高效脱氟剂ARSC-YJ02处理含氟含砷选矿废水

徐月冰，刘思圻，何 建，刘园园，熊 慧

（湖南艾森尼克环保科技有限公司，长沙 410205）

氟和砷是水体环境中常见的两种污染物。近年来，随着含氟含砷矿物的开采及其化合物的广泛应用，大量的氟与砷进入环境中。目前，在工业生产中，含氟含砷废水处理多采用化学沉淀法[1-3]，该方法工艺简单，操作方便，成本较低，应用十分普遍。但由于溶度积等因素的影响，化学沉淀法对低浓度废水的处理效果较差，出水往往不能达到排放标准，需要进行深度处理。

砷氟复合污染日趋严重，其对人体和环境的巨大影响也成为社会关注的问题[4]。对于易发生严重水污染问题而需要采取特别保护措施的地区，我国相关标准规定，企业排放污水中，氟限值为5 mg/L，砷限值为0.1 mg/L[5]。湖南省郴州市某矿产企业选矿废水含大量氟和砷，经常规处理后，含量仍超标，其不能直接排放。本文对此废水进行同时除氟除砷的试验，意外发现专用脱氟剂对水中砷离子有很好的吸附脱除效果，在此基础上展开中试，取得较为满意的结果。

1 试验部分

1.1 水样来源及参数

该水样取自该矿产企业产生的选矿废水，其F含量为28.0 mg/L，As 含量为0.51 mg/L，pH 为6.0。

1.2 试剂和仪器

试剂有3 种。氢氧化钠为分析纯，ARSC-YJ02为湖南艾森尼克环保科技有限公司生产的专用脱氟剂，聚丙烯酰胺（PAM）为工业级产品。仪器有PF-2-01 型氟离子选择电极、HJ-4A 型数显恒温多头磁力搅拌器、pH-3C 型精密pH 计和AY220 型电子天平。

1.3 试验方法

在烧杯中加入原水样200 mL，室温条件下进行搅拌。向水样中加入脱氟剂ARSC-YJ02，反应5 min后，加入NaOH 调节体系pH，达到预定值后继续反应片刻，随后加入PAM（配制浓度1‰）对产生的沉淀絮凝，再搅拌10～20 s，过滤后对滤液中残余氟、砷离子的浓度进行检测。

1.4 分析方法

F 采用氟离子选择电极法测定，As 采用电感耦合等离子体-质谱法（ICP-MS）测定。

2 结果与讨论

2.1 脱氟剂ARSC-YJ02 投加量对处理效果的影响

取原水样200 mL 置于烧杯中，常温下加入不同量的脱氟剂，反应5 min 后，逐滴加入NaOH 将水样pH 调至6.5，搅拌反应20 min。加入脱氟剂后，各平行样中均有沉淀生成，且沉淀量随脱氟剂量的增加而增加。脱氟剂投加量对水样处理效果的影响如图1所示。随着脱氟剂量的增加，出水中氟、砷浓度逐渐降低。对于氟离子，当脱氟剂投加量为0.4‰时，出水F 浓度降至4.37 mg/L，低于限值5 mg/L，增至0.5‰时，出水F 浓度可达3.01 mg/L，继续增加药剂投加量，出水F 浓度趋于稳定。对于砷离子，当脱氟剂用量从0.4‰增至0.5‰时，曲线呈突变趋势，出水As 浓度由0.247 mg/L 骤降至0.043 mg/L。继续增加脱氟剂用量，As 浓度仍会继续降低，但变化不大。经分析，脱氟剂对F 的吸附性能远强于As，在F、As 共存的条件下，脱氟剂中的有效成分优先吸附F，当吸附程度接近极限时，才会对As 产生较强的吸附作用。因此，脱氟剂添加量高于0.4‰时，出水As 浓度便会出现骤降的情况。综上，脱氟剂的最佳投加剂量为0.5‰。

