n(H2O2)/n(As)为1.1/1，60 ℃下反应2 h，硫酸铁用量对除砷的影响试验结果如图2所示。可以看出：随n(Fe)/n(As)增大，废水中砷质量浓度降低；n(Fe)/n(As)=1.3/1时，砷质量浓度降至0.12 mg/L。硫酸铁用量较低时，反应产物Fe(AsO3)3和Fe(OH)3的量较少，砷去除率较低；随硫酸铁用量增加，Fe(AsO3)3和Fe(OH)3产生量增大，废水中砷更多被沉淀剂吸附。综合考虑，确定n(Fe)/n(As)=1.3/1为宜。

图2 硫酸铁用量对除砷的影响

2.3 搅拌速度对除砷的影响

含砷废水体积100 mL，边搅拌边缓慢加入双氧水和硫酸铁，双氧水用量n(H2O2)/n(As)=1.1/1，硫酸铁用量n(Fe)/n(As)=1.3/1，60 ℃下反应2.0 h，搅拌速度对除砷的影响试验结果如图3所示。

图3 搅拌速度对除砷的影响

2.4 温度对除砷的影响

含砷废水体积100 mL，搅拌速度100 r/min，同时缓慢加入双氧水和硫酸铁，双氧水用量n(H2O2)/n(As)=1.1/1，硫酸铁用量n(Fe)/n(As) =1.3/1，反应时间2.0 h，温度对除砷的影响试验结果如图4所示。

图4 温度对除砷的影响

2.5 反应时间对砷去除率的影响

含砷废水体积100 mL，搅拌速度100 r/min，同时缓慢加入双氧水和硫酸铁，双氧水用量n(H2O2)/n(As)=1.1/1，硫酸铁用量n(Fe)/n(As) =1.3/1，温度60 ℃，反应时间对除砷的影响试验结果如图5所示。

图5 反应时间对砷去除率的影响

由图5看出：随反应时间延长，废水中砷质量浓度降低；反应2.0 h时，砷质量浓度降至0.12 mg/L 并趋于稳定。随反应时间延长，砷酸铁沉淀反应更完全，更有利于除砷。综合考虑，确定反应时间以2.0 h最佳。

2.6 综合稳定性验证试验

根据条件试验确定的适宜条件为：搅拌速度100 r/min，双氧水用量n(H2O2)/n(As)=1.1/1，硫酸铁用量n(Fe)/n(As)=1.3/1，温度60 ℃，反应时间2.0 h。在此条件下进行扩大试验，对 2.0 L含砷废水进行5次重复试验，结果如图6所示。

图6 综合稳定性验证试验结果

由图6看出：5次扩大试验后，废水中砷质量浓度均在0.15 mg/L以下，除砷效果较好；说明此法较为稳定，除砷后的废水可达标排放。

3 结论

采用双氧水氧化—铁盐沉淀法从冶炼厂区含砷废水中除砷是可行的。适宜条件下，脱砷后废水中砷质量浓度在0.20 mg/L以下。相较于传统的石灰、石灰—铁盐沉淀法，此法产出的铁砷渣量少，处理后废水符合排放标准(<0.3 mg/L)。方法简单有效，可用于低浓度含砷废水中砷的去除。