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在以硫鐵礦為原料的硫酸生產過程中,爐氣凈化水洗工序往往產生大量含砷廢水,由于砷含量較高,不能直接排放,必須經過處理,砷含量才能達到排放標準(As的質量濃度<1mg/L)。　

本試驗采用石灰—聚合硫酸鐵(PFS)法處理硫酸生產過程中排出的廢水,取得了良好的效果。

1　試驗原理　

在含砷廢水中加入石灰乳液、聚合硫酸鐵及高分子絮凝劑后,將發生中和、脫砷、吸附等反應,并發生架橋、共沉淀效應。

1.1　中和反應　　

廢水中的硫酸與石灰乳液發生如下反應:　　

Ca(OH)₂+H₂SO₄=CaSO₄+2H₂O

1.2　脫砷反應　　

中和反應過程中,由于CaSO₄的濃度積較大,使溶液中存在一定濃度的Ca2+,Ca2+與砷酸鹽和亞砷酸鹽反應形成沉淀物。

如果單獨使用石灰法除砷,效果較差,因為生成的Ca₃(AsO₃)₂和Ca₃(AsO₄)₂仍有較大的溶解度,易造成二次污染。采用石灰—聚合硫酸鐵法除砷,效果比較好。因為聚合硫酸鐵的水溶液中含有大量的[Fe(H₂O)₆]3+、[Fe₂(OH)₃]3+、[Fe3(OH)2]4+等絡離子,易水解形成多核絡合物,這些絡合物能夠強烈吸附廢水中的膠體微粒,通過吸附、架橋、交聯等作用促使膠體微粒相互碰撞,形成絮狀混凝沉淀。與此同時,廢水中的H₃AsO₃、H₃AsO₄與PFS的較終水解物Fe(OH)₃發生如下反應:

H3AsO3+Fe(OH)3=FeAsO3↑+3H2O

H3AsO4+Fe(OH)3=FeAsO4↑+3H2O　　

生成的FeAsO3、FeAsO4沉淀被PFS的水解產物卷掃一起沉積下來,從而有效地除去砷。

1.3　高分子絮凝劑的架橋作用　　

在上面反應過程中,投加微量高分子絮凝劑,共沉效應將會加劇。因為高分子絮凝劑具有線性結構,它可以在相距較遠的各個固相顆粒之間形成聚合物橋,即一端吸附某一固相顆粒后,另一端伸入水中又吸附另一固相顆粒,顆粒通過高分子物質的架橋作用,逐漸變大,較終形成大絮凝體。這樣就大大加速了混凝絮狀物的形成和沉淀,強化了除砷的效果。

2、　試驗水質、藥劑和方法

2.1　試驗水質　　

試驗用水為某廠硫酸生產過程中爐氣水洗工序廢水,具有刺激性氣味,外觀呈黑色渾濁狀。

2.2　藥劑　　

石灰乳液:工業品,石灰加自來水消解而成,石灰含量125g/L;聚合硫酸鐵溶液:工業品,含量為100g/L;高分子絮凝劑。

2.3　試驗方法　　

取1L廢水于2L燒杯中,邊攪拌邊加入石灰,將廢水調至一定的pH值,加入一定量的PFS溶液,攪拌5min,然后再加入高分子絮凝劑,1min后反應結束。轉移至1L量筒中,觀察靜止15min、30min時界面沉降率,取上清液進行分析。　　

觀察實驗結果，得到如下結論：　

(1)使用石灰—聚合硫酸鐵法處理硫酸生產中含砷廢水,處理效果顯著,成本低;

(2)pH值是決定廢水處理效果的重要條件,對本水源而言,較佳pH值應控制在8.8～10.6之間;

(3)m(Fe)/m(As)比值是除砷的重要條件,當m(Fe)/m(As)比值大于5時,控制適宜的pH值,處理后的廢水中殘余As質量濃度可降至1mg/L以下;

(4)石灰乳的加入量應控制在1.88mL/L至2.0mL/L之間,這樣As去除率較高,殘余As的質量濃度小于1mg/L。