图1 ARSC-YJ02 投加量对处理效果的影响

2.2 体系pH 对处理效果的影响

反应时间为20 min，脱氟剂投加量为0.5‰时，不同体系pH 对水样处理效果的影响如图2所示。对于氟离子，pH 从4.5 逐渐上升至6 的过程中，处理效果显著提升，出水F 浓度由14.87 mg/L 降至3.43 mg/L，pH=6～7 时，F 浓度变化较小，为3.01～4.00 mg/L。但pH 继续提高时，F 浓度明显上升，说明此时F 出现返溶现象。因此，反应pH 应控制在6～7。其中，pH=6.5 时处理效果最佳，出水F 浓度为3.01 mg/L。对于砷离子，当pH 从4.5 逐渐上升至6 的过程中，出水As 浓度持续降低，pH=6～8 时，As 浓度变化趋于平缓，为0.030～0.065 mg/L。当pH 上升至9 时，As 浓度增大，但仍在限值范围内，为0.089 mg/L。因此，pH=6～9 时，出水As 浓度均能达标。结合pH 对除氟效果的影响，最终确定反应最适pH 为6.5。

图2 pH 对处理效果的影响

2.3 反应时间对处理效果的影响

在pH=6.5，脱氟剂投加量为0.5‰的条件下，不同反应时间对水样处理效果的影响如图3所示。出水中，F、As 浓度随反应时间的增加持续降低，呈现良好的线性关系。当反应进行至15 min 时，出水F 浓度即可降至4.06 mg/L，低于国标规定的氟离子排放限值，但As 浓度仅降至1.03 mg/L，未达到排放限值。延长反应时间至20 min，F 浓度降至3.01 mg/L，As 浓度降至0.043 mg/L，均达标。继续延长反应时间，F、As浓度基本稳定，因此，确定反应最佳时间为20 min。

图3 反应时间对处理效果的影响

2.4 结果

根据小试结果，反应最佳条件为：脱氟剂用量0.5‰、反应时间20 min、pH=6.5。处理后，出水中F浓度稳定低于5 mg/L，As 浓度稳定低于0.1 mg/L。为进一步实现技术的工程化应用，该矿产企业展开为期7 d 的中试，设计处理能力为1 500 m3/d，7 d 连续运行。在试验过程中，每小时取样一次，取样8 次后混合样品，测定混合样中F、As 的浓度，并根据检测结果对参数（主要为脱氟剂用量）进行调整，以节约运行成本。中试结果如表1所示，其优于小试结果。小试结果表明，脱氟剂用量需要达到0.5‰，出水中氟、砷离子浓度才能降至小于限值，而中试结果表明，当脱氟剂用量仅为0.4‰时，出水即可达标排放。

表1 选矿废水中试结果

2.5 成本预算

根据中试结果，对药剂成本进行核算，在最佳条件下，每吨水处理成本约为1.21 元，如表2所示。

表2 选矿废水除氟药剂成本核算

2.6 工艺设计

根据中试所确定的最佳工艺参数，确定工艺流程，如图4所示。选矿废水先进入调节池，对水质、水量等进行调节，然后进入反应池，向池中加入脱氟剂ARSC-YJ02 和NaOH，控制水体pH 为6.5，反应时间大于20 min。出水进入絮凝池后，向池中投加PAM 使细小絮体絮凝，随后进入斜管池分离沉淀，出水在清水池中储存，达标后即可排放。

图4 工艺流程

3 结论

脱氟剂ARSC-YJ02 具有很好的除氟除砷效果，若保持其他变量恒定，出水中F、As 浓度随脱氟剂投加量的增加而降低。小试过程中，利用NaOH 调节体系pH 至6.5，脱氟剂投加量为0.5‰，反应20 min，然后加入PAM 对沉淀进行絮凝，出水中氟浓度降至3.01 mg/L，砷浓度降至0.043 mg/L。中试发现，其他条件不变，脱氟剂用量降至0.4‰时，出水中氟、砷离子浓度即可低于国标限值。中试结果优于小试结果。试验结果表明，脱氟剂ARSC-YJ02 进行废水除氟除砷，效果好、操作简便、成本低廉，具有良好的应用前景。