铁盐絮凝法处理废脱硝催化剂再生废水试验研究

马景赟，李楠，张纯，岳子明

（中国环境保护产业协会，北京 100045）

1 前言

随着火电厂SCR 技术脱硝工程的广泛应用，脱硝催化剂大量使用，目前使用的商业催化剂主要以V2O5/TiO2基催化剂为主[1]。通常煤中含有一定量的砷（As）等重金属，脱硝反应过程中会吸附在脱硝催化剂中，引起催化剂中毒而失去应有的催化效果，因此再生废脱硝催化剂进行循环利用已经成为解决废催化剂的重要渠道之一。再生废催化剂的工艺主要包括酸洗、碱洗等过程，在再生过程中将产生再生废液，再生废液具有含盐量高且水中含有高浓度的砷（As）、钒（V）等特点，是环保重点控制的污染物。目前国家排放标准主要控制砷污染物，《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）将砷列为第一类控制污染物，其最高允许排放浓度为0.5mg/L。《辽宁省污水综合排版标准》（DB 21/1627—2008）规定钒（V）直接排放的最高允许排放浓度为1.0mg/L，排入污水处理厂的最高允许排放浓度为2.0mg/L。

通过收集到的文献资料来看，未见有同时处理含砷、钒废水的工艺研究资料，只有单独处理含砷或含钒废水的文献。总体而言，处理含砷或含钒废水的工艺方法主要有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法、生物法、溶剂萃取法等[2-6]。化学沉淀法因具有处理效果好、处理方便灵活的优点，得到广泛应用。关洪亮等[7]采用硫酸亚铁作为沉淀剂，研究了对除钒效果的影响。研究结果表明，在一定范围内，随着铁砷比的升高，砷酸铁沉淀物的稳定性也逐渐增加，有利于提高废水中砷的去除率。

本研究以某电厂废催化剂再生时产生的废水为试验用水，采用三氯化铁对其进行混凝试验，主要是利用水中的Fe3+及Fe(OH)3易与含As、V 酸根离子发生混凝共沉淀反应和吸附反应，研究混凝剂对去除水中砷、钒的变化规律及影响因素。

2 试验部分

2.1 废脱硝催化剂再生废水水质

再生脱硝催化剂时产生的再生废液呈黄色，浑浊状态，因煤种不同，再生废水中的砷浓度会有所不同，试验用水水质如表1 所示。

表1 试验用水水质

2.2 试验方法

原水放入混凝试验搅拌仪中，加入一定量的氯化铁（FeCl3）后，在转速为150r/min 的条件下搅拌3min，然后在转速为100r/min 的条件下搅拌20min，控制反应pH 值，静沉一定时间后，对上清液进行分析。

2.3 设备、仪器及试剂

混凝试验搅拌仪（MY 3000-6，武汉市梅宇仪器有限公司）、电子天平（AW220 型，常州国华精密仪器有限公司）、Agilents 7500 ICP-MS 型电感耦合等离子体质朴仪（安捷伦公司）、PHS-3E 型pH 计（上海雷磁）。

三氯化铁，纯度99%，分析纯；氢氧化钙，含量95%，分析纯；聚丙烯酰胺（PAM），分子量（MW）为300 万，分析纯。

3 结果与讨论

3.1 静沉时间对去除效果的影响

在铁砷比（Fe/As，质量比）为3、pH 值约为8.5 的条件下，混凝搅拌完成后，分别进行1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h 的静沉试验，取上清液进行水质分析。静沉时间对混凝效果的影响见图1。

图1 静沉时间对混凝效果的影响

静沉时间是设计沉淀装置的重要工艺参数之一。由图1 可知，随着静沉时间的延长，对As、V 的去除率逐渐增大，静沉3h 以后，对As、V 的去除率基本保持不变，就本试验用水水质而言，基本确定静沉时间为3h。

3.2 三氯化铁投加量对混凝效果的影响

在反应pH 值为8.0—8.5、静沉时间为3h 的条件下，分别按Fe/As（质量比）为1、2、3、4、5、6进行混凝试验，对上清液进行水质分析。FeCl3投加量对混凝效果的影响见图2。

图2 FeCl3 投加量对混凝效果的影响

从图2 可以看出，Fe/As 对重金属的去除影响较大，是影响混凝效果的重要因素之一，废水中铁含量越大，对As、V 的去除率越高。当Fe/As 为3 时，水中As 的去除率为99.7%，水中残余的As 含量为0.13mg/L，达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）要求（As 最高允许排放浓度为0.5mg/L）。当Fe/As 为5 时，水中的As 含量未检出。当Fe/As 为3 时，水中V 的去除率达到97.9%，水中残余的V含量为0.47mg/L，达到《辽宁省污水综合排版标准》（DB21/1627—2008）要求（最高允许排放浓度为1.0mg/L）。当Fe/As 为5 时，水中残余的V 含量为0.06mg/L。

3.3 pH 值对混凝效果的影响

在Fe/As（质量比）为3 的条件下，进行反应pH 值为6、7、8、9 的混凝试验，取静沉3h 后的上清液进行分析。pH 值对混凝效果的影响见图3。

图3 pH 值对混凝效果的影响

从图3 可以看出，pH 值也是影响重金属去除效果的重要因素之一。随着pH 值的升高，对As、V 的去除率逐渐增大，但当pH 值大于8.19 时，出现了As、V 去除率下降的趋势，这可能是因为在高pH 值条件下，Fe3+主要以羟合配位离子的形态存在，使得溶液中Fe3+减少，影响了混凝效果[8]。对于废水中As 而言，在pH 值为6—9 时，对去除率影响不大，均达到了99%以上，出水As 含量低于0.5mg/L，当pH 值为8.97 时，As 去除率出现下降趋势。对于水中V 而言，当pH 值为6—8.19 时，V 去除率逐渐升高，当pH 值大于8.19 时，V 去除率呈下降趋势，在pH 值为8.19 时，出水V 含量为0.47mg/L，在pH 值为8.97 时，出水V 含量为0.59mg/L。由此可见，就本试验水质而言，较合适的pH 值为8—9。

3.4 PAM 投加量对混凝效果的影响

在Fe/As（质量比）为3、反应pH 值为8—8.5 的条件下，进行投加PAM 的试验，取静沉3h 后的上清液进行分析。PAM 投加量对混凝效果的影响见表2。由试验结果可知，投加PAM 对降低水中As、V 含量影响不大。

表2 PAM 投加量对混凝效果的影响

4 结语

（1）针对再生废脱硝催化剂时产生的含As、V再生废水，采用铁盐（FeCl3）絮凝法进行混凝试验研究，研究表明采用铁盐絮凝法处理工艺是可行的，FeCl3投加量、反应pH 值、静沉时间是影响混凝效果的主要因素，投加PAM 对混凝效果影响不大。一般FeCl3投加量越大，对除As、V 的混凝效果越好，反应pH 值对混凝效果有最佳的反应范围，静沉时间越长，其沉淀效果越好。

（2）在Fe/As（质量比）不小于3、pH 值为8—9、静沉时间在不小于3h 的条件下，对水中As 去除率达到了99%以上，出水As 含量小于0.13—0.19mg/L，达到了国家标准排放要求，对水中V 去除率达到97.4%以上，出水V 含量为0.47—0.59mg/L，达到了省级地方排放标准要求。