污酸阶梯脱砷技术工艺研究
2023-01-11刘燕
刘 燕
（郴州市环境生态局永兴分局，湖南 永兴 423300）
在铅、铜、锌等硫化精矿的火法冶炼过程中，通常以二氧化硫烟气为原料制备硫酸，而硫化精矿中的有害元素砷也会挥发至烟气中，因此，硫酸制备过程产生的污酸中含有重金属砷［1-3］。砷是剧毒元素，必须妥善处理，以免造成严重的环境污染事故。从污酸中脱除砷的方法主要有钙盐沉淀法［4］、铁盐沉淀法［5］、硫化沉淀法等［6-7］，由于污酸中的砷含量较高，直接采用钙盐沉淀和铁盐沉淀法去除其中的砷会产生大量的含砷废水处理渣，而这些处理渣也属于危险废物，虽然去除了污酸废水中的砷，但又产生了大量的固体危险废物，还是会给生态环境带来较大的隐患［8-10］。而硫化沉淀法虽然产生的废水处理渣较少，但污酸中砷的浓度较低时，需要大量的硫化剂才能将砷达标脱除。试验先使硫化钠与污酸中大部分的砷发生化学反应生成硫化砷，再往硫化沉砷后液中加入FeSO4-H2O2，使其中少量的砷与铁盐沉淀，达到砷达标脱除的目的。既没有产生大量的废水处理渣，也能降低废水脱砷的生产成本。
1 试 验
1.1 试验原料
试验所用污酸来自湖南省某铅冶炼厂产生的污酸，主要成分见表1。
表1 污酸各成分含量 g／L
1.2 试验原理及试验方法
由于污酸中的砷来源于高浓度二氧化硫烟气，因此，污酸中的砷以As（III）的形式存在，本试验是调好pH值后，先加入硫化钠将其中大量的砷去除后过滤，再往硫化沉砷后液中加入FeSO4-H2O2进行砷的深度脱除。其主要化学反应如下：
本试验的主要工艺流程如图1所示。
图1 阶梯脱砷工艺流程图
2 结果和讨论
2.1 硫化沉淀污酸中的砷
2.1.1 pH值对硫化沉砷的影响
在常温下，在pH为0～4，往污酸溶液中加入硫化钠（质量理论值的3倍），搅拌反应1 h后过滤，检测硫化沉砷后溶液中的砷的浓度，结果如图2所示。
图2 pH对硫化沉淀砷的影响
从图2可知，当pH为0～4时，随着pH的升高，硫化沉砷后液中砷的浓度越来越低，这是因为pH较低时，硫化钠与［H+］反应速度较快，大量的硫化氢溢出，以致没有及时与污酸中的砷反应。然而，当pH大于3.0后，硫化沉砷后液中的As没有明显的变化，均在0.12 g／L左右，这主要是因为当pH大于3时，污酸中［H+］较低，与硫化钠发生反应的机会较少。因此，选择最佳沉砷pH为3.0。
2.1.2 硫化钠加入量对硫化沉砷的影响
在常温下，在pH＝3.0的条件下往污酸溶液中加入不同剂量（溶液中砷质量的1～3.5倍）的硫化钠，搅拌反应1 h，反应结束后过滤，检测硫化沉砷后溶液中的砷的浓度，结果如图3所示。
图3 硫化钠加入量对硫化沉淀砷的影响
从图3可知，随着硫化钠加入量的增加，砷的浓度越来越低，当硫化钠加入量为理论量的2.5倍时，砷浓度为0.12 g／L，而后没有明显变化，因此，选择最佳硫化钠加入量为理论量的3倍。
2.2 FeSO4-H2O2深度脱砷
在pH＝3.0，硫化钠加入量为理论量3倍的条件下进行硫化沉砷，反应结束后过滤，得到滤液中砷的浓度为120 mg／L，该滤液即为FeSO4-H2O2溶液，该溶液为深度脱砷原料。
2.2.1 FeSO4加入量对深度脱砷的影响
在常温下，往硫化沉砷后溶液中加入FeSO4（理论用量的1～3.5倍）和H2O2（理论用量的5倍），搅拌反应1 h，反应结束后过滤，检测硫化沉砷后溶液中的砷的浓度，试验结果如图4所示。
图4 FeSO4加入量对深度脱砷的影响
从图4可知，随着FeSO4加入量的增加，砷的浓度越来越低，当FeSO4加入量为理论量的3倍时，砷浓度为0.32 mg／L，已经达到综合污水排放标准中砷的限值（0.5 mg／L）而后没有明显变化，因此，选择最佳FeSO4加入量为理论量的3倍。
2.2.2 H2O2加入量对深度脱砷的影响
在常温下，往硫化沉砷后液中加入理论量3倍的FeSO4后，再加入H2O2（理论用量的2～7倍），搅拌反应1 h，反应结束后过滤，检测硫化沉砷后溶液中的砷的浓度，试验结果如图5所示。
图5 H2O2加入量对深度脱砷的影响
从图5可知，随着H2O2加入量的增加，砷的浓度越来越低，当H2O2加入量为理论量的5倍时，砷浓度为0.32 mg／L，而后砷浓度没有明显的下降趋势，因此，选择最佳H2O2加入量为理论量的5倍。
3 结 论
污酸阶梯脱砷技术工艺研究是先在污酸中加入硫化钠，使其中大部分的砷形成硫化砷沉淀，再往硫化沉砷后液中加入FeSO4-H2O2进行砷深度净化。大部分的砷以硫化砷的形式开路，无过多的废水处理渣，同时，由于硫化钠的加入量较少，深度净化采用的是价格便宜的FeSO4和H2O2，降低了污酸脱砷的处理成本。通过试验研究，确定最佳工艺条件为：pH＝3，硫化钠加入量、FeSO4加入量和H2O2加入量分别为理论用量的3倍、3倍和5倍。在最佳工艺条件下，脱砷后液中砷的浓度为0.32 mg／L。